Разбор солнечных батарей: типы, выбор и советы по установке

Что такое отключение солнечной энергии и почему это важно

Солнечный выключатель — это выключатель по сути своей. Простой ручной выключатель. Он работает не так уж и незаметно: он буквально прерывает поток энергии между двумя точками. Дело не в сложности, а в том, где он расположен и зачем он нужен. «Зачем» — вопрос глубокой безопасности. Постоянный ток (DC) вырабатывается, как только солнечные панели попадают на свет. У Солнца нет кнопки «выключить». Это непрерывное производство энергии представляет серьёзную и долгосрочную угрозу.

Представьте себе пожарного из местной пожарной части на крыше, пытающегося проветрить горящее здание. Представьте себе техника, ремонтирующего инвертор. Представьте себе монтёра электросети на трансформаторе на улице. Всем этим людям нужен надёжный, проверяемый и доступный способ обесточить цепи, к которым они собираются прикоснуться. Устройство отключения солнечной батареи обеспечивает такую ​​возможность. Это неотъемлемый элемент технического обслуживания, первая линия защиты в случае чрезвычайной ситуации, например, пожара, и обязательный элемент любой системы, которая должна быть признана соответствующей требованиям уполномоченного органа (AHJ) и соответствовать местным нормам.

Речь идёт не об удобстве, а о полном контроле. Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует использования этих устройств, особенно в таких статьях, как 690.13 и 690.15, которые весьма конкретны. Главное — принцип электрической изоляции. Технический специалист должен уметь вручную разомкнуть выключатель, заблокировать его в положении «выкл» (процедура, называемая блокировкой/маркировкой или LOTO) и продолжать работу, зная, что цепь обесточена. Без этого каждая солнечная батарея постоянно представляет собой опасность высокого напряжения. Отсутствие такого устройства — это не ошибка проектирования, а серьёзный промах.

Понимание двух основных типов: отключение переменного тока и отключение постоянного тока

«Солнечный выключатель» — термин, который может сбить с толку, поскольку он не является отдельным устройством. Он определяется как два или более принципиально разных элемента, которые не могут быть взаимозаменяемыми. Неспособность различать их — распространённая и опасная ошибка. Инвертор — это разделительная линия, устройство, преобразующее постоянный ток панелей в переменный для вашего дома или электросети. Выключатель есть на стороне постоянного тока (до инвертора) и на стороне переменного тока (после инвертора). Они не могут быть взаимозаменяемыми.

Отключение переменного тока: защитный выключатель на стороне сети

Разъединитель переменного тока устанавливается после инвертора, между инвертором и главным распределительным щитом здания или, чаще, счетчиком электроэнергии. Это выгодно не вам, а коммунальной компании, поскольку она является её главным бенефициаром. Когда монтёр должен починить сеть, он должен быть абсолютно уверен, что ваша солнечная система, которая технически является миниатюрной электростанцией, не подаёт электроэнергию обратно на линии, на которых он работает. Это невероятно опасный эффект, известный как изолирование, при котором ваша система продолжает питать так называемую «мертвую» сеть. Их предохранительный выключатель — это разъединитель переменного тока. Это почти всегда прочный, запираемый выключатель в защитном корпусе. Правила коммунальных предприятий обычно требуют, чтобы он был установлен в месте, которое всегда доступно для их персонала, обычно на внешней стене рядом с вашим основным счетчиком электроэнергии. Его технические характеристики зависят от выходной мощности переменного тока вашего инвертора, и это довольно простое устройство, как и другие переключатели переменного тока, сертифицированные для обслуживания.

Отключение постоянного тока (PV Изолятор): предохранительный выключатель на стороне массива

Разъединитель постоянного тока, также известный как PV Изолятор, или разъединитель массива, находится на противоположной стороне инвертора. Он расположен между самими солнечными панелями (массивом) и входом постоянного тока инвертора. Он служит совершенно другой цели: защите оборудования и работающего с ним специалиста. Для обслуживания, ремонта или замены центрального инвертора необходимо изолировать его от высоковольтного постоянного тока, подаваемого с крыши. Это технически сложная задача, поскольку прерывать высоковольтный постоянный ток гораздо сложнее и опаснее, чем переменный. Постоянный ток, особенно при напряжении от 600 до 1500 В, типичном для современных массивов, не требует прерывания. В отличие от синусоиды переменного тока, которая пересекает ноль 120 раз в секунду (что, конечно же, гасит дугу), постоянный ток представляет собой непрерывный, неумолимый поток энергии без точки «перехода через ноль», которая могла бы облегчить это прерывание. Разрыв цепи постоянного тока высокого напряжения, таким образом, образует устойчивую высокотемпературную плазменную дугу. Именно поэтому невозможно переоценить значение высококачественных, специально разработанных разъединителей постоянного тока. Это должно быть очень специализированное инженерное изделие, тщательно спроектированное для работы с постоянным высоким напряжением постоянного тока и оснащенное внутренними дугогасительными устройствами для безопасного и быстрого гашения этой опасной дуги. Установка выключателя переменного тока в таком месте — верный путь к катастрофическому отказу: выключатель может свариться, расплавиться или даже взорваться под нагрузкой.

