Vrste in uporaba odklopnikov sončnih sistemov: popoln vodnik

Uvod

Poudarek pri zasnovi sodobnega sončnega sistema je pogosto nagnjen k proizvodnji energije – učinkovitosti panelov in stopnjam pretvorbe razsmernikov. Kljub temu ekonomska in operativna trajnost vsake sončne elektrarne temelji na njenih zaščitnih ukrepih. Odklopnik za varnost sončnega sistema je jedro te varnostne arhitekture, ki lastnikom sistema zagotavlja brezskrbnost.

Sončna elektrarna ni le generator, temveč je elektrarna z visokonapetostnim enosmernim tokom (DC), ki je nameščena na strehah stanovanjskih objektov ali industrijskih območjih. Zaščitne zahteve se povečujejo z zmogljivostjo sistema. Potreba po močni zaščiti je povsod, pa naj gre za zaščito tokokrogov v PV kombiniralna omarica, kjer je moč koncentrirana, ali krmiljenje več izhodov v enosmernih obremenitvenih ploščah, kjer lastniki domov neposredno uporabljajo enosmerni tok.

Nevarnosti tega enosmernega prenosa, in sicer dolgotrajno iskrenje in električne nevarnosti, niso enake kot pri običajnih izmeničnih omrežjih. Zato izbira zaščite tokokroga – za vsako rešitev, pa naj gre za združitvene omarice ali glavno razdelilnik – ni lahkomiselna izbira dodatka; gre za pomemben inženirski izračun.

Ta priročnik je strog pregled vrst solarnih odklopnikov, njihove posebne uporabe v topologiji fotovoltaičnega sistema in matematičnega modela, potrebnega za njihovo ustrezno dimenzioniranje.

Kaj je odklopnik sončnega sistema?

Odklopnik sončnega sistema je avtomatska zaščitna naprava, ki se uporablja za zaščito električnih tokokrogov pred poškodbami zaradi preobremenitve ali kratkega stika, ki ga povzroči prevelik tok. Odklopnik je trpežna stikalna naprava, za razliko od preproste varovalke, ki deluje le enkrat in jo je treba zamenjati. Po odpravi napake ga je mogoče ponovno zagnati (ročno ali samodejno), da nadaljuje normalno delovanje.

Odklopnik enosmernega toka ima v konkretnem primeru fotovoltaike (PV) dva glavna namena:

• Izolacija in preklapljanje: Ponuja ročno odklopno točko, ki vzdrževalnemu osebju omogoča varno izolacijo PV solarni panel, baterijski sklop ali sončni razsmernik za delovanje brez nevarnosti napetosti. To je še posebej pomembno v sistemih, ki uporabljajo razsmernike, ki izolirajo transformatorje. Pri teh zasnovah inženirski standardi običajno zahtevajo dvopolni enosmerni odklopnik z zmogljivostjo omejevanja toka vsaj 1.25-kratnika kratkostičnega toka (Isc) sončne elektrarne. PV in 1.2-kratnik napetosti odprtega tokokroga (Voc) sončne elektrarne PV matrika.
• Prenapetostna zaščita: Gre za toplotni in magnetni ščit. Ko je tok, ki teče skozi tokokrog, zaradi napake ali napake v ožičenju večji od nazivnega toka, se sproži odklopnik in prekine tokokrog, da se izolacija žice ne stopi in oprema ne odpove katastrofalno.

Treba je razlikovati med DC izolator in odklopnik enosmernega toka. Čeprav se izolator lahko uporabi za prekinitev tokokroga, da se ta ohrani, ne zagotavlja nujno samodejne zaščite pred preobremenitvijo. Odklopnik ponuja zahtevano izolacijo, kot je omenjeno zgoraj, in aktivno zaščito pred napakami.

Odklopnik sončnega sistema v primerjavi z običajnim odklopnikom izmeničnega toka: zakaj je razlika pomembna

Zamenjava odklopnikov izmeničnega toka (AC) z enosmernimi (DC) je ena najpogostejših in najnevarnejših napak pri montaži sončnih elektrarn. Naprave so videti podobne neizkušenemu očesu. Za fizika ali elektroinženirja obstajajo v radikalno drugačnih realnostih.

Najpomembnejša razlika je pojav ničelnega prehoda.

