Jak prawidłowo zespalać układ słoneczny

Panele słoneczne stały się ostatnio znacznie bardziej powszechne, ponieważ ludzie na całym świecie zaczynają przestawiać się na bardziej ekologiczny i zrównoważony styl życia. Wyjście poza sieć wymaga, aby niektóre osoby były w stanie wykonywać własne prace domowe, a w takich okolicznościach wiedza o tym, jak prawidłowo podłączyć panele słoneczne, jest niezbędna. 

W większości przypadków wymagany jest bezpiecznik układu słonecznego między panelem słonecznym a kontrolerem ładowania, ponieważ bezpieczniki i wyłączniki automatyczne chronić okablowanie przed przegrzaniem. Zapobiega to również zapaleniu się lub uszkodzeniu urządzeń w przypadku zwarcia. Jeśli jednak panele słoneczne są połączone szeregowo, rzadko potrzebny jest bezpiecznik.

Co to jest bezpiecznik słoneczny?

Bezpiecznik solarny to rodzaj bezpiecznika przeznaczonego specjalnie do systemów energii słonecznej, służący jako krytyczna linia obrony przed awariami elektrycznymi w układzie słonecznym. Mają na celu ochronę urządzeń solarnych przed przegrzaniem, przeciążeniem lub możliwymi zwarciami. Kiedy wystąpi awaria elektryczna, bezpiecznik działa jak słabe ogniwo w obwodzie, topiąc i przerywając połączenie, aby zapobiec przepływowi nadmiernego prądu. Bezpiecznik słoneczny można wybrać na podstawie kilku czynników, takich jak rozmiar i kształt fizyczny, natężenie prądu, zdolność wyłączania i wiele innych.

Bez prawidłowego użycia bezpieczników zwarcie lub przeciążenie może spowodować przegrzanie przewodów, stopienie izolacji, a nawet pożar. Bezpieczniki pomagają złagodzić to ryzyko, szybko przerywając przepływ prądu, zanim nastąpi uszkodzenie. Chronią również panele słoneczne przed prądem wstecznym, który może wystąpić, gdy panel zostanie zacieniony lub uszkodzony, co może spowodować pobór prądu z innych paneli w ciągu.

Kiedy łączyć panele słoneczne

NEC zapewnia wytyczne dotyczące bezpieczników paneli słonecznych w oparciu o prąd zwarciowy (Isc) paneli. Kodeks wymaga, aby wartość bezpiecznika wynosiła co najmniej 156% Isc panelu. Na przykład, jeśli panel słoneczny ma Isc 10 A, minimalna wartość znamionowa bezpiecznika będzie wynosić 15.6 A, zaokrąglona w górę do następnego standardowego rozmiaru bezpiecznika wynoszącego 20 A.

Okablowanie szeregowe: Sytuacje, których nie trzeba łączyć

Gdy panele słoneczne są połączone szeregowo, prąd przepływający przez każdy panel jest taki sam. W tej konfiguracji pojedynczy bezpiecznik na końcu łańcucha zwykle wystarcza do ochrony całego układu. Panel słoneczny nie musi być wyposażony w bezpiecznik, jeśli prąd zwarciowy panelu słonecznego jest mniejszy niż maksymalna wartość znamionowa bezpiecznika szeregowego panelu słonecznego. Z następujących powodów łączenie tego rodzaju macierzy nie zapewnia dodatkowej ochrony ani korzyści:

Trzy panele 200W są połączone kolejno. Każdy panel słoneczny ma maksymalną wartość bezpiecznika szeregowego 15 A i maksymalny szeregowy prąd zwarciowy odpowiednio 10.2 A, 9.8 A i 9.8 A.

Biorąc pod uwagę, że maksymalna wartość bezpiecznika szeregowego wynosi 15A, możemy założyć, że wewnętrzne przewody, diody, połączenia i inne części prawdziwego panelu słonecznego mogą wytrzymać maksymalny prąd 15A.

Ponieważ prąd zwarciowy tablicy wynosi 10.2 A, rozsądne jest stwierdzenie, że gdyby w jednym z paneli słonecznych wystąpiło zwarcie lub inna awaria, panel byłby przystosowany do zarządzania sytuacją, ponieważ prąd zwarciowy nie może przekroczyć maksymalna wartość bezpiecznika panelu.

Ostatecznie nigdy nie dopuści do przepalenia bezpiecznika. Spraw, aby bezpiecznik wytrzymywał uciążliwe przepalenia, gdy działa normalnie. Z tego powodu, zgodnie z kodeksem, w takiej sytuacji nie jest potrzebny bezpiecznik.