Как выбрать правильный солнечный выключатель для вашей системы

Выбор способа отключения — это не приблизительный подход. Это точная оценка непреложных требований вашего массива и потребностей вашей среды. Принятие неверного решения — это не мелкая ошибка, а проектирование системы, которая не работает или выходит из строя с впечатляющим эффектом при испытании. Это систематизированный контрольный список, а не игра в угадайку.

Расчет номинального напряжения (Voc)

Во-первых, напряжение. Переключатель должен быть рассчитан на максимальное напряжение, которое может выработать ваша солнечная батарея. Это не рабочее напряжение (Vmp), а напряжение холостого хода (Voc), которое указано в техническом описании вашей солнечной панели. Чтобы получить Voc вашей цепи, вам нужно сложить Voc всех панелей в одной последовательной цепи. Но это еще не все. Напряжение фотоэлектрических панелей возрастает с понижением температуры. NEC требует расчета температурной поправки (таблица NEC 690.7) в зависимости от самой низкой ожидаемой температуры окружающей среды на месте установки. Это скорректированное для холодной погоды Voc является вашим минимально возможным требованием к напряжению. Номинальная 600-вольтовая батарея в холодном климате может легко превысить 700 В и требует переключателя с номиналом 1000 В, а не 600 В. Здесь невозможны компромиссы, занижение напряжения является серьезным риском пожара.

Определение номинала силы тока (Isc)

Во-вторых, сила тока. Выключатель должен быть рассчитан на максимальный ток, которому он может подвергаться. Это определяется током короткого замыкания (Isc) ваших солнечных батарей. Если у вас несколько батарей подключены параллельно (например, в распределительной коробке), необходимо сложить значения Isc. Поскольку солнечные цепи считаются источником энергии непрерывного действия (то есть, могут использоваться на полной мощности не менее трех часов или дольше), NEC предписывает применять коэффициент безопасности 1.25 (125%) к максимальному току цепи. Номинальная сила тока вашего выключателя должна быть не менее 125 процентов от расчетного максимального тока. Это не «рекомендация». Предотвращение перегрева, износа компонентов и возгорания является основным требованием. Для более подробного ознакомления с вариантами оборудования, пожалуйста, изучите наше руководство по... Выключатель постоянного тока.

Сплавленный или не сплавленный: что вам нужно?

Этот вариант определяется конструкцией системы и расположением устройств максимальной токовой защиты (МТЗ).

• Отключение без предохранителя: Это простой выключатель. Он не обеспечивает защиты от перегрузки по току. Он применяется исключительно для изоляции. Это подходит в случае, если OCPD предлагается где-то ещё. Например, выключатель постоянного тока однорядного инвертора часто не имеет предохранителя, поскольку сам инвертор обеспечивает необходимую защиту.
• Предохранительное разъединение: Этот тип имеет предохранители, встроенные в корпус выключателя. Он обеспечивает защиту от перегрузки по току и изоляцию. Это необходимо в системах с тремя или более параллельными цепочками, подключенными к распределительному щитку. Цепи должны быть оснащены отдельными предохранителями, чтобы предотвратить обратный ток от других цепочек в случае неисправности. Между аккумуляторной батареей и инвертором также может потребоваться главный разъединитель с предохранителем.

Не стоит думать, что какой-то один вариант всегда лучше; они используются в разных целях дизайна.

Выбор правильного корпуса (рейтинг NEMA/IP)

Внутренние части выключателя становятся бесполезными, если корпус, в котором они находятся, разрушается. В Северной Америке корпус имеет сертификат NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования), а на международном уровне — IP (Ingress Protection).

• НЕМА 3R: Это минимальный набор для большинства наружных установок. Он устойчив к погодным условиям и защищает от дождя и мокрого снега.
• NEMA 4/4X: Это значительное улучшение. NEMA 4 водонепроницаем, то есть устойчив к воздействию воды из шланга. Это особенно важно в регионах, где дождь дует с ветром или где оборудование может быть обрызгано. NEMA 4X обеспечивает коррозионную стойкость и поэтому необходим в прибрежных районах, в промышленности и сельском хозяйстве.
• IP-рейтинги: Степень защиты IP65 обеспечивает пыленепроницаемость и защиту от струй воды. Степень защиты IP66 обеспечивает защиту от мощных струй воды. Это типичные международные эквиваленты защиты NEMA 4.

Корпус определяется условиями окружающей среды. При выборе корпуса, предназначенного для использования внутри помещений (NEMA 1), для использования на открытом воздухе он быстро выйдет из строя из-за проникновения воды.