• Resničnost klimatske naprave: Izmenični tok obrne polarnost 50 ali 60-krat na sekundo (herci). V tem ciklu se napetost zmanjša na nič voltov 100 ali 120-krat na sekundo. Ko se sproži odklopnik izmeničnega toka in se med kontakti ustvari električni oblok, se ta točka ničelne napetosti ustvari naravno in pomaga pri gašenju loka.
• Nevarnost DC-ja: Enosmerni tok je neprekinjena napetost brez prehodov skozi ničlo. Ko poskušate odpreti tokokrog z visokonapetostnim enosmernim tokom, se oblok ne ugasne sam od sebe. Namesto tega se spremeni v dolgotrajen plazemski most, ki proizvaja ogromno toploto (na tisoče stopinj Celzija).

Ko se v solarnem enosmernem tokokrogu uporablja tipičen odklopnik izmeničnega toka, morda ne bo mogel prekiniti obloka ob sprožitvi. To povzroči varjenje kontaktov, pri katerem se varovalke odklopnika zaprejo in ne prekinejo napajanja, ali pa povzroči popolno uničenje ohišja odklopnika, kar pogosto povzroči električni požar.

Zato so solarni enosmerni odklopniki zasnovani s sofisticiranimi komorami za gašenje obloka. Te uporabljajo magnetne tuljave za raztezanje obloka in ga potiskajo v "obločne kanale", kjer se razdeli in hitro ohladi. Obvezen varnostni ukrep je uporaba namenskega enosmernega odklopnika, namesto da se za enosmerne obremenitve zanašate na vhodno ploščo odklopnikov izmeničnega toka.

Glavne vrste odklopnikov sončnih sistemov

Sončna zaščita je neposredno sorazmerna z gostoto energije. Na trgu so na voljo odklopniki, majhni od 15-amperskih za uporabo v stanovanjskih napeljavah do velikih stikalnih naprav do 6000-amperskih za uporabo v komunalni infrastrukturi.

Čeprav se funkcionalno najpogostejše vrste odklopnikov lahko razdelijo na standardne, GFCI (ozemljitvene odklopnike) in AFCI (Arc Fault), pri čemer ima vsaka specifično zaščitno vlogo, inženirji določijo glavno izbiro glede na velikost sistema in fizično zasnovo naprave. Hierarhija strojne opreme je razdeljena v tri široke strukturne kategorije:

Vrsta odklopnika	Tipična nazivna tok	Napetostni razred	Prekinitev zmogljivosti	Primarni scenarij uporabe
DC MCB	1A - 125A	Do 1000V DC	Nizka do srednja (npr. 6 kA)	Strehe stanovanjskih hiš, PV Kombinacijske škatle, zaščita nizov.
DC MCCB	63A - 1600A	Do 1500V DC	Visoka (20 kA – 50 kA)	Komercialni nizi, centralni razsmerniki, glavno stikalo baterije.
ACB / BESS	2000A - 6300A	Do 1500V DC	Zelo visoka (vakuum/zrak)	Sončne elektrarne v velikem obsegu, shranjevanje energije v velikem obsegu omrežja (BESS).

DC MCB (Miniaturni odklopnik)

Pri aplikacijah z nižjim tokom je miniaturni odklopnik enosmernega toka (MCB) je večinoma nadomestila starejše 20-amperske ali 30-amperske varovalke, ki so se uporabljale v starejših vzporednih razdelilnih instalacijah. Te enote so zasnovane tako, da so majhne in imajo modularno zasnovo, ki je namenjena montaži na standardne DIN-letvenice, zato so privzeta izbira v PV Kombinacijske omarice in stanovanjske razdelilne omarice.

• Inženirsko področje: MCBObičajno so ocenjeni na tok 125 A in enosmerno napetost 1000 V.
• mehanizem: Uporabljajo termomagnetni mehanizem za dvostransko izklopno stikalo. Termični element se uporablja za obvladovanje počasnih, dolgotrajnih preobremenitev, medtem ko se magnetni element uporablja za takojšnjo prekinitev povezave, ko pride do kratkega stika z visokim tokom, za zaščito posameznih sončnih nizov ali vhodov hibridnega razsmernika.

DC MCCB (Odklopnik v litem ohišju)

Ko tok preseže stanovanjsko območje in se vključi v komercialne sončne sisteme in industrijsko (C&I) območje, velja omejitev MCB je doseženo. V tem primeru je odklopnik v litem ohišju (MCCB) bo zahtevani standard. Te enote so veliko večje in robustnejše, nameščene v močnem, oblikovanem izolacijskem ohišju in so namenjene za montažo z vijaki, da prenesejo mehanske sile preklapljanja velike moči.