Okablowanie równoległe: gdy konieczne jest zastosowanie bezpieczników

Jednakże, gdy panele słoneczne są połączone równolegle, każdy ciąg płynie własnym prądem. W takim przypadku wymagane są bezpieczniki dla każdego równoległego ciągu, aby zapobiec wpływowi zwarcia w jednym ciągu na pozostałe. NEC wymaga, aby każdy połączony równolegle ciąg był indywidualnie zabezpieczony, przy czym wartość znamionowa bezpiecznika nie przekracza maksymalnej wartości znamionowej bezpieczników szeregowych paneli.

GDZIE SIĘ ZABEZPIECZYĆ?

Istnieją trzy różne lokalizacje, w których można zainstalować bezpiecznik w panelach słonecznych. Pierwszy znajduje się pomiędzy zestawem akumulatorów a kontrolerem ładowania. Po drugie, można go umieścić pomiędzy kontrolerem ładowania a panelami słonecznymi. Wreszcie, bezpiecznik może znajdować się również pomiędzy falownikiem a zestawem akumulatorów.

Bezpiecznik lub wyłącznik zainstalowany pomiędzy kontrolerem ładowania a zespołem akumulatorów może chronić przed zwarciami i przeciążeniami. Bezpiecznik ten powinien być przystosowany do obsługi maksymalnego prądu wyjściowego kontrolera ładowania.

Bezpiecznik pomiędzy kontrolerem ładowania a panelem słonecznym skutecznie chroni przed przegrzaniem przewodów, jednocześnie chroniąc urządzenie przed uszkodzeniem.

Bezpiecznik lub wyłącznik zainstalowany pomiędzy baterią akumulatorów a falownikiem może również chronić przed zwarciami i przeciążeniami. Bezpiecznik powinien być dobrany tak, aby wytrzymać maksymalny pobór prądu przez falownik.

Jakiego typu/rozmiaru bezpiecznika potrzebujemy?

Dla litu szacuje się systemy fotowoltaiczne (PV) aby działać bezpiecznie, niezawodnie i przez długi czas, bezpieczniki muszą być odpowiednio dobrane. W przeciwieństwie do zwykłych aplikacji do dystrybucji i sterowania energią elektryczną, bezpieczniki systemu słonecznego są podatne na szczególne okoliczności. Długotrwałe narażenie na czynniki środowiskowe może prowadzić do nieprawidłowych temperatur otoczenia, co z kolei wpływa na dobór przewodów, ich rozmiar i działanie bezpieczników. 

Dodatkowo, PV moduły wytwarzają prądy ciągłe, w przeciwieństwie do tradycyjnych obwodów, które są zwykle dobierane w oparciu o ciągłe obciążenia, co wymaga dodatkowych rozważań dotyczących doboru bezpieczników. Biorąc pod uwagę te okoliczności, specjalna technika doboru bezpieczników solarnych w PV wymagane są systemy.

Utrwalanie paneli słonecznych 

Komercyjne panele słoneczne o mocy ponad 50 watów wykorzystują kable o średnicy 10, które wytrzymują przepływ prądu do 30 amperów. W takich przypadkach łączenie nie jest konieczne, jeśli panele są połączone szeregowo. Sytuacja zmienia się jednak znacząco w przypadku połączenia paneli równolegle. Na przykład, jeśli istnieją cztery panele, każdy o obciążalności 15 A, zwarcie w jednym z nich może spowodować skierowanie wszystkich 60 A na zwarty panel. Spowoduje to, że przewody prowadzące do tego panelu będą otrzymywać znacznie większy prąd niż 30 amperów, co może spowodować zapalenie tej pary przewodów. Dlatego przy połączeniach równoległych istotne jest zainstalowanie bezpieczników na każdym panelu, aby zapobiec nadmiernemu przepływowi prądu, który może prowadzić do przegrzania i zagrożenia pożarowego.

Łączenie dla skrzynki równoległej/łącznika

A pudełko łączące jest używany w systemie równoległym i zawiera bezpieczniki i wyłączniki dla każdego panelu, a także jeden lub więcej „połączonych” bezpieczników podłączonych do kontrolera ładowania lub falownika sieciowego. Najpierw musimy obliczyć najgorszy prąd, który będzie płynął w oparciu o nasze unikalne panele, zanim dobierzemy odpowiedni rozmiar tego „kombinowanego” bezpiecznika/wyłącznika. Należy pamiętać, że całkowite natężenie prądu wszystkich bezpieczników w skrzynce połączeniowej nie powinno przekraczać maksymalnej wartości znamionowej wejściowej kontrolera ładowania lub obciążalności prądowej przewodów wychodzących ze skrzynki łącznikowej.

