Giải thích về hệ thống ngắt kết nối năng lượng mặt trời: Các loại, lựa chọn và mẹo lắp đặt

Ngắt kết nối năng lượng mặt trời là gì và tại sao nó lại quan trọng

Ngắt kết nối năng lượng mặt trời là một công tắc ở mức cơ bản nhất. Một công tắc thủ công, đơn giản. Nó hoạt động không hề tinh tế: nó thực sự cắt dòng điện giữa hai điểm. Vấn đề không quá khó, mà là vị trí đặt nó và lý do cần thiết. "Lý do" nằm ở vấn đề an toàn sâu sắc. Dòng điện một chiều (DC) được tạo ra ngay khi các tấm pin mặt trời tiếp xúc với ánh sáng. Mặt trời không có nút "tắt". Việc sản xuất liên tục này đặt ra một mối đe dọa lớn và lâu dài.

Hãy nghĩ đến lính cứu hỏa của sở cứu hỏa địa phương trên mái nhà, cố gắng thông gió cho một tòa nhà đang cháy. Hãy nghĩ đến kỹ thuật viên đang sửa chữa một bộ biến tần. Hãy nghĩ đến thợ điện trên một máy biến áp trên đường phố. Tất cả những người này đều cần một phương pháp chắc chắn, có thể kiểm chứng và dễ tiếp cận để ngắt điện các mạch điện mà họ sắp chạm vào. Hệ thống ngắt kết nối năng lượng mặt trời đáp ứng được điều đó. Đây là một yếu tố bảo trì không khoan nhượng, là tuyến phòng thủ đầu tiên trong trường hợp khẩn cấp như hỏa hoạn, và là yếu tố bắt buộc của bất kỳ hệ thống nào để được Cơ quan có thẩm quyền (AHJ) xem xét tuân thủ và đáp ứng các quy định địa phương.

Vấn đề không phải là sự tiện lợi mà là sự kiểm soát hoàn toàn. Các thiết bị này được yêu cầu bởi Bộ luật Điện Quốc gia (NEC), đặc biệt là trong các Điều khoản như 690.13 và 690.15, vốn rất cụ thể. Điểm mấu chốt nằm ở nguyên tắc cách ly điện. Kỹ thuật viên phải có khả năng mở công tắc bằng tay, khóa nó ở vị trí "tắt" (một quy trình gọi là Khóa/Gắn thẻ hoặc LOTO) và tiếp tục làm việc với sự hiểu biết rằng mạch điện đã chết. Nếu không có điều này, mỗi mảng pin mặt trời luôn là mối nguy hiểm do điện áp cao gây ra. Đây không phải là lỗi thiết kế mà nó thiếu; mà là một lỗi thiết kế nghiêm trọng.

Hiểu về hai loại chính: Ngắt kết nối AC so với Ngắt kết nối DC

Thuật ngữ "Solar disconnect" (ngắt kết nối năng lượng mặt trời) khá khó hiểu vì nó không phải là một thiết bị duy nhất. Nó được định nghĩa là hai hoặc nhiều bộ phận, về cơ bản là khác nhau, không thể sử dụng thay thế cho nhau. Việc không phân biệt được chúng là một sai lầm phổ biến và nguy hiểm. Bộ biến tần là đường phân chia, là thiết bị chuyển đổi nguồn điện một chiều (DC) từ các tấm pin thành nguồn điện xoay chiều (AC) cho gia đình bạn hoặc lưới điện. Có một điểm ngắt kết nối ở phía DC (trước khi có bộ biến tần), và có một điểm ngắt kết nối ở phía AC (sau khi có bộ biến tần). Chúng không thể sử dụng thay thế cho nhau.

