Vysvetlenie odpojenia solárneho systému: Typy, výber a tipy na inštaláciu

Čo je to odpojenie solárnej energie a prečo je kritické

Solárny odpojovač je v najzákladnejšej forme prepínač. Manuálny, jednoduchý prepínač. Nefunguje nenápadne: doslova preruší tok energie medzi dvoma bodmi. Nie je to také zložité, skôr je dôležité, kde sa nachádza a prečo je potrebný. „Prečo“ je otázkou hlbokej bezpečnosti. Jednosmerný prúd (DC) sa vyrába hneď, ako sú solárne panely vystavené svetlu. Slnko nemá tlačidlo „vypnúť“. Táto nepretržitá produkcia predstavuje veľkú a trvalú hrozbu.

Predstavte si hasiča z miestneho hasičského zboru na streche, ktorý sa snaží vetrať horiacu budovu. Predstavte si technika, ktorý opravuje menič. Predstavte si elektroinštalatéra na transformátore na ulici. Všetci títo ľudia potrebujú mať istý, overiteľný a dostupný spôsob, ako odpojiť obvody, ktorých sa dotknú. Solárny odpojovač to ponúka. Je to nekompromisný prvok údržby, prvá línia obrany v prípade núdze, ako je napríklad požiar, a povinný prvok každého systému, ktorý musí byť uznaný za vyhovujúci orgánom s jurisdikciou (AHJ) a musí spĺňať miestne predpisy.

Nejde o pohodlie, ale o úplnú kontrolu. Tieto zariadenia sú vyžadované Národným elektrotechnickým predpisom (NEC), najmä v článkoch ako 690.13 a 690.15, ktoré sú veľmi špecifické. Hlavnou silou je princíp elektrickej izolácie. Technik by mal byť schopný manuálne otvoriť spínač, zablokovať ho v polohe „vypnuté“ (postup nazývaný Lockout/Tagout alebo LOTO) a pokračovať v práci s vedomím, že obvod je bez napätia. Bez tohto vedomia je každý solárny panel neustále vystavený vysokému napätiu. Nie je to konštrukčné prehliadnutie, je to konštrukčné zlyhanie najvyššej úrovne.

Pochopenie dvoch hlavných typov: odpojenie striedavého prúdu vs. odpojenie jednosmerného prúdu

„Solárne odpojenie“ je mätúci pojem, pretože nejde o jedno zariadenie. Je definované ako dva alebo viac v podstate odlišných prvkov, ktoré nemožno používať zameniteľne. Neschopnosť rozlišovať medzi nimi je rozšírená a nebezpečná chyba. Menič je deliaca čiara, zariadenie, ktoré premieňa jednosmerný prúd z panelov na striedavý prúd do vášho domu alebo siete. Na strane jednosmerného prúdu (pred meničom) je odpojenie a na strane striedavého prúdu (za meničom) je odpojenie. Nemožno ich používať zameniteľne.

Odpojenie striedavého prúdu: Bezpečnostný spínač na strane siete

Odpojovač striedavého prúdu sa inštaluje za meničom, medzi meničom a hlavným rozvádzačom budovy alebo, častejšie, elektromerom. Neprináša prospech vám, ale spoločnosti poskytujúcej energetické služby ako jej hlavnému príjemcovi. Keď musí elektroinštalatér opraviť sieť, musí si byť bez akýchkoľvek pochybností istý, že váš solárny systém, ktorý je technicky miniatúrnou elektrárňou, nedodáva spätne elektrinu do vedenia, na ktorom pracuje. Ide o neuveriteľne nebezpečný jav známy ako ostrovný systém, pri ktorom váš systém stále napája takzvanú „mŕtvu“ sieť. Ich bezpečnostným vypínačom je odpojovač striedavého prúdu. Je to takmer vždy odolný, uzamykateľný vypínač v kryte odolnom voči poveternostným vplyvom. Predpisy pre verejnoprospešné služby zvyčajne vyžadujú, aby bol nainštalovaný na mieste, ktoré je ich personálu neustále k dispozícii, čo je zvyčajne na vonkajšej stene v blízkosti vášho hlavného elektromera. Jeho technické špecifikácie závisia od výstupu striedavého prúdu vášho meniča a je to pomerne jednoduché zariadenie, podobne ako iné vypínače striedavého prúdu určené na prevádzku.