Ładowarka do bezpiecznika lub wyłącznika akumulatora

Ponieważ najgorsze wzmacniacze płynące do i z Modulowana szerokość impulsu (PWN) kontroler ładowania jest taki sam, bezpiecznik i rozmiar przewodu mogą się zgadzać. Wręcz przeciwnie, kontrolery ładowania MPPT mają zdolność zarówno zmniejszania napięcia, jak i zwiększania prądu przepływającego między kontrolerem a baterią akumulatorów, co wymaga ponownego obliczenia dokładnego rozmiaru przewodu i bezpiecznika lub skonsultowania się z instrukcją obsługi kontrolera ładowania. Na przykład w przypadku kontrolera ładowania Solar Boost 50 (amp) firma Blue Sky zaleca zainstalowanie 60-amperowego bezpiecznika/wyłącznika między urządzeniem a baterią akumulatorów. Jeszcze raz wybierz przewód o prawidłowej wartości znamionowej.

Bezpiecznik pomiędzy zespołem akumulatorów a falownikiem

Ostatni bezpiecznik lub wyłącznik pomiędzy baterią akumulatorów a falownikiem powinien być dobrany w oparciu o ciągłą moc znamionową falownika i maksymalny prąd udarowy, jaki może obsłużyć. Aby określić odpowiedni rozmiar bezpiecznika lub wyłącznika, należy zapoznać się ze specyfikacjami producenta falownika. Ogólną zasadą jest to, że wartość znamionowa bezpiecznika powinna wynosić od 1.25 do 1.5 wartości znamionowej prądu ciągłego falownika. Na przykład, jeśli falownik ma ciągłą moc znamionową 2000 W przy 24 V, prąd ciągły będzie wynosił 2000 W ÷ 24 V = 83.3 A. W tym przypadku należy wybrać bezpiecznik lub wyłącznik o wartości znamionowej od 105 A do 125 A.

Wymagane narzędzia 

• Wyszukiwarka kąta
• Poziom torped
• taśma rybna
• Linia kredowa
• Wiertarka akumulatorowa (14.4 V lub większa), wiele baterii
• Wiertła Unibit i wielokrotne (do drewna, metalu, muru)
• Otwornica
• Dziurkacz
• Klucz dynamometryczny z głębokimi nasadkami
• Klucze do nakrętek 
• Szczypce boczne
• Zaciskarki
• Szczypce półokrągłe
• Szczypce dróżnika
• Szczypce przegubowe
• Małe nożyce do kabli
• Duże nożyce do kabli
• Multimetr AC/DC
• Piła do metalu
• Środek taśmy
• Koc, karton lub czarny plastik 
• Przedłużacze o dużej wytrzymałości
• Pistolet do mas uszczelniających
• Ściągacze bezpieczników

Różnice między bezpiecznikami i wyłącznikami

Bezpieczniki i wyłączniki służą do ochrony układu słonecznego przed awariami elektrycznymi, ale działają w nieco inny sposób. Bezpieczniki to urządzenia jednorazowego użytku, które topią się i przerywają obwód w przypadku wystąpienia przetężenia. Gdy bezpiecznik się przepali, należy go wymienić.

Z drugiej strony wyłączniki automatyczne można zresetować po zadziałaniu. Używają mechanicznego przełącznika do przerywania obwodu w przypadku wykrycia przetężenia. Po usunięciu usterki wyłącznik można zresetować, przywracając zasilanie obwodu.

W układach słonecznych bezpieczniki są częściej stosowane w przypadku mniejszych prądów, na przykład w ciągach paneli słonecznych lub między kontrolerem ładowania a akumulatorem. Wyłączniki są często używane w zastosowaniach wymagających większego prądu, na przykład między zespołem akumulatorów a falownikiem.

Wybór odpowiedniego typu bezpiecznika

Wybierając bezpieczniki do układu fotowoltaicznego, ważne jest, aby wybrać właściwy typ i rozmiar. Najpopularniejszymi typami bezpieczników stosowanych w zastosowaniach fotowoltaicznych są:

• Bezpieczniki ANL (łopatkowe): Bezpieczniki te są powszechnie stosowane w obwodach akumulatorów i falowników i są dostępne w rozmiarach od 20 A do 750 A.
• Bezpieczniki miniaturowe (ATC): Te małe bezpieczniki w kształcie ostrza są często używane w ciągach paneli słonecznych i skrzynkach łączników, o rozmiarach od 1 A do 30 A.
• Bezpieczniki kasetowe: Te cylindryczne bezpieczniki są dostępne w szerokiej gamie rozmiarów i często są używane w zastosowaniach o wyższym napięciu.

