Vrste i primjene prekidača solarnih sustava: Potpuni vodič

Uvod

Naglasak u dizajnu suvremenog solarnog energetskog sustava često je iskrivljen prema proizvodnji energije - učinkovitosti panela i stopama konverzije invertera. Ipak, ekonomska i operativna održivost bilo koje solarne instalacije temelji se na njezinim zaštitnim mjerama. Prekidač za sigurnost solarnog sustava je srž ove sigurnosne arhitekture, pružajući bezbrižnost vlasnicima sustava.

Solarni sustav nije samo generator, to je aktivna elektrana visokog napona istosmjerne struje (DC) koja se montira na krovove stambenih objekata ili industrijskih polja. Zahtjevi zaštite rastu s kapacitetom sustava. Potreba za snažnom zaštitom je svugdje, bilo da se radi o zaštiti strujnih krugova u... PV kutija za kombiniranje gdje je snaga koncentrirana ili kontrola više izlaza u DC panelima opterećenja gdje vlasnici kuća izravno koriste istosmjernu struju.

Opasnosti ovog istosmjernog prijenosa, naime trajno stvaranje luka i električne opasnosti, nisu iste kao one kod normalnih izmjeničnih mreža. Stoga, izbor zaštite strujnog kruga - svakog rješenja, bilo da se radi o spojnim kutijama ili glavnom razvodu - nije neozbiljan izbor dodatne opreme; to je važan inženjerski izračun.

Ovaj vodič strogo ispituje vrste solarnih prekidača, njihovu posebnu upotrebu u topologiji fotonaponskog sustava i matematički model potreban za njihovo odgovarajuće dimenzioniranje.

Što je prekidač Sunčevog sustava?

Prekidač solarnog sustava je automatski zaštitni uređaj koji se koristi za zaštitu električnih krugova od oštećenja zbog preopterećenja ili kratkog spoja uzrokovanog prekomjernom strujom. Prekidač je izdržljiv sklopni uređaj za razliku od jednostavnog osigurača koji radi samo jednom i mora se zamijeniti. Može se ponovno pokrenuti (ručno ili automatski) kako bi se nastavio normalan rad nakon ublažavanja greške.

DC prekidač ima dvije glavne namjene u konkretnom slučaju fotonaponskih sustava (PV):

• Izolacija i preključivanje: Nudi ručnu točku isključivanja koja omogućuje osoblju održavanja da sigurno izolira PV niz baterija, baterijski sklop ili solarni inverter za rad bez opasnosti od napona. To je posebno važno u sustavima koji koriste invertere koji izoliraju transformatore. U tim izvedbama, inženjerski standardi obično zahtijevaju dvopolni istosmjerni prekidač s mogućnošću ograničavanja struje od najmanje 1.25 puta veće od struje kratkog spoja (Isc) solarnog PV niza i 1.2 puta veći napon otvorenog kruga (Voc) solarnog PV polje.
• Prekostrujna zaštita: To je toplinski i magnetski štit. Kada je struja koja teče kroz strujni krug veća od nazivne struje zbog kvara ili pogreške u ožičenju, prekidač se isključuje, prekidajući strujni krug kako bi se osiguralo da se izolacija žice ne otopi i da oprema ne zakaže katastrofalno.

Potrebno je razlikovati između DC izolator i istosmjerni prekidač. Iako se izolator može koristiti za prekid strujnog kruga radi njegovog održavanja, on ne mora nužno pružati automatsku zaštitu od prekomjerne struje. Prekidač nudi potrebnu izolaciju kao što je gore spomenuto i aktivnu zaštitu od kvara.

Prekidač solarnog sustava u odnosu na obični AC prekidač: Zašto je razlika važna

Zamjena prekidača izmjenične struje (AC) istosmjernom strujom (DC) jedna je od najčešćih i najopasnijih pogrešaka u solarnim instalacijama. Uređaji izgledaju slično neiskusnom oku. Postoje u radikalno različitim stvarnostima za fizičara ili elektroinženjera.

Najvažnija razlika je fenomen prelaska kroz nulu.