Odpojenie jednosmerného prúdu (PV Izolátor): Bezpečnostný spínač na strane poľa

Odpojovač jednosmerného prúdu, tiež známy ako PV Izolátor alebo odpojovač poľa sa nachádza na opačnej strane meniča. Je umiestnený medzi samotnými solárnymi panelmi (poľom) a jednosmerným vstupom meniča. Jeho účelom je úplne iný: chrániť zariadenie a technika, ktorý na ňom pracuje. Na servis, opravu alebo výmenu centrálneho meniča je potrebné ho izolovať pomocou vysokonapäťového jednosmerného napájania dodávaného zo strechy. Technicky je to náročná úloha, pretože je oveľa ťažšie a nebezpečnejšie prerušiť vysokonapäťové jednosmerné napájanie ako prerušiť striedavé napájanie. Jednosmerné napájanie, najmä pri napätí 600 V až 1500 V, ktoré je typické pre moderné panely, sa nechce prerušovať. Na rozdiel od sínusoidy striedavého prúdu, ktorá prechádza cez nulu 120-krát za sekundu (čo samozrejme uhasí oblúk), jednosmerný prúd je nepretržitý, neúprosný tok energie bez bodu „prechodu nulou“, ktorý by toto prerušenie uľahčil. Prerušenie živého vysokonapäťového jednosmerného obvodu tak vytvára trvalý plazmový oblúk s vysokou teplotou. Preto nemožno preceňovať význam vysokokvalitných, účelovo vyrobených jednosmerných odpojovačov. Musí ísť o veľmi špecializovaný technický prvok, starostlivo navrhnutý tak, aby zvládal nepretržitý vysokonapäťový jednosmerný prúd, a skonštruovaný s vnútornými zariadeniami na zhášanie oblúka, aby sa tento nebezpečný oblúk bezpečne a rýchlo uhasil. Umiestnenie spínača striedavého prúdu na toto miesto je zárukou katastrofálneho zlyhania; spínač bude mať tendenciu sa pri zaťažení zvariť, roztaviť alebo dokonca vybuchnúť.

Ako vybrať správny solárny odpojovač pre váš systém

Výber odpojovacieho bodu nie je približná hodnota. Je to presný odhad nezmeniteľných požiadaviek vášho poľa a potrieb vášho prostredia. Urobiť nesprávne rozhodnutie nie je malá chyba; je to návrh systému, ktorý nefunguje alebo sa pri testovaní pokazí veľkolepým spôsobom. Je to systematický kontrolný zoznam a nie hra na hádanie.

Výpočet menovitého napätia (Voc)

Po prvé, napätie. Prepínač by mal byť dimenzovaný na maximálne napätie, ktoré vaše pole dokáže vyrobiť. Nejde o prevádzkové napätie (Vmp), ale o napätie naprázdno (Voc), ktoré je uvedené v technickom liste vášho solárneho panela. Na získanie reťazca Voc musíte spočítať Voc všetkých panelov v jednom sériovom reťazci. To však nie je všetko. Napätie fotovoltaických panelov stúpa s poklesom teploty. NEC vyžaduje výpočet teplotnej korekcie (tabuľka NEC 690.7) v závislosti od najnižšej očakávanej okolitej teploty v mieste inštalácie. Toto upravené Voc pre chladné počasie predstavuje najnižšiu možnú požiadavku na napätie. Nominálne pole 600 V v chladnom podnebí môže byť ľahko nad 700 V a vyžaduje si prepínač s menovitým napätím 1000 V, nie 600 V. Tu nie je možný žiadny kompromis, podhodnotenie napätia predstavuje veľké riziko požiaru.

Určenie menovitého prúdu (Isc)

Po druhé, prúdová sila. Prepínač by mal byť dimenzovaný tak, aby odolal maximálnemu prúdu, ktorému môže byť vystavený. Toto je založené na skratovom prúde (Isc) vašich solárnych reťazcov. Ak máte niekoľko reťazcov paralelne zapojených (napr. v zlučovacej skrini), musíte spočítať hodnoty Isc. Keďže solárne obvody sa považujú za zdroj energie, ktorý pracuje nepretržite (to znamená, že sa môže používať na plný výkon najmenej tri hodiny alebo dlhšie), NEC nariaďuje, aby sa na maximálny prúd obvodu použil bezpečnostný faktor 1.25 (125 %). Menovitá prúdová sila vášho odpojovača by nemala byť nižšia ako 125 percent vypočítaného maximálneho prúdu. Toto nie je „návrh“. Základnou požiadavkou je predchádzať prehriatiu, degradácii komponentov a požiaru.