Wybierając rozmiar bezpiecznika, zawsze należy kierować się wytycznymi NEC i specyfikacjami komponentów fotowoltaicznych. Bezpieczniki powinny być przystosowane do obsługi co najmniej 156% oczekiwanego prądu, zaokrąglonego w górę do następnego standardowego rozmiaru bezpiecznika.

Typowe błędy, których należy unikać podczas łączenia układu słonecznego

• Bezpieczniki o zbyt małym lub zbyt dużym rozmiarze: użycie zbyt małego bezpiecznika może spowodować jego przedwczesne przepalenie, natomiast użycie zbyt dużego bezpiecznika może nie zapewnić odpowiedniej ochrony. Zawsze dobieraj bezpieczniki zgodnie z wytycznymi NEC i specyfikacjami komponentów.
• Zaniedbanie bezpiecznika paneli połączonych równolegle: Każdy ciąg połączony równolegle musi być indywidualnie zabezpieczony, aby zapobiec wpływowi zwarcia w jednym ciągu na pozostałe. Niezastosowanie się do zabezpieczenia równoległych ciągów może prowadzić do uszkodzeń i zagrożenia pożarowego.
• Niewłaściwe umiejscowienie lub instalacja bezpieczników: Bezpieczniki należy instalować jak najbliżej źródła zasilania i zawsze na przewodzie dodatnim. Niewłaściwe umieszczenie lub instalacja może zmniejszyć skuteczność bezpiecznika i potencjalnie spowodować uszkodzenie systemu.

Prawidłowe techniki instalowania bezpieczników

Instalując bezpieczniki w układzie fotowoltaicznym, postępuj zgodnie z poniższymi najlepszymi praktykami:

• Użyj prawidłowego Uchwyt bezpiecznika lub skrzynkę bezpieczników, aby sprawdzić typ i rozmiar bezpiecznika. Aby dowiedzieć się więcej o obudowach podzespołów, przeczytaj Uchwyty bezpieczników: wszystko, co musisz wiedzieć.
• Zainstaluj bezpieczniki na przewodzie dodatnim, jak najbliżej źródła zasilania.
• Używaj przewodów i złączy o odpowiednich rozmiarach, zapewniając szczelne i bezpieczne połączenie.
• Wyraźnie oznacz każdy bezpiecznik lub wyłącznik, wskazując jego przeznaczenie i parametry.
• Utrzymuj bezpieczniki i wyłączniki w czystości i wolne od korozji, wymieniając je w razie potrzeby.

Konserwacja i rozwiązywanie problemów

Regularna konserwacja i kontrola bezpieczników i wyłączników fotowoltaicznych może pomóc w zapobieganiu problemom i zapewnić długowieczność systemu. Cyklicznie:

• Sprawdź wzrokowo bezpieczniki i wyłączniki pod kątem oznak korozji, uszkodzeń lub przegrzania.
• Sprawdź połączenia pod kątem szczelności i czystości.
• Sprawdź ciągłość bezpieczników za pomocą multimetru, aby upewnić się, że nadal działają.
• Wymień wszelkie przepalone bezpieczniki lub zadziałały wyłączniki, sprawdzając przyczynę usterki przed przywróceniem zasilania.

Jeśli występują powtarzające się awarie bezpieczników lub zadziałania wyłącznika, może to wskazywać na poważniejszy problem z układem fotowoltaicznym. Skonsultuj się z profesjonalnym instalatorem instalacji fotowoltaicznych lub elektrykiem, aby zdiagnozować i rozwiązać problem.

Wniosek

Każdy system paneli słonecznych który zawiera bezpiecznik między panelami a kontrolerem ładowania, jest wysoce zalecany, ponieważ ochroni urządzenia elektryczne i gadżety przed przepięciami i zapobiegnie przegrzaniu lub zapaleniu się przewodów w wyniku przetężenia. Nawet jeśli mniejszy PV System z panelami połączonymi szeregowo może nie wymagać bezpiecznika, zawsze warto zachować ostrożność. Najbezpieczniejszą opcją dla systemu jest szybki bezpiecznik. Odnosić się do Beny dla lepszych rozwiązań dla systemów solarnych.