• Stvarnost klima uređaja: Izmjenična struja mijenja polaritet 50 ili 60 puta u sekundi (herca). U ovom ciklusu napon se smanjuje na nula volti 100 ili 120 puta u sekundi. Kada se AC prekidač isključi i stvori se električni luk između kontakata, ova točka nultog napona stvara se prirodno i pomaže u gašenju luka.
• Opasnost u DC-u: Istosmjerna struja je kontinuirani napon bez prijelaza kroz nulu. Kada pokušate otvoriti strujni krug visokonaponskom istosmjernom strujom, luk se ne gasi sam od sebe. Umjesto toga, pretvara se u dugotrajni plazma most koji proizvodi ogromnu toplinu (tisuće stupnjeva Celzija).

Kada se u solarnom istosmjernom krugu koristi tipični AC prekidač, možda neće moći prekinuti luk prilikom okidanja. To uzrokuje zavarivanje kontakta, pri čemu se osigurači prekidača zatvaraju i ne uspijevaju isključiti napajanje ili uzrokuje potpuno uništenje kućišta prekidača, što često uzrokuje električni požar.

Stoga su solarni DC prekidači dizajnirani sa sofisticiranim komorama za gašenje luka. Oni koriste magnetske zavojnice za gašenje luka kako bi fizički rastegnuli luk i gurnuli ga u "lučne kanale" gdje se brzo dijeli i hladi. Obvezna je sigurnosna mjera korištenje namjenskog DC prekidača umjesto oslanjanja na razvodnu ploču AC ulaznog prekidača za istosmjerna opterećenja.

Glavne vrste prekidača solarnog sustava

Sunčeva zaštita izravno je proporcionalna gustoći energije. Tržište nudi prekidače male veličine, poput onih od 15 ampera, za korištenje u stambenim instalacijama, te sklopke veličine 6000 ampera za korištenje u komunalnoj infrastrukturi.

Iako se funkcionalno, najčešće vrste prekidača mogu podijeliti na standardne, GFCI (zaštita od uzemljenja) i AFCI (Arc Fault) vrste, svaka sa specifičnom zaštitnom ulogom koju treba obaviti, inženjeri određuju glavni izbor ovisno o veličini sustava i fizičkom dizajnu uređaja. Hijerarhija hardvera podijeljena je u tri široke strukturne kategorije:

Vrsta prekidača	Tipična nazivna struja	Naponska ocjena	Razbijanje kapaciteta	Primarni scenarij primjene
DC MCB	1A - 125A	Do 1000V DC	Nisko do srednje (npr. 6kA)	Krovovi stambenih zgrada, PV Kombinacijske kutije, zaštita niza.
DC MCCB	63A - 1600A	Do 1500V DC	Visoka (20kA – 50kA)	Komercijalni paneli, centralni inverteri, glavni prekidač baterije.
ACB / BESS	2000A - 6300A	Do 1500V DC	Vrlo visoko (vakuum/zrak)	Solarne farme velikih razmjera, skladištenje energije velikih razmjeraBESS).

DC MCB (Minijaturni prekidač)

U primjenama s nižom strujom, minijaturni DC prekidač (MCB) uglavnom je zamijenio starije osigurače od 20 ampera ili 30 ampera koji su se koristili u starijim paralelnim instalacijama panela. Ove jedinice su dizajnirane da budu male i imaju modularni dizajn koji je namijenjen montaži na standardne DIN šine, zbog čega su zadani izbor u PV Razvodne kutije i stambene razvodne ploče.

• Opseg inženjeringa: MCBObično su nazivne struje od 125 A i istosmjernog napona od 1000 V.
• Mehanizam: Koriste termo-magnetski mehanizam za isključivanje s dva djelovanja. Termički element se koristi za rješavanje sporih, dugotrajnih preopterećenja, dok se magnetski element koristi za trenutni prekid veze kada dođe do kratkog spoja visoke struje, kako bi se zaštitili pojedinačni solarni nizovi ili ulazi hibridnog invertera.

DC MCCB (Prekidač s lijevanim kućištem)

Nakon što struja prijeđe stambeni raspon u komercijalne solarne sustave i industrijski (C&I) raspon, ograničenje MCB je postignuto. U ovom slučaju, prekidač s lijevanim kućištem (MCCB) bit će potreban standard. Ove jedinice su puno veće i čvršće, smještene u čvrstom, lijevanom izolacijskom kućištu i namijenjene su za montažu vijcima kako bi izdržale mehaničke sile preklapanja velike snage.