• Inženirsko področje: MCCBUporabljajo se za dvigovanje težkih bremen, nazivne vrednosti pa so običajno med 63 A in 1600 A ter imajo visoke odklopne zmogljivosti (npr. od 20 kA do 50 kA).
• Izkoristite: Za razliko od fiksnih nastavitev MCB, veliko MCCBimajo nastavljive nastavitve izklopa. To inženirjem omogoča, da prilagodijo krivuljo zaščite obremenitvi velikih PV nizov ali baterijskih bank, kar je glavna odklopna točka centralnih razsmernikov.

ACB in BESS Odklopniki (visoka napetost/industrijski)

Zračni odklopniki (ACB) se uporabljajo v zenitu komunalnih storitev, ki zajema velike elektrarne in sisteme za shranjevanje energije v baterijah (BESS), za nadzor zgornjega konca spektra enosmernega toka. To niso le stikala, temveč zapleteni sistemi za gašenje obloka s tehnologijo stisnjenega zraka ali vakuuma.

BESS Specializacija: Standardni odklopniki niso vedno ustrezni v kontekstu shranjevanja. Za premagovanje ogromnih kratkostičnih tokov, ki jih lahko povzročijo litij-ionski akumulatorji, so potrebna hitra enosmerna odklopnika. Te enote se morajo odzvati v milisekundah, da se prepreči katastrofalen toplotni pobeg.

Inženirsko področje: Zmore tisoče amperov (2000 A – 6300 A).

Uporaba: Kje namestiti odklopnik sončnega sistema v PV sistemi

Sončna PV Sistem je treba zaščititi na različnih točkah logike pretoka energije. Nepravilna postavitev odklopnikov ali pomanjkanje ločitve med izmeničnim in enosmernim tokom razkrije ranljive dele sistema. Zato ugotavljamo uporabo odklopnikov na štirih ključnih področjih.

PV Škatla za združevanje nizov (zaščita nizov)

Kombinatorna omarica je prva obrambna točka v večniznih sistemih, kjer se kombinacija več nizov panelov oblikuje v en izhod. Pred konsolidacijo je DC MCB mora biti nameščen na koncu vsake vrvice. Ta postavitev je bistvena zlasti za rešitev problema obstoječe usmerjenosti, kot je navedeno v varnostnih ukrepih.

Ko je ena od nitk zasenčena ali ima napako, lahko druge niti vanjo vsilijo tok v nasprotni smeri. Kot je bilo že omenjeno, bi nenamerna sprememba smeri povzročila resne varnostne pomisleke in poškodovala sončne celice. Čeprav odklopnik ne usmerja toka aktivno, je nujna zaščita pred temi nevarnimi povratnimi tokovi, ki bi sicer povzročili požar in nepopravljivo škodo na modulih.

Zaščita baterijskega sklopa

Če se spustimo do dela za shranjevanje energije, je vmesnik med baterijskim sklopom in razsmernikom/polnilnikom najzahtevnejše območje za prenos toka v celotnem sistemu. Ta del omogoča največji pretok amperaže in močan enosmerni tok. MCCB ali visoka ocena MCB je potrebno.

Vključeno je odklopno stikalo, ki ne le ščiti debele akumulatorske kable pred toplotnim pobegom zaradi preobremenitve toka, temveč tudi, kar je morda še pomembneje, ponuja varen, fizični način odklopa. Ta izolacija omogoča vzdrževalnemu osebju delo na akumulatorju brez usodne izpostavljenosti enosmerni napetosti pod napetostjo.

Glavni vhod pretvornika (porazdelitev enosmernega toka)

Zaščita glavnega vhoda razsmernika igra vlogo ključnega prehoda med generiranjem enosmernega toka in pretvorbo izmeničnega toka. To stikalo je nameščeno med izhodom kombiniralne omarice in vhodom razsmernika ter služi kot glavno stikalo enosmernega toka celotne generatorske strani. Ne izvaja le zaščite pred preobremenitvijo, temveč ščiti občutljivo notranjo napajalno elektroniko razsmernika pred zunanjimi prenapetostmi in zagotavlja centralizirano izolacijsko točko za celoten sistem distribucije enosmernega toka.

Porazdelitev enosmerne obremenitve (stanovanjski enosmerni tokokrogi)

Nazadnje obstajajo določene aplikacije na strani porabe, zlasti za lastnike domov, ki za doseganje učinkovitosti neposredno uporabljajo enosmerni tok. Za okrepitev tega morajo monterji namestiti ločene razdelilne omarice (škatle z varovalkami) z namenskimi odklopniki, ki se popolnoma razlikujejo od plošče z izmeničnim tokom.