Tavené vs. netavené: Ktoré potrebujete?

Táto možnosť je určená návrhom systému a umiestnením nadprúdovej ochrany (OCPD).

• Nepoistené odpojenie: Ide o základný vypínač. Neponúka žiadnu ochranu proti nadprúdu. Používa sa výlučne na izoláciu. Je vhodný v prípade, že sa OCPD ponúka aj inde. Napríklad jednosmerný odpojovač jednoreťazcového meniča často nie je zabezpečený poistkou, pretože samotný menič poskytuje požadovanú ochranu.
• Poistkové odpojenie: Ide o typ, ktorý má poistky zabudované v kryte spínača. Ponúka ochranu pred nadprúdom a izoláciu. Toto je potrebné v systémoch s tromi alebo viacerými paralelnými reťazcami, ktoré sú napájané do zlučovacej skrinky. Reťazce by mali byť poistené samostatne, aby sa zabezpečilo, že v prípade poruchy nebudú vystavené spätnému prúdu z ostatných reťazcov. Medzi batériovou sadou a meničom môže byť potrebný aj hlavný poistkový odpojovač.

Nemyslite si, že jeden je vždy lepší; používajú sa na rôzne dizajnové účely.

Výber správneho krytu (stupeň krytia NEMA/IP)

Vnútorné časti spínača sú nepoužiteľné, keď sa zrúti skrinka, v ktorej sú umiestnené. V Severnej Amerike je krytie klasifikované podľa NEMA (Národná asociácia výrobcov elektrotechniky) alebo medzinárodne podľa IP (ochrana proti vniknutiu).

• NEMA 3R: Toto je minimum pre väčšinu vonkajších inštalácií. Je odolný voči poveternostným vplyvom a chráni pred dažďom a snehom so snehom.
• NEMA 4 / 4X: Toto je veľké zlepšenie. NEMA 4 je vodotesná, t. j. je odolná voči vode striekanej z hadice. To je nevyhnutné v oblastiach, kde vietor fúka dážď alebo kde môže byť zariadenie postrekované. 4X poskytuje odolnosť proti korózii, a preto je nevyhnutná v pobrežných, priemyselných alebo poľnohospodárskych aplikáciách.
• Hodnotenia IP: Krytie IP65 je prachotesné a odolné voči striekajúcej vode. Krytie IP66 je odolné voči vysokotlakovým striekajúcim vodným prúdom. Ide o typické medzinárodné ekvivalenty ochrany typu NEMA 4.

Kryt je určený prostredím. Pri výbere krytu s certifikáciou pre vnútorné použitie (NEMA 1) na použitie vo vonkajšom prostredí kryt rýchlo zlyhá v dôsledku vniknutia vody.

Splnenie požiadaviek predpisov a certifikácie (NEC, UL, IEC)

Nakoniec, neexistuje žiadna dôležitá špecifikácia, ak zariadenie nie je certifikované Národne uznávaným skúšobným laboratóriom (NRTL). Táto certifikácia je vašou jedinou nezávislou zárukou, že spínač bude skutočne fungovať za svojich menovitých poruchových podmienok. V USA to zahŕňa získanie značky UL (napr. UL 98 alebo UL 508). V Európe to znamená zhodu s normami IEC a značku CE. Neuvedený a necertifikovaný komponent predstavuje obrovskú zodpovednosť. Neprejde vašou elektrickou kontrolou, pravdepodobne zruší vaše poistenie majetku a predstavuje hlboké a neprijateľné špekulácie o bezpečnosti vášho systému. Patrí medzi najnevhodnejšie miesta na pokusy o šetrenie peňazí.

Ako si všimnete, výber vhodného odpojovača nie je len otázkou základných menovitých hodnôt. Nevyhnutná je najmä certifikácia a bezpečnostné prvky. Správne navrhnutý DC izolátor by mal byť schopný rýchlo potlačiť oblúk a byť absolútne spoľahlivý pri zaťažení. Tu sú profesionálni výrobcovia DC ochrán, ako napríklad BENY uplatniť svoje odborné vedomosti v praxi.

