Typy a aplikácie ističov solárnych systémov: Kompletný sprievodca

úvod

Dôraz pri návrhu moderného solárneho systému sa často kladie na výrobu energie – účinnosť panelov a konverzné pomery meničov. Napriek tomu je ekonomická a prevádzková udržateľnosť akejkoľvek solárnej inštalácie založená na jej ochranných opatreniach. Istič pre bezpečnosť solárneho systému je jadrom tejto bezpečnostnej architektúry a poskytuje majiteľom systému pokoj.

Solárna elektráreň nie je len generátor, je to živá elektráreň s vysokým napätím jednosmerného prúdu (DC), ktorá je namontovaná na strechách obytných domov alebo priemyselných poliach. Požiadavky na ochranu sa zvyšujú s kapacitou systému. Potreba silnej ochrany je všade, či už ide o ochranu obvodov v... PV zlučovacia skrinka, kde je sústredený výkon, alebo ovládanie viacerých výstupov v jednosmerných záťažových paneloch, kde majitelia domov priamo používajú jednosmerný prúd.

Nebezpečenstvá tohto prenosu jednosmerného prúdu, konkrétne trvalé elektrické oblúky a elektrické nebezpečenstvá, nie sú rovnaké ako pri bežných striedavých sieťach. Preto výber ochrany obvodu – pre každé riešenie, či už ide o zlučovacie skrinky alebo hlavný rozvod – nie je ľahkovážnou voľbou doplnku; je to dôležitý technický výpočet.

Táto príručka je prísnym preskúmaním typov solárnych ističov, ich konkrétneho použitia v topológii fotovoltaického systému a matematického modelu potrebného na ich vhodné dimenzovanie.

Čo je to istič slnečnej sústavy?

Istič solárneho systému je automatické ochranné zariadenie, ktoré sa používa na ochranu elektrických obvodov pred poškodením v dôsledku preťaženia alebo skratu spôsobeného nadmerným prúdom. Istič je odolné spínacie zariadenie na rozdiel od jednoduchej poistky, ktorá funguje iba raz a musí sa vymeniť. Po odstránení chyby sa môže reštartovať (manuálne alebo automaticky), aby pokračovala v normálnej prevádzke.

Jednosmerný istič má v konkrétnom prípade fotovoltaiky (FV) dva hlavné účely:

• Izolácia a prepínanie: Ponúka manuálny odpojovací bod, ktorý umožňuje personálu údržby bezpečne izolovať PV solárne pole, batériová banka alebo solárny invertor fungujú bez nebezpečenstva živého napätia. Toto je obzvlášť dôležité v systémoch, ktoré používajú transformátorovo izolačné invertory. V týchto konštrukciách technické normy zvyčajne vyžadujú dvojpólový DC istič s obmedzením prúdu najmenej 1.25-násobku skratového prúdu (Isc) solárneho panela. PV panela a 1.2-násobok napätia naprázdno (Voc) solárneho panela PV poľa.
• Nadprúdová ochrana: Ide o tepelný a magnetický štít. Keď prúd pretekajúci obvodom presiahne menovitý prúd z dôvodu poruchy alebo chyby v zapojení, istič sa vypne a preruší obvod, aby sa zabezpečilo, že sa izolácia vodiča neroztaví a zariadenie nezlyhá katastrofálne.

Je potrebné rozlišovať medzi a DC izolátor a istič jednosmerného prúdu. Hoci izolátor možno použiť na prerušenie obvodu a jeho udržanie, nemusí nevyhnutne poskytovať automatickú ochranu pred nadprúdom. Istič ponúka požadovanú izoláciu, ako je uvedené vyššie, a aktívnu ochranu pred poruchou.

Istič solárneho systému verzus bežný istič striedavého prúdu: Prečo je rozdiel dôležitý

Výmena ističov striedavého prúdu (AC) za ističe jednosmerného prúdu (DC) je jednou z najrozšírenejších a najnebezpečnejších chýb pri inštalácii solárnych systémov. Zariadenia sa neskúsenému oku zdajú podobné. Pre fyzika alebo elektrotechnika existujú v radikálne odlišných realitách.

Najdôležitejším rozdielom je fenomén nulového prechodu.

• Realita klimatizácie: Striedavý prúd mení polaritu 50 alebo 60-krát za sekundu (hertz). V tomto cykle sa napätie znižuje na nulu 100 alebo 120-krát za sekundu. Keď sa istič striedavého prúdu vypne a medzi kontaktmi sa vytvorí elektrický oblúk, tento bod nulového napätia sa prirodzene vytvorí a pomáha pri uhasení oblúka.
• Nebezpečenstvo DC: Jednosmerný prúd je spojité napätie bez prechodov nulou. Keď sa pokúsite otvoriť obvod vysokonapäťovým jednosmerným prúdom, oblúk sám nezhasne. Namiesto toho sa zmení na dlhotrvajúci plazmový mostík, ktorý produkuje obrovské teplo (tisíce stupňov Celzia).