• Opseg inženjeringa: MCCBKoriste se za obavljanje teških radova, a nazivne struje su obično između 63 A i 1600 A te s visokim prekidnim kapacitetima (npr. 20 kA do 50 kA).
• Korist: Za razliku od fiksnih postavki MCB, puno MCCBimaju podesive postavke isključenja. To omogućuje inženjerima da prilagode krivulju zaštite kako bi odgovarala karakteristikama opterećenja velikih PV nizovi ili baterijski sklopovi, što je glavni prekid veze centralnih invertera.

ACB i BESS Prekidači (visoki napon/industrijski)

Zračni prekidači (ACB) koriste se u zenitu komunalnih usluga, što pokriva velike elektrane i sustave za pohranu energije u baterijama (BESS), za kontrolu gornjeg kraja istosmjernog spektra. To nisu samo prekidači, već složeni sustavi za gašenje luka s tehnologijama komprimiranog zraka ili vakuuma.

BESS Specijalizacija: Standardni prekidači nisu uvijek adekvatni u kontekstu skladištenja. Brzi istosmjerni prekidači potrebni su za prevladavanje ogromnih struja kratkog spoja koje litij-ionski baterijski stalci mogu isporučiti. Ove jedinice moraju reagirati u milisekundama kako bi se izbjeglo katastrofalno termalno preopterećenje.

Opseg inženjeringa: Može podnijeti tisuće ampera (2000A – 6300A).

Primjene: Gdje instalirati prekidač solarnog sustava u PV sustavi

Solarni PV Sustav treba zaštititi na raznim točkama u logici protoka energije. Nepravilno postavljanje prekidača ili nedostatak odvojenosti između AC i DC domene otkriva ranjive dijelove sustava. Stoga utvrđujemo upotrebu prekidača u četiri vitalna područja.

PV Kutija za kombiniranje nizova (zaštita nizova)

Kombinatorna kutija je prva točka obrane u višeniznim sustavima gdje se kombinacija više nizova panela formira u jedan izlaz. Prije konsolidacije, DC MCB treba postaviti na kraj svakog niza. Ovo pozicioniranje je ključno posebno za rješavanje problema postojeće usmjerenosti kako je navedeno u sigurnosnim mjerama.

Kada je jedna od žica zasjenjena ili ima kvar, ostale žice mogu u nju progurati struju u suprotnom smjeru. Kao što je spomenuto, slučajna promjena smjera uzrokovala bi ozbiljne sigurnosne probleme i oštetila solarne ćelije. Iako prekidač ne usmjerava aktivno struju, on je nužna zaštita od ovih opasnih povratnih struja, koje bi inače uzrokovale požar i nepovratnu štetu na modulima.

Zaštita baterijskog sklopa

Što se tiče dijela za pohranu energije, sučelje između baterijskog sklopa i pretvarača/punjača najizazovnije je područje za provođenje struje u cijelom sustavu. Ovaj dio omogućuje maksimalni protok amperaže i snažnu istosmjernu struju. MCCB ili visoka ocjena MCB je obavezan.

Ovdje je uključen prekidač, ne samo za zaštitu debelih kablova baterije od toplinskog preopterećenja uzrokovanog prekomjernim strujama, već i, možda još važnije, za sigurnu, fizičku metodu isključivanja. Ova izolacija omogućuje osoblju za održavanje rad na bateriji bez kobnog izlaganja istosmjernom naponu pod naponom.

Glavni ulaz invertera (DC distribucija)

Zaštita glavnog ulaza invertera igra ulogu kritične veze između generiranja istosmjerne struje i pretvorbe izmjenične struje. Ovaj prekidač se postavlja između izlaza kombinirajuće kutije i ulaza invertera i služi kao glavni istosmjerni prekidač cijele strane generiranja. Ne samo da obavlja zaštitu od prekomjerne struje, već štiti osjetljivu unutarnju elektroniku napajanja invertera od vanjskih prenapona i pruža centraliziranu točku izolacije za cijeli sustav distribucije istosmjerne struje.

Raspodjela istosmjernog opterećenja (stambeni istosmjerni krugovi)

Konačno, postoje određene primjene na strani potrošnje, posebno za vlasnike kuća koji izravno koriste istosmjernu struju kako bi postigli učinkovitost. Kako bi se to pojačalo, instalateri moraju instalirati odvojene razvodne ploče (kutije s osiguračima) s namjenskim prekidačima, koji se strogo razlikuju od ploče izmjenične struje.