Ngắt kết nối AC: Công tắc an toàn phía lưới điện

Bộ ngắt kết nối AC được lắp đặt sau bộ biến tần, giữa bộ biến tần và bảng dịch vụ chính của tòa nhà hoặc thường gặp hơn là đồng hồ đo điện. Nó không có lợi cho bạn, mà là công ty điện lực, là người hưởng lợi chính. Khi thợ điện phải sửa lưới điện, họ phải chắc chắn rằng hệ thống năng lượng mặt trời của bạn, về mặt kỹ thuật là một nhà máy điện thu nhỏ, không cung cấp điện ngược trở lại các đường dây mà họ đang làm việc. Đây là một hiệu ứng cực kỳ nguy hiểm được gọi là đảo, trong đó hệ thống của bạn vẫn đang cấp điện cho cái gọi là lưới điện 'chết'. Công tắc an toàn của họ là bộ ngắt kết nối AC. Nó gần như luôn là một công tắc chịu lực nặng, có thể khóa được trong một vỏ bọc chống chịu thời tiết. Các quy định của công ty điện lực thường yêu cầu nó phải được lắp đặt ở nơi mà nhân viên của họ luôn có thể sử dụng ngay lập tức, thường là trên một bức tường bên ngoài gần đồng hồ đo điện chính của bạn. Nó có các thông số kỹ thuật phụ thuộc vào đầu ra AC của bộ biến tần của bạn và là một thiết bị khá đơn giản, giống như các công tắc định mức dịch vụ AC khác.

Ngắt kết nối DC (PV Bộ cách ly): Công tắc an toàn phía mảng

Ngắt kết nối DC, còn được gọi là PV Bộ cách ly hoặc ngắt kết nối mảng, nằm ở phía đối diện của biến tần. Nó được đặt giữa các tấm pin mặt trời (mảng) và đầu vào DC của biến tần. Nó có một mục đích hoàn toàn khác: bảo vệ thiết bị và kỹ thuật viên đang làm việc. Để bảo trì, sửa chữa hoặc thay thế biến tần trung tâm, cần phải có khả năng cách ly nó với nguồn điện DC cao áp được cung cấp bởi mái nhà. Đây là một nhiệm vụ khó khăn về mặt kỹ thuật, vì việc ngắt nguồn điện DC cao áp khó khăn và nguy hiểm hơn nhiều so với việc ngắt nguồn điện AC. Nguồn điện DC, đặc biệt là ở mức 600 V đến 1500 V, thường thấy ở các mảng hiện đại, không muốn bị ngắt kết nối. Trái ngược với sóng sin của AC, cắt qua mức 0 volt 120 lần mỗi giây (điều này tất nhiên sẽ dập tắt hồ quang), DC là dòng điện liên tục, không thể tránh khỏi, không có điểm 'cắt không' nào tạo điều kiện cho việc ngắt kết nối này. Việc ngắt mạch điện DC cao áp đang hoạt động sẽ tạo ra hồ quang plasma nhiệt độ cao kéo dài. Đó là lý do tại sao tầm quan trọng của công tắc cách ly DC chất lượng cao, được thiết kế chuyên dụng không thể bị đánh giá quá cao. Nó phải là một sản phẩm kỹ thuật rất chuyên dụng, được thiết kế cẩn thận để tiếp nhận dòng điện DC cao áp liên tục, và được trang bị các thiết bị dập hồ quang bên trong để dập tắt hồ quang nguy hiểm này một cách an toàn và nhanh chóng. Việc đặt một công tắc định mức AC ở vị trí này là một công thức dẫn đến hỏng hóc thảm khốc; công tắc sẽ có xu hướng tự hàn lại với nhau, nóng chảy, hoặc thậm chí nổ tung khi chịu tải.

Cách chọn bộ ngắt kết nối năng lượng mặt trời phù hợp cho hệ thống của bạn

Việc lựa chọn ngắt kết nối không phải là một phép tính gần đúng. Nó là một ước tính chính xác về các yêu cầu không thể thương lượng của mảng và nhu cầu của môi trường. Đưa ra quyết định sai lầm không phải là một lỗi nhỏ; đó là thiết kế của một hệ thống không hoạt động hoặc bị hỏng một cách thảm hại khi được đưa vào thử nghiệm. Đây là một danh sách kiểm tra có hệ thống chứ không phải một trò chơi đoán mò.