Keď sa v solárnom jednosmernom obvode použije typický istič striedavého prúdu, nemusí byť schopný prerušiť oblúk pri vypnutí. To spôsobuje zvarenie kontaktov, pri ktorom sa poistky ističa zopnú a nedokážu vypnúť napájanie, alebo to spôsobí úplné zničenie krytu ističa, čo často spôsobuje elektrický požiar.

Preto sú solárne DC ističe navrhnuté so sofistikovanými komorami na zhášanie oblúka. Tieto používajú magnetické zhášacie cievky na fyzické natiahnutie oblúka a jeho vtlačenie do „oblúkových žľabov“, kde sa rozdelí a rýchlo ochladí. Je povinným bezpečnostným opatrením použiť vyhradený DC istič, a nie spoliehať sa na panel vstupných ističov striedavého prúdu pre jednosmerné záťaže.

Hlavné typy ističov solárnych systémov

Ochrana pred slnečným žiarením je priamo úmerná hustote energie. Na trhu sú ističe od malých až po 15-ampérové ​​na použitie v bytových rozvodoch až po rozvádzače s prúdom až 6 000 ampérov na použitie v infraštruktúre verejných služieb.

Hoci funkčne možno najbežnejšie typy ističov rozdeliť na štandardné, GFCI (ochrana proti zemnému skratu) a AFCI (oblúkové poruchy), pričom každý z nich má špecifickú ochrannú úlohu. Inžinieri určujú hlavnú voľbu v závislosti od veľkosti systému a fyzického návrhu zariadenia. Hierarchia hardvéru je rozdelená do troch širokých štrukturálnych kategórií:

Typ ističa	Typický menovitý prúd	Napätie	Vypínacia kapacita	Primárny aplikačný scenár
DC MCB	1A - 125A	Až 1000 V DC	Nízky až stredný (napr. 6 kA)	Strechy obytných domov, PV Zlučovacie boxy, ochrana reťazcov.
DC MCCB	63A - 1600A	Až 1500 V DC	Vysoká (20 kA – 50 kA)	Komerčné panely, centrálne invertory, hlavný vypínač batérie.
ACB / BESS	2000A - 6300A	Až 1500 V DC	Veľmi vysoká (vákuum/vzduch)	Solárne farmy úžitkového rozsahu, skladovanie energie v rozvodnej sieti (BESS).

DC MCB (Miniatúrny istič)

V aplikáciách s nižším prúdom sa používa miniatúrny istič jednosmerného prúdu (MCB) väčšinou nahradila staršie 20-ampérové ​​alebo 30-ampérové ​​poistky používané v starších paralelných rozvádzacích inštaláciách. Tieto jednotky sú navrhnuté tak, aby boli malé a majú modulárny dizajn, ktorý je určený na montáž na štandardné DIN lišty, a preto sú predvolenou voľbou v PV Zlučovacie krabice a bytové rozvádzače.

• Rozsah inžinierstva: MCBSú bežne dimenzované na prúd 125 A a jednosmerné napätie 1000 V.
• Mechanizmus: Používajú tepelno-magnetický dvojčinný vypínací mechanizmus. Tepelný prvok sa používa na riešenie pomalých, dlhotrvajúcich preťažení, zatiaľ čo magnetický prvok sa používa na okamžité prerušenie spojenia pri vzniku skratu s vysokým prúdom, aby sa chránili jednotlivé solárne reťazce alebo vstupy hybridného invertora.

DC MCCB (Istič v lisovanom puzdre)

Keď prúd prekročí rezidenčný rozsah do komerčných solárnych systémov a priemyselného (C&I) rozsahu, obmedzenie MCB je dosiahnuté. V tomto prípade istič v lisovanom puzdre (MCCB) bude požadovaným štandardom. Tieto jednotky sú oveľa väčšie a robustnejšie, umiestnené v pevnom, lisovanom izolačnom puzdre a sú určené na montáž skrutkami, aby odolali mechanickým silám pri spínaní vysokého výkonu.