To je potrebno u situacijama kada uređaji poput LED svjetiljki ovise o stalnoj dostupnosti istosmjerne struje za rad. Budući da tim uređajima treba određeno napajanje, DC prekidači se u ovom slučaju koriste za zaštitu ovih osjetljivih opterećenja. Oni osiguravaju da se napajanje drži pod kontrolom i da se svako preopterećenje u rasvjetnom krugu izolira što je prije moguće bez utjecaja na glavni sustav.

Razmatranje čimbenika pri odabiru prekidača solarnog sustava

Izbor prekidača u solarnim sustavima PV Sustavi su područje istraživanja koje se često zanemaruje u korist opcija s panelima ili inverterima. Ali nepažnja u ovom slučaju skupa je. Loše odabrani prekidač često će uzrokovati kvar zbog toplinskog smanjenja nazivne snage, uzrokujući pregrijavanje i, u najgorem slučaju, požar sustava.

Izbor prekidača nije igra slučaja, već usklađivanje specifikacija s radnim uvjetima sustava.

Nazivni naponi i regulatorni standardi

Nazivni napon prekidača trebao bi biti veći od maksimalnog napona otvorenog kruga (Voc) PV niz, ali na najnižoj očekivanoj temperaturi. Štoviše, izbor mora biti u skladu s topologijom pretvarača i industrijskim standardima, uključujući UL508i i IEC60947-3.

• 600 V istosmjerne struje (UL508i): Ovo je standardna specifikacija stambenih instalacija koje koriste jednofazne pretvarače.
• 1000 V istosmjerne struje (IEC60947-3): Komercijalna krovna instalacija i standardni trofazni inverter.
• 1500 V DC: Trenutni standard centraliziranih pretvarača i velikih solarnih farmi. Povećani napon minimizira gubitke u kabelima, ali zahtijeva prekidače s boljom izolacijom i rukovanjem lukom.

Konfiguracija polova u odnosu na broj nizova

Konfiguracija polova izravno je proporcionalna broju nizova u izolatoru. Jedan od najvažnijih principa istosmjerne izolacije je da svi vodiči pod naponom moraju biti istovremeno bez napona.

• 2P (Dvopolni): Standard s jednim nizom (prekida i pozitivni i negativni napon). Može se koristiti s tipičnim nizovima pretvarača u kojima se kao pretvarač koristi jedan uređaj za praćenje točke maksimalne snage (MPPT).
• 4P (Četveropolni): To je potrebno pri istovremenim radovima s dvama nizovima ili u sustavima višeg napona (1000 V/1200 V). U sustavima visokog napona, polovi su obično spojeni serijski kako bi se napon luka podijelio između nekoliko kontaktnih točaka, što omogućuje malom prekidaču sigurno rukovanje opterećenjem.

Ekološka trajnost i sigurnost materijala

Utjecaj instalacijskog okruženja jedan je od najvažnijih aspekata koji obično izostaju u specifikacijama. Solarni izolatori i prekidači ne rade u klimatiziranim serverskim sobama, već u teškim uvjetima.

• Temperaturni raspon: Normalna radna temperatura robusnih DC prekidača trebala bi biti između -40 °C i 60 °C. Prekidači bi trebali biti smanjeni kada su temperature okoline iznad ovog raspona kako bi se izbjeglo neželjeno isključivanje.
• Standardi zapaljivosti: Budući da je glavni zadatak sprječavanje požara, materijal kućišta mora biti otporan na vatru. Specifikacije moraju biti u strogom skladu sa standardima UL 94V-0 do UL 94V-2 prema kojima kućište mora biti samogasivo u slučaju kvara unutarnjih komponenti.

Dimenzioniranje i izračun (Kako izračunati ampere)

Prema Nacionalnom električnom kodeksu (NEC) i općim najboljim inženjerskim praksama, prekidač ne bi trebao kontinuirano raditi na 100% svoje nazivne snage.

Formula za izračun:

Za određivanje minimalne nazivne amperaže za vaš prekidač (Ibreaker), morate primijeniti sigurnosne faktore na PV Struja kratkog spoja (Isc) niza.