To je potrebno v primerih, ko so naprave, kot so LED-sijalke, za delovanje odvisne od stalne razpoložljivosti enosmernega toka. Ker te naprave potrebujejo posebno napajalno okolje, se v tem primeru za zaščito teh občutljivih obremenitev uporabljajo enosmerna stikala. Zagotavljajo, da je napajanje pravilno nadzorovano in da se morebitna preobremenitev v svetlobnem tokokrogu čim prej izolira, ne da bi to vplivalo na glavni sistem.

Upoštevanje dejavnikov pri izbiri odklopnika solarnega sistema

Izbira odklopnikov v sončni elektrarni PV Sistemi so področje preučevanja, ki se pogosto zanemarja v korist možnosti panelov ali inverterjev. Toda malomarnost v tem primeru drago stane. Slabo izbran odklopnik pogosto povzroči okvaro zaradi toplotnega zmanjšanja nazivne moči, kar povzroči pregrevanje in v najslabšem primeru požar sistema.

Izbira odklopnika ni igra na srečo, temveč uskladitev specifikacij z delovnimi pogoji sistema.

Nazivne napetosti in regulativni standardi

Nazivna napetost odklopnika mora biti večja od največje napetosti odprtega tokokroga (Voc) PV matriko, vendar pri najnižji predvideni temperaturi. Poleg tega mora biti izbira v skladu s topologijo razsmernika in industrijskimi standardi, vključno z UL508i in IEC60947-3.

• 600 V enosmernega toka (UL508i): To je standardna specifikacija stanovanjskih inštalacij, ki uporabljajo enofazne razsmernike.
• 1000 V enosmernega toka (IEC60947-3): Komercialna strešna montaža in standardni trifazni razsmernik.
• 1500 V DC: Trenutni standard centraliziranih razsmernikov in velikih sončnih elektrarn. Povečana napetost zmanjšuje izgube v kablih, vendar zahteva odklopnike z boljšo izolacijo in obvladovanjem obloka.

Konfiguracija polov v primerjavi s številom nizov

Konfiguracija polov je neposredno sorazmerna s številom nizov v izolatorju. Eno najpomembnejših načel enosmerne izolacije je, da morajo biti vsi vodniki pod napetostjo hkrati izklopljeni.

• 2P (dvopolni): Standard z enim nizom (prekinitev pozitivnega in negativnega naboja). To se lahko uporablja s tipičnimi nizi razsmernikov, pri katerih se kot pretvornik uporablja en sledilnik točke največje moči (MPPT).
• 4P (štiripolni): To je potrebno pri hkratnem delovanju dveh nizov ali v sistemih višje napetosti (1000 V/1200 V). V visokonapetostnih sistemih so drogovi običajno vezani zaporedno, da se napetost obloka razdeli med več kontaktnih točk, kar omogoča majhnemu odklopniku varno obvladovanje obremenitve.

Okoljska trajnost in varnost materialov

Vpliv okolja namestitve je eden najpomembnejših vidikov, ki jih običajno ni v specifikacijah. Solarni izolatorji in odklopniki ne delujejo v klimatiziranih strežniških prostorih, temveč v težkih pogojih.

• Temperaturno območje: Normalna delovna temperatura robustnih enosmernih odklopnikov mora biti med -40 °C in 60 °C. Odklopnike je treba zmanjšati, ko so temperature okolice nad tem območjem, da se preprečijo neželeni sprožitve.
• Standardi vnetljivosti: Ker je glavna naloga preprečevanje požara, mora biti material ohišja ognjeodporen. Specifikacije morajo biti v skladu s standardi UL 94V-0 do UL 94V-2, po katerih mora biti ohišje samougasljivo v primeru okvare notranjih komponent.

Velikost in izračun (kako izračunati ampere)

V skladu z Nacionalnim električnim kodeksom (NEC) in splošnimi najboljšimi inženirskimi praksami odklopnik ne sme neprekinjeno delovati s 100 % svoje nazivne moči.

Formula za izračun:

Za določitev minimalne nazivne amperske moči vašega odklopnika (Ibreaker) morate uporabiti varnostne faktorje. PV Kratkostični tok (Isc) niza.

Poenostavljeno:

primer:

Če imate niz panelov z Isc 10A:

Zaokrožite na najbližjo standardno velikost, ki bi bila 20A DC odklopnik.