Bežné chyby pri inštalácii solárneho odpojovača, ktorým sa treba vyhnúť

Teória je elegantná. Prax je chaotická. Inak dobre zvolené odpojenie sa môže stať bezohľadnou inštaláciou nepoužiteľným alebo dokonca aktívne nebezpečným. Kritériá sú z nejakého dôvodu náročné. Nasledujú najčastejšie a predvídateľné zlyhania.

• Obrátená polarita (odpojenie jednosmerného prúdu): Toto je pravdepodobne najhoršia a najnebezpečnejšia chyba. Svorky „Line“ a „Load“ nie sú odporúčané na odpojovači jednosmerného prúdu. Zdroj napájania (solárne panely) by mal byť pripojený na stranu „Line“. Zariadenie (invertor) by malo byť pripojené na stranu „Load“. Je to spôsobené tým, že mechanizmus zhášania oblúka spínača je smerový. Zmena polarity ruší toto dôležité bezpečnostné opatrenie a prakticky zabezpečuje, že spínač sa pri zaťažení sám zvarí alebo katastrofálne zlyhá.
• Nevhodné umiestnenie a dostupnosť: NEC vyžaduje, aby boli odpojovače „ľahko dostupné“. To neznamená, že musia byť k dispozícii s 20-metrovým rebríkom a mapou. Musia byť ľahko dostupné, nie sú blokované zariadením a viditeľné pre záchranárov alebo technikov. Neskrývajte odpojovače na povale, v podkroví ani za priskrutkovaným panelom. V prípade odpojovačov striedavého prúdu od verejnoprospešných spoločností si prečítajte miestne predpisy verejnoprospešných spoločností, ktoré takmer vždy vyžadujú určené vonkajšie umiestnenie v blízkosti elektromera.
• Nesprávny krútiaci moment vodiča: Koncové oká v spínači majú na boku alebo v inštalačnej príručke vytlačený určitý krútiaci moment v palcoch a librách. „Dobré a utiahnuté“ nie je technická špecifikácia. Príliš voľné utiahnutie vytvorí bod s vysokým odporom; tento bod bude produkovať veľa tepla, roztaví izoláciu a spôsobí požiar. Príliš utiahnuté utiahnutie prereže žily vodiča a samotného oka, čo tiež spôsobí poruchu s vysokým odporom. Použite kalibrovaný momentový kľúč. Zakaždým.
• Použitie komponentov určených pre striedavý prúd v jednosmerných aplikáciách: Toto je potrebné zopakovať, pretože je to najzávažnejšia chyba amatéra. Istič alebo spínač jednosmerného prúdu, najmä vysokonapäťový fotovoltaický systém, nemožno prevádzkovať s ističom alebo spínačom s menovitým striedavým prúdom, ktorý je dostupný v obchode s potrebami pre domácich majstrov. Nemá prostriedky na uhasenie jednosmerného oblúka. Nebude to fungovať. Nebude to fungovať a pravdepodobne to spôsobí požiar. Mali by sa používať iba komponenty s menovitým jednosmerným napätím a prúdom a certifikáciami.
• Slabý manažment krytu: Kryt NEMA 4X bude nepoužiteľný, ak vyvŕtate otvory pre potrubné rozvody na vrchu a nasmerujete vodu priamo na svorky. Vstupy pre potrubné rozvody by mali byť vždy naplánované na bokoch alebo ešte lepšie na spodnej strane. Uistite sa, že všetky náboje a spoje spĺňajú normu NEMA a sú dobre utesnené.

Záver

Solárny odpojovač je koniec koncov zložité zariadenie s jednoduchými pravidlami. Nie je to príloha ani časť, kde sa dajú robiť uhly. Je to hlavný ochranca bezpečnosti vášho systému, vášho majetku a personálu, ktorý s ním musí pracovať. Keďže rozdiel medzi typmi AC a DC je zrejmý a výpočet napätia a prúdu si vyžaduje prísnosť, jediným prijateľným spôsobom je usilovnosť. Požiadavky NEC a UL nie sú byrokracia; sú to zhustené skúsenosti, ktoré sa naučili, príliš často za veľmi vysokú cenu. Správajte sa k nim tak, ako k nim.

Často kladené otázky