Tính toán điện áp định mức (Voc)

Đầu tiên, điện áp. Công tắc phải được định mức ở mức điện áp tối đa mà mảng của bạn có thể tạo ra. Đây không phải là điện áp hoạt động (Vmp) mà là Điện áp mạch hở (Voc) được liệt kê trong bảng dữ liệu của tấm pin mặt trời của bạn. Để có được Voc chuỗi của bạn, bạn phải cộng Voc của tất cả các tấm pin trong một chuỗi nối tiếp. Nhưng đây không phải là tất cả. Điện áp của các tấm pin quang điện tăng lên khi nhiệt độ giảm. NEC yêu cầu tính toán hiệu chỉnh nhiệt độ (Bảng NEC 690.7) tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường dự kiến ​​thấp nhất tại địa điểm lắp đặt của bạn. Voc đã điều chỉnh trong thời tiết lạnh này là yêu cầu điện áp thấp nhất có thể của bạn. Một mảng 600 V danh nghĩa trong khí hậu lạnh có thể dễ dàng vượt quá 700 V và yêu cầu công tắc định mức 1000 V, không phải công tắc 600 V. Không thể thỏa hiệp ở đây, việc định mức điện áp thấp hơn mức có nguy cơ hỏa hoạn lớn.

Xác định định mức ampe (Isc)

Thứ hai, về cường độ dòng điện. Công tắc phải có định mức chịu được dòng điện tối đa mà nó có thể phải chịu. Điều này dựa trên dòng điện ngắn mạch (Isc) của các chuỗi năng lượng mặt trời của bạn. Khi bạn có nhiều chuỗi mắc song song (ví dụ: trong hộp kết hợp), bạn cần cộng các giá trị Isc lại với nhau. Vì mạch năng lượng mặt trời được coi là nguồn điện hoạt động liên tục (nghĩa là có thể sử dụng ở công suất tối đa ít nhất ba giờ hoặc lâu hơn), nên NEC quy định phải áp dụng hệ số an toàn 1.25 (125%) cho dòng điện tối đa của mạch. Định mức cường độ dòng điện của công tắc ngắt mạch không được nhỏ hơn 125% của dòng điện tối đa được tính toán. Đây không phải là một 'gợi ý'. Ngăn ngừa quá nhiệt, hư hỏng linh kiện và cháy nổ là một yêu cầu cơ bản. Để có cái nhìn toàn diện hơn về các tùy chọn phần cứng, vui lòng tham khảo hướng dẫn của chúng tôi về... Công tắc ngắt DC.

Có cầu chì so với không cầu chì: Bạn cần loại nào?

Tùy chọn này được xác định bởi thiết kế của hệ thống và vị trí bảo vệ quá dòng (OCPD).

• Ngắt kết nối không có cầu chì: Đây là công tắc bật/tắt cơ bản. Nó không có chức năng bảo vệ quá dòng. Nó được sử dụng với mục đích duy nhất là cách ly. Điều này phù hợp trong trường hợp OCPD được cung cấp ở nơi khác. Ví dụ, cầu chì ngắt DC của bộ biến tần chuỗi đơn thường không có cầu chì, vì bản thân bộ biến tần đã cung cấp chức năng bảo vệ cần thiết.
• Ngắt kết nối cầu chì: Đây là loại có cầu chì tích hợp sẵn trong vỏ công tắc. Nó có khả năng bảo vệ quá dòng và cách ly. Điều này là cần thiết trong các hệ thống có ba hoặc nhiều chuỗi song song được cấp điện vào hộp kết hợp. Các chuỗi nên được đấu nối riêng biệt để đảm bảo chúng không bị ảnh hưởng bởi dòng điện ngược từ các chuỗi khác trong trường hợp xảy ra sự cố. Giữa bộ ắc quy và biến tần, cũng có thể cần một cầu chì ngắt kết nối chính.