Pojednostavljeno:

Primjer:

Ako imate niz panela s Isc-om od 10A:

Trebali biste zaokružiti na najbližu standardnu ​​veličinu, što bi bio DC prekidač od 20A.

Zašto odabrati BENY Osigurač

Na tržištu preplavljenom generičkim komponentama, BENY predstavlja proizvođača koji se posebno fokusira na složenost DC solarne zaštite. Razlika nije u marketingu, već u inženjerskoj preciznosti.

S više od 30 godina iskustva u industriji, BENY inženjeri prekidači solarnog sustava koji premošćuju jaz između isplativosti i otpornosti industrijske razine. Naša rješenja osmišljena su za rješavanje cijelog spektra PV zahtjeve - od sustava od 12 V do 1500 V - podržavajući teške struje do 630 A uz minimalan gubitak energije.

Sigurnost je sastavni dio naše filozofije „Izgrađeno za izdržljivost“. Svaki prekidač ima napredne barijere za suzbijanje luka i prekidnu snagu od 6kA za trenutno neutraliziranje kvarova. Praktične izazove instalacije rješavamo nepolariziranim dizajnom koji eliminira pogreške u ožičenju i robusnim IP65 kućištima testiranim za rad u ekstremnim klimatskim uvjetima u rasponu od -40°C do 85°C.

Uz 5-godišnje jamstvo i 24/7 globalnu podršku, odabirom BENY znači osiguranje vaše infrastrukture s partnerom posvećenim beskompromisnoj sigurnosti i dugovječnosti.

Zaključak

Fotovoltaična investicija ima tihi zaštitnik, solarni prekidač. Dok paneli stvaraju vrijednost, prekidači je održavaju. Prelazak na složenije visokonaponske komercijalne panele, za razliku od jednostavnih stambenih sustava, zahtijeva promjenu našeg stava prema odabiru komponenti.

Trebali bismo prestati smatrati prekidače robom i smatrati ih važnom sigurnosnom imovinom. Da biste to bolje razumjeli, pročitajte Okosnica električne sigurnosti: DC prekidači i njihova važnostInstalateri mogu osigurati pouzdanost sustava uzimajući u obzir jedinstvenu fiziku istosmjernih lukova, mapirajući prekidače prema njihovim odgovarajućim područjima primjene, poput spojnih kutija s baterijskim sklopovima, te uzimajući u obzir stroge ekološke standarde i nazivne amperaže.

Prekidači su visokoprofilni štit koji je potreban mnogim sustavima. Kada se poštuju ispravne upute za ožičenje, sigurnosne mjere i održavanje, oni osiguravaju dugotrajnost kvalitete fotonaponskog panela.

Pojedincima koji žele snažna, certificirana i projektirana rješenja za DC zaštitu, BENY nudi opremu koja im je potrebna za sigurnu i učinkovitu izgradnju solarnih sustava budućnosti.

Pitanja i odgovori

P: Koji se tip prekidača koristi za solarne panele?

A: Za zaštitu solarnih panela morate koristiti specijalizirani prekidač, obično DC prekidač. Nemojte koristiti standardne kućne AC prekidače. DC struja stvara kontinuirane lukove koje je teže ugasiti od AC. Solarni prekidači (poput DC MCBili je MCCBs) imaju specifične odvode luka i magnetske mehanizme dizajnirane za sigurno prekidanje ovih visokonaponskih istosmjernih lukova i sprječavanje požara.

P: Trebam li prekidač između solarnog panela i invertera?

A: Da. Potreban je prekidač solarnog panela (ili DC izolator) između PV niz i inverter.. Ima dvije vitalne uloge: štiti ulaz invertera od električnih prenapona ili kratkih spojeva i pruža sigurnu fizičku točku isključenja za osoblje za održavanje kako bi servisiralo sustav bez dodirivanja žica pod naponom.

P: Gdje postaviti prekidač u solarni sustav?

A: Prekidači bi trebali biti instalirani u tri kritične zaštitne zone:

• Razvodna ploča istosmjerne struje: Za zaštitu istosmjernih opterećenja poput LED svjetala ili pumpi.
• PV Kutija za kombiniranje: Za zaštitu pojedinačnih solarnih nizova od povratne struje.
• Baterija akumulatora: Između baterije i pretvarača (ovo je obično najveći prekidač).