• Rozsah inžinierstva: MCCBPoužívajú sa na vykonávanie ťažkých zdvíhacích prác a ich menovité prúdy sú zvyčajne medzi 63 A a 1600 A a majú vysokú vypínaciu schopnosť (napr. 20 kA až 50 kA).
• výhoda: Na rozdiel od pevných nastavení MCB, veľa MCCBmajú nastaviteľné nastavenia vypnutia. To umožňuje inžinierom upraviť ochrannú krivku tak, aby vyhovovala charakteristikám záťaže veľkých PV panely alebo batériové banky, čo je hlavný problém centrálnych invertorov.

ACB a BESS Ističe (vysoké napätie/priemyselné)

Vzduchové ističe (ACB) sa používajú v najväčšej miere, čo zahŕňa rozsiahle elektrárne a systémy na skladovanie energie v batériách (BESS), na ovládanie hornej časti spektra jednosmerného prúdu. Nejde len o spínače, ale o zložité systémy na hasenie oblúka s technológiami stlačeného vzduchu alebo vákua.

BESS zameranie: Štandardné ističe nie sú v kontexte skladovania vždy postačujúce. Na prekonanie obrovských skratových prúdov, ktoré dokážu prenášať stojany s lítium-iónovými batériami, sú potrebné vysokorýchlostné ističe jednosmerného prúdu. Tieto jednotky musia reagovať v milisekundách, aby sa predišlo katastrofálnemu tepelnému úniku.

Rozsah inžinierstva: Zvládne tisíce ampérov (2000 A – 6300 A).

Použitie: Kam nainštalovať istič solárneho systému v PV systémy

Solárne zariadenie PV Systém je potrebné chrániť v rôznych bodoch logiky toku energie. Nesprávne umiestnenie ističov alebo nedostatočné oddelenie medzi doménami striedavého a jednosmerného prúdu odhaľuje zraniteľné časti systému. Preto stanovujeme použitie ističov v štyroch kľúčových oblastiach.

PV Zlučovač polí (ochrana reťazcov)

Zlučovacia skrinka je prvým bodom obrany vo viacreťazcových systémoch, kde sa kombinácia viacerých reťazcov panelov formuje do jedného výstupu. Pred konsolidáciou je DC MCB by mali byť namontované na konci každého reťazca. Toto umiestnenie je nevyhnutné najmä na vyriešenie problému existujúcej smerovosti, ako je uvedené v bezpečnostných opatreniach.

Keď je jeden z reťazcov zatienený alebo má poruchu, ostatné reťazce môžu doň vnútiť prúd v opačnom smere. Ako už bolo spomenuté, náhodná zmena smeru by spôsobila vážne bezpečnostné riziká a poškodila by solárne články. Hoci istič aktívne neriadi prúd, je nevyhnutnou ochranou pred týmito nebezpečnými spätnoväzbovými prúdmi, ktoré by inak spôsobili požiar a nezvratné poškodenie modulov.

Ochrana batériovej banky

Pokiaľ ide o sekciu skladovania energie, rozhranie medzi batériovou bankou a meničom/nabíjačkou je najnáročnejšou oblasťou prenosu prúdu v celom systéme. Táto sekcia umožňuje maximálny tok prúdu a silný jednosmerný prúd. MCCB alebo vysoké hodnotenie MCB je nutné.

Je tu súčasťou balenia aj istič, ktorý nielen chráni hrubé káble batérie pred tepelným únikom spôsobeným nadprúdom, ale aj, čo je možno dôležitejšie, ponúka bezpečný fyzický spôsob odpojenia. Táto izolácia umožňuje údržbárskemu personálu pracovať na batériovom bloku bez fatálneho vystavenia sa živému jednosmernému napätiu.

Hlavný vstup meniča (rozvod jednosmerného prúdu)

Ochrana hlavného vstupu invertora zohráva úlohu kritickej brány medzi generovaním jednosmerného prúdu a konverziou striedavého prúdu. Tento istič je umiestnený medzi výstupom zlučovacej skrinky a vstupom invertora a slúži ako hlavný jednosmerný vypínač celej generačnej strany. Nevykonáva len ochranu pred nadprúdom, ale chráni aj citlivú vnútornú výkonovú elektroniku invertora pred externými prepätiami a poskytuje centralizovaný izolačný bod pre celý systém distribúcie jednosmerného prúdu.

Rozloženie jednosmerného zaťaženia (obytné jednosmerné obvody)

Nakoniec existujú určité aplikácie na strane spotreby, najmä pre majiteľov domov, ktorí používajú jednosmerný prúd priamo na dosiahnutie účinnosti. Na posilnenie tejto účinnosti sú inštalatéri povinní nainštalovať samostatné rozvádzače (poistkové skrinky) s vyhradenými ističmi, ktoré sa úplne líšia od panela so striedavým prúdom.