Đừng nghĩ rằng cái nào cũng tốt hơn; chúng được sử dụng cho những mục đích thiết kế khác nhau.

Lựa chọn Vỏ bọc phù hợp (Xếp hạng NEMA/IP)

Các bộ phận bên trong của công tắc sẽ vô dụng khi hộp chứa chúng bị sập. Ở Bắc Mỹ, vỏ công tắc được xếp hạng theo NEMA (Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị điện quốc gia) hoặc theo IP (Chống xâm nhập) trên toàn thế giới.

• NEMA 3R: Đây là mức tối thiểu của hầu hết các thiết bị lắp đặt ngoài trời. Nó có khả năng chống chịu thời tiết và ngăn chặn mưa rơi và mưa đá.
• NEMA 4 / 4X: Đây là một cải tiến lớn. NEMA 4 có khả năng chống nước, tức là chống được nước phun trực tiếp từ vòi. Điều này rất cần thiết ở những khu vực thường xuyên bị gió thổi mưa hoặc thiết bị có thể bị phun nước. 4X có khả năng chống ăn mòn, do đó rất cần thiết cho các ứng dụng ven biển, công nghiệp hoặc nông nghiệp.
• Xếp hạng IP: IP65 chống bụi và chống nước phun. IP66 chống nước phun công suất lớn. Đây là các tiêu chuẩn quốc tế tương đương với tiêu chuẩn bảo vệ NEMA 4.

Vỏ bọc được xác định bởi môi trường. Khi chọn vỏ bọc đạt chuẩn trong nhà (NEMA 1) để sử dụng ngoài trời, vỏ bọc sẽ nhanh chóng bị hỏng do nước xâm nhập.

Đáp ứng các yêu cầu về mã và chứng nhận (NEC, UL, IEC)

Cuối cùng, không có thông số kỹ thuật nào quan trọng khi thiết bị không được chứng nhận bởi Phòng thí nghiệm Kiểm định Được Công nhận Quốc gia (NRTL). Chứng nhận này là sự đảm bảo độc lập duy nhất của bạn rằng thiết bị chuyển mạch sẽ thực sự hoạt động trong điều kiện lỗi được đánh giá. Tại Hoa Kỳ, điều này liên quan đến việc tìm kiếm dấu UL (ví dụ: UL 98 hoặc UL 508). Ở Châu Âu, điều này ngụ ý sự tuân thủ IEC và dấu CE. Một linh kiện không được niêm yết, không được chứng nhận là một khoản nợ lớn. Nó sẽ không vượt qua được cuộc kiểm tra điện của bạn, có thể sẽ hủy bảo hiểm tài sản của bạn và là một suy đoán sâu sắc và không thể chấp nhận được về sự an toàn của hệ thống. Đây là một trong những nơi không phù hợp nhất để cố gắng tiết kiệm tiền.

Như bạn sẽ thấy, việc lựa chọn bộ ngắt kết nối phù hợp không chỉ đơn thuần là vấn đề định mức cơ bản. Đặc biệt, các tính năng chứng nhận và an toàn là những yếu tố không thể thương lượng. Một bộ cách ly DC được thiết kế đúng cách phải có khả năng dập tắt hồ quang nhanh chóng và hoàn toàn đáng tin cậy khi có tải. Các nhà sản xuất thiết bị bảo vệ DC chuyên nghiệp như BENY đưa kiến ​​thức chuyên môn của họ vào thực tế.

Để hiểu rõ hơn về những kiến ​​thức cơ bản, hãy xem lại phần hướng dẫn của chúng tôi. Hướng dẫn cơ bản về cách ngắt kết nối tấm pin năng lượng mặt trời của chúng tôi để biết thêm thông tin.