Zakaj Izbrati BENY Varovalka

Na trgu, preplavljenem z generičnimi komponentami, BENY je proizvajalec, ki se osredotoča posebej na kompleksnost sončne zaščite z enosmernim tokom. Razlika ni v trženju, temveč v inženirski natančnosti.

Z več kot 30-letnimi izkušnjami v industriji, BENY inženirji odklopniki solarnega sistema ki premostijo vrzel med stroškovno učinkovitostjo in odpornostjo industrijskega razreda. Naše rešitve so zasnovane tako, da obvladujejo celoten spekter PV zahteve – od sistemov od 12 V do 1500 V – ki podpirajo močne tokove do 630 A z minimalnimi izgubami energije.

Varnost je bistveni del naše filozofije »Zgrajeno za vzdržljivost«. Vsak odklopnik ima napredne pregrade za dušenje obloka in 6kA izklopno zmogljivost za takojšnjo nevtralizacijo napak. Praktične izzive pri namestitvi rešujemo z nepolarizirano zasnovo, ki odpravlja napake pri ožičenju, in robustnimi ohišji IP65, ki so preizkušena za delovanje v ekstremnih podnebnih razmerah od -40 °C do 85 °C.

Z 5-letno garancijo in 24/7 globalno podporo, izbira BENY pomeni zavarovanje vaše infrastrukture s partnerjem, ki je zavezan brezkompromisni varnosti in dolgi življenjski dobi.

zaključek

Fotovoltaična naložba ima tiho zaščito, sončno stikalo. Medtem ko paneli ustvarjajo vrednost, jo stikala ohranjajo. Prehod na bolj zapletene visokonapetostne komercialne sisteme v nasprotju s preprostimi stanovanjskimi sistemi zahteva spremembo našega odnosa do izbire komponent.

Odklopnike ne bi smeli več obravnavati kot potrošno blago in jih obravnavati kot pomembna varnostna sredstva. Za boljše razumevanje tega preberite Hrbtenica električne varnosti: enosmerni odklopniki in njihov pomenMonterji lahko zagotovijo zanesljivost sistemov z upoštevanjem edinstvene fizike enosmernih oblokov, preslikavo odklopnikov na njihova ustrezna področja uporabe, kot so kombiniralne omarice za baterije, ter z upoštevanjem strogih okoljskih standardov in nazivnih tokov.

Odklopniki so visokoprofilni ščit, ki ga potrebujejo številni sistemi. Ob upoštevanju pravilnih navodil za ožičenje, varnostnih ukrepov in vzdrževanja zagotavljajo dolgo življenjsko dobo kakovostne fotonapetostne celice.

Za posameznike, ki želijo močne, certificirane in zasnovane rešitve za zaščito pred enosmernim tokom, BENY ponuja strojno opremo, ki jo potrebujejo za varno in učinkovito gradnjo sončnih sistemov prihodnosti.

FAQS

V: Kakšna vrsta odklopnika se uporablja za sončne panele?

A: Za zaščito sončnih kolektorjev morate uporabiti specializirano varovalko, običajno enosmerno varovalko. Ne uporabljajte standardnih domačih izmeničnih varovalk. Enosmerna elektrika ustvarja neprekinjene obloke, ki jih je težje ugasniti kot izmenična. Sončne varovalke (kot so enosmerne MCBy ali MCCBs) imajo posebne odvodne kanale in magnetne mehanizme, zasnovane za varno prekinitev teh visokonapetostnih enosmernih oblokov in preprečevanje požara.

V: Ali potrebujem odklopnik med sončno celico in razsmernikom?

A: Da. Med sončnim kolektorjem je potreben odklopnik tokokroga (ali izolator enosmernega toka) PV niz in razsmernik.. Opravlja dve ključni vlogi: ščiti vhod razsmernika pred električnimi prenapetostmi ali kratkimi stiki in zagotavlja varno fizično odklopno točko, kjer lahko vzdrževalno osebje servisira sistem, ne da bi se dotaknilo žic pod napetostjo.

V: Kam v sončni sistem namestiti odklopnik?

A: Odklopnike je treba namestiti na treh kritičnih zaščitnih območjih:

• Razdelilna plošča enosmernega toka: Za zaščito enosmernih bremen, kot so LED luči ali črpalke.
• PV Kombinatorna škatla: Za zaščito posameznih sončnih nizov pred povratnim tokom.
• Banka baterij: Med baterijo in razsmernikom (to je običajno največji odklopnik).