Соответствие нормам и требованиям сертификации (NEC, UL, IEC)

Наконец, если устройство не сертифицировано Национальной испытательной лабораторией (NRTL), то никакие характеристики не имеют значения. Эта сертификация — ваша единственная независимая гарантия того, что коммутатор действительно будет работать в соответствии с заявленными условиями сбоя. В США это подразумевает получение маркировки UL (например, UL 98 или UL 508). В Европе это подразумевает соответствие требованиям IEC и маркировку CE. Несертифицированный компонент, не включенный в реестр, влечет за собой огромную ответственность. Он не пройдет проверку электрооборудования, вероятно, аннулирует вашу страховку имущества и является глубокой и неприемлемой спекуляцией на безопасности вашей системы. Это один из самых неподходящих способов экономить.

Как вы заметите, выбор подходящего разъединителя зависит не только от базовых характеристик. Сертификация и характеристики безопасности, в частности, не подлежат обсуждению. Правильно спроектированный разъединитель постоянного тока должен быстро подавлять дугу и быть абсолютно надёжным под нагрузкой. Здесь представлены профессиональные производители устройств защиты постоянного тока, такие как BENY применять свои специализированные знания на практике.

Для более ясного понимания основ ознакомьтесь с нашими материалами. Основы работы с солнечными панелями для дополнительной информации.

Распространенные ошибки при установке солнечных разъединителей, которых следует избегать

Теория элегантна. Практика полна сложностей. Даже хорошо подобранное отключение может стать бесполезным или даже опасным из-за бездумной установки. Критерии строги, и на то есть свои причины. Ниже перечислены наиболее распространённые и предотвратимые сбои.

• Обратная полярность (отключение постоянного тока): Это, пожалуй, самая серьёзная и опасная ошибка. Клеммы «Линия» и «Нагрузка» не рекомендуются для использования на разъединителе постоянного тока. Источник питания (солнечные панели) следует подключать к стороне «Линия». Устройство (инвертор) следует подключать к стороне «Нагрузка». Это связано с тем, что дугогасительный механизм разъединителя имеет направленное действие. Изменение полярности сводит на нет эту важную меру безопасности, фактически гарантируя, что разъединитель сварится или выйдет из строя под нагрузкой.
• Неподходящее расположение и доступность: NEC требует, чтобы разъединители были «легкодоступными». Это не означает, что их можно легко найти с помощью 20-метровой лестницы и карты. Они должны быть легкодоступны, не перекрыты оборудованием и видны спасателям или техническому специалисту. Не скрывайте разъединители на чердаке, в подполье или за панелью с болтами. В случае разъединителей переменного тока от электросети ознакомьтесь с местными правилами электроснабжения, которые почти всегда требуют установки разъединителей на открытом воздухе рядом со счётчиком.
• Неправильный момент затяжки проводника: Наконечники выключателя имеют определённый крутящий момент в дюйм-фунтах, указанный на боковой стороне или в руководстве по установке. «Хорошо и плотно» — это не техническая характеристика. Слишком слабое затягивание создаст точку высокого сопротивления, которая будет выделять много тепла, расплавлять изоляцию и вызывать пожар. Слишком сильное затягивание приведёт к перерезанию жил проводника и самого наконечника, что также приведёт к повреждению из-за высокого сопротивления. Используйте калиброванный динамометрический ключ. Каждый раз.
• Применение компонентов переменного тока в системах постоянного тока: Это необходимо повторять, поскольку это самая роковая ошибка дилетанта. Выключатель или выключатель постоянного тока, особенно высоковольтный фотоэлектрический, нельзя использовать с выключателем или выключателем переменного тока, продающимся в магазине товаров для дома. Он не способен погасить дугу постоянного тока. Он не сработает. Он не сработает и, скорее всего, станет причиной пожара. Следует использовать только компоненты, рассчитанные на постоянное напряжение и ток, а также имеющие сертификаты.
• Слабое управление корпусами: Корпус NEMA 4X будет бесполезен, если вы просверлите отверстия для ввода кабелепроводов сверху и направите воду непосредственно на клеммы. Ввод кабелепроводов всегда следует планировать по бокам или, еще лучше, снизу. Убедитесь, что все соединительные муфты и фитинги имеют класс защиты NEMA и хорошо герметизированы. Для обеспечения бесперебойной работы ознакомьтесь с нашими рекомендациями. Разбор солнечных батарей: типы, выбор и советы по установке.

Заключение

В конце концов, устройство отключения солнечных батарей — это сложное устройство с простыми правилами. Это не приложение и не та часть, где можно сгладить углы. Это главный гарант безопасности вашей системы, вашего имущества и персонала, который с ней работает. Поскольку разница между типами переменного и постоянного тока очевидна, а расчёт напряжения и силы тока требует строгости, единственно приемлемый подход — это осмотрительность. Требования NEC и UL — это не бюрократия; это сжатая мудрость опыта, полученного, зачастую очень дорогой ценой. Относитесь к ним соответственно.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)