Toto je potrebné v situáciách, keď sú spotrebiče, ako sú LED žiarovky, na svoju prevádzku závislé od neustálej dostupnosti jednosmerného prúdu. Keďže tieto zariadenia vyžadujú špecifické napájacie prostredie, v tomto prípade sa na ochranu týchto citlivých záťaží používajú ističe jednosmerného prúdu. Zabezpečujú, aby bolo napájanie správne kontrolované a aby sa akékoľvek preťaženie v osvetľovacom obvode čo najskôr izolovalo bez ovplyvnenia hlavného systému.

Zváženie faktorov pri výbere ističa solárnej sústavy

Výber ističov v solárnom systéme PV Systémy sú oblasťou štúdia, ktorá sa často zanedbáva v prospech panelových alebo invertorových možností. Nedbanlivosť v tomto prípade je však drahá. Zle zvolený istič často spôsobí poruchu v dôsledku tepelného zníženia výkonu, čo spôsobí poškodenie prehriatím a v najhoršom prípade požiar systému.

Výber ističa nie je hrou náhody, ale zosúladením špecifikácií s prevádzkovými podmienkami systému.

Menovité napätie a regulačné normy

Menovité napätie ističa by malo byť vyššie ako maximálne napätie naprázdno (Voc) PV pole, ale pri najnižšej očakávanej teplote. Okrem toho musí byť výber v súlade s topológiou meniča a priemyselnými normami vrátane UL508i a IEC60947-3.

• 600 V jednosmerného prúdu (UL508i): Toto je štandardná špecifikácia rezidenčných inštalácií využívajúcich jednofázové meniče.
• 1000 V jednosmerného prúdu (IEC60947-3): Komerčná strešná inštalácia a štandardný trojfázový reťazcový menič.
• 1500 V DC: Súčasný štandard centralizovaných invertorov a rozsiahlych solárnych fariem. Zvýšené napätie minimalizuje straty v kábloch, ale vyžaduje ističe s lepšou izoláciou a odolnosťou voči oblúku.

Konfigurácia pólov vs. počet strún

Konfigurácia pólov je priamo úmerná počtu reťazcov v izolátore. Jedným z najdôležitejších princípov jednosmernej izolácie je, že všetky vodiče pod napätím musia byť súčasne odpojené od napätia.

• 2P (dvojpólový): Jednoreťazcový (prerušujúci kladný aj záporný) štandard. Toto je možné použiť s typickými reťazcovými meničmi, v ktorých sa ako prevodník používa jeden sledovač maximálneho výkonového bodu (MPPT).
• 4P (štvorpólový): Toto je potrebné pri súčasnej prevádzke dvoch reťazcov alebo vo vysokonapäťových systémoch (1000 V/1200 V). Vo vysokonapäťových systémoch sú póly bežne zapojené sériovo, aby sa rozdelilo napätie oblúka medzi niekoľko kontaktných bodov, čo umožňuje malému ističu bezpečne zvládnuť záťaž.

Trvanlivosť voči životnému prostrediu a bezpečnosť materiálov

Vplyv prostredia inštalácie je jedným z najdôležitejších aspektov, ktoré zvyčajne chýbajú v technických listoch. Solárne izolátory a ističe nefungujú v klimatizovaných serverovniach, ale v náročných podmienkach.

• Rozsah teplôt: Normálna prevádzková teplota robustných DC ističov by mala byť medzi -40 °C a 60 °C. Ističe by mali byť odľahčené, keď sú okolité teploty nad týmto rozsahom, aby sa predišlo nežiaducemu vypnutiu.
• Normy horľavosti: Keďže hlavnou úlohou je predchádzať požiaru, materiál krytu by mal byť ohňovzdorný. Špecifikácie musia byť v prísnom súlade s normami UL 94V-0 až UL 94V-2, podľa ktorých musí byť skriňa krytu samozhášavá v prípade poruchy vnútorných komponentov.

Dimenzovanie a výpočet (Ako vypočítať ampéry)

Podľa Národného elektrotechnického predpisu (NEC) a všeobecných osvedčených postupov v oblasti inžinierstva by istič nemal bežať nepretržite na 100 % svojho menovitého výkonu.

Vzorec na výpočet:

Na určenie minimálneho menovitého prúdu pre váš istič (Ibreaker) musíte použiť bezpečnostné faktory. PV Skratový prúd poľa (Isc).

zjednodušené:

Príklad:

Ak máte reťazec panelov s Isc 10A:

Mali by ste zaokrúhliť na najbližšiu štandardnú veľkosť, ktorou by bol 20A DC istič.

Prečo si vybrať BENY Istič

Na trhu zaplavenom generickými komponentmi, BENY je výrobcom zameraným špeciálne na komplexnosť ochrany pred slnečným žiarením jednosmerným prúdom. Rozdiel nespočíva v marketingu, ale v technickej precíznosti.

S viac ako 30-ročnými skúsenosťami v odbore, BENY technici ističe solárneho systému ktoré preklenujú priepasť medzi nákladovou efektívnosťou a odolnosťou priemyselnej úrovne. Naše riešenia sú navrhnuté tak, aby zvládli celé spektrum PV požiadavky – od systémov 12 V do 1 500 V – podporujúce vysokozáťažové prúdy až do 630 A s minimálnymi stratami energie.

Bezpečnosť je neoddeliteľnou súčasťou našej filozofie „Vyrobené pre dlhú životnosť“. Každý istič je vybavený pokročilými bariérami na potlačenie oblúka a vypínacou schopnosťou 6 kA na okamžitú neutralizáciu porúch. Praktické výzvy pri inštalácii riešime nepolarizovaným dizajnom, ktorý eliminuje chyby pri zapojení, a robustným krytím IP65, ktoré je testované na prevádzku v extrémnych klimatických podmienkach od -40 °C do 85 °C.

S 5-ročnou zárukou a nepretržitou globálnou podporou, výberom BENY znamená zabezpečenie vašej infraštruktúry s partnerom, ktorý sa zaviazal k bezkonkurenčnej bezpečnosti a dlhej životnosti.

Záver

Investícia do fotovoltaiky má tichý ochranný prvok – solárny istič. Zatiaľ čo panely vytvárajú hodnotu, ističe ju udržiavajú. Prechod na zložitejšie komerčné vysokonapäťové systémy, na rozdiel od jednoduchých rezidenčných systémov, si vyžaduje zmenu nášho postoja k výberu komponentov.

Mali by sme prestať považovať ističe za komodity a začať ich považovať za dôležité bezpečnostné prostriedky. Pre lepšie pochopenie si prečítajte Chrbtica elektrickej bezpečnosti: DC ističe a ich významInštalatéri si môžu byť istí spoľahlivosťou systémov zohľadnením jedinečnej fyziky jednosmerných oblúkov, priradením ističov k ich príslušným oblastiam použitia, ako sú napríklad zlučovacie skrinky k batériovým blokom, a zohľadnením prísnych environmentálnych noriem a ampérových hodnôt.

Ističe sú dôležitým ochranným prvkom, ktorý mnohé systémy potrebujú. Pri dodržiavaní správnych pokynov na zapojenie, bezpečnostných opatrení a údržby zabezpečujú dlhodobú životnosť fotovoltaického panela.

Pre jednotlivcov, ktorí chcú mať silné, certifikované a skonštruované riešenia ochrany DC, BENY ponúka hardvér, ktorý potrebujú na bezpečnú a efektívnu výstavbu solárnych systémov zajtrajška.

FAQs

Otázka: Aký typ ističa sa používa pre solárne panely?

A: Na ochranu solárnych panelov musíte použiť špecializovaný istič, zvyčajne istič jednosmerného prúdu. Nepoužívajte štandardné domáce ističe striedavého prúdu. Jednosmerný prúd vytvára nepretržité oblúky, ktoré sa ťažšie uhasia ako striedavý prúd. Solárne ističe (ako napríklad ističe jednosmerného prúdu) MCBy alebo MCCBs) majú špecifické zhášacie komory a magnetické mechanizmy určené na bezpečné prerušenie týchto vysokonapäťových jednosmerných oblúkov a zabránenie požiaru.

Otázka: Potrebujem istič medzi solárnym panelom a invertorom?

A: Áno. Medzi solárnym panelom je potrebný istič (alebo DC izolátor). PV pole a menič.. Plní dve dôležité úlohy: chráni vstup meniča pred elektrickými prepätiami alebo skratmi a poskytuje bezpečný fyzický odpojovací bod pre personál údržby, aby mohol vykonávať servis systému bez manipulácie s vodičmi pod napätím.

Otázka: Kam umiestniť istič v solárnom systéme?

A: Ističe by mali byť inštalované v troch kritických ochranných zónach:

• Rozvodná doska jednosmerného prúdu: Na ochranu jednosmerných záťaží, ako sú LED svetlá alebo čerpadlá.
• PV Kombinačná skrinka: Na ochranu jednotlivých solárnych reťazcov pred spätným prúdom.
• Batériová banka: Medzi batériou a meničom (zvyčajne ide o najväčší istič).