Những sai lầm thường gặp khi lắp đặt hệ thống ngắt kết nối năng lượng mặt trời cần tránh

Lý thuyết thì thanh lịch. Thực hành thì lộn xộn. Một sự ngắt kết nối được lựa chọn kỹ lưỡng có thể trở nên vô dụng, hoặc thậm chí nguy hiểm, bởi một sự lắp đặt thiếu cân nhắc. Các tiêu chí này khắt khe là có lý do. Sau đây là những lỗi phổ biến nhất và có thể phòng ngừa được.

• Đảo ngược cực tính (Ngắt kết nối DC): Đây có lẽ là sai lầm tồi tệ và nguy hiểm nhất. Các cực "Dòng" và "Tải" không phải là khuyến nghị trên công tắc cách ly DC. Nguồn điện (tấm pin mặt trời) nên được kết nối với phía "Dòng". Thiết bị (bộ biến tần) nên được kết nối với phía "Tải". Điều này là do cơ chế dập hồ quang của công tắc là định hướng. Việc đảo cực sẽ vô hiệu hóa biện pháp an toàn quan trọng này, gần như đảm bảo rằng công tắc sẽ tự hàn kín hoặc sẽ hỏng hóc thảm khốc khi có tải.
• Vị trí và khả năng tiếp cận không phù hợp: Tiêu chuẩn NEC yêu cầu các bộ ngắt kết nối phải "dễ tiếp cận". Điều này không có nghĩa là phải có thang dài 20 mét và bản đồ. Các bộ ngắt kết nối phải dễ tiếp cận, không bị che khuất bởi thiết bị và dễ dàng nhìn thấy bởi nhân viên ứng cứu hoặc kỹ thuật viên. Không được giấu các bộ ngắt kết nối trong gác xép, gầm cầu thang hoặc sau tấm chắn bu lông. Trong trường hợp ngắt kết nối AC, hãy tham khảo quy định của cơ quan tiện ích địa phương, vì hầu như luôn yêu cầu vị trí lắp đặt ngoài trời gần đồng hồ đo.
• Mô-men xoắn dẫn điện không chính xác: Các đầu nối trong công tắc có một lượng mô-men xoắn nhất định tính bằng inch-pound được in trên mặt bên hoặc trong hướng dẫn lắp đặt. "Tốt và chặt" không phải là một thông số kỹ thuật. Quá lỏng sẽ tạo ra một điểm có điện trở cao; điểm này sẽ sinh ra rất nhiều nhiệt, làm chảy lớp cách điện và gây ra hỏa hoạn. Quá chặt sẽ cắt đứt các sợi dây dẫn và bản thân đầu nối, điều này cũng sẽ gây ra hỏng hóc điện trở cao. Hãy sử dụng cờ lê lực đã được hiệu chuẩn. Mỗi lần.
• Ứng dụng của các thành phần định mức AC trong các ứng dụng DC: Điều này cần được nhắc lại, vì đây là sai lầm chết người nhất của người dùng nghiệp dư. Cầu dao hoặc công tắc DC, đặc biệt là PV điện áp cao, không thể vận hành trên cầu dao hoặc công tắc định mức AC có bán tại các cửa hàng đồ gia dụng. Nó không có khả năng dập tắt hồ quang DC. Nó sẽ không hoạt động. Nó sẽ không hoạt động, và có thể gây ra hỏa hoạn. Chỉ nên sử dụng các linh kiện có định mức điện áp và dòng điện DC và được chứng nhận.
• Quản lý chuồng trại yếu kém: Vỏ bọc NEMA 4X sẽ trở nên vô dụng nếu bạn khoan lỗ luồn ống dẫn điện ở phía trên và dẫn nước trực tiếp vào các đầu nối. Lỗ luồn ống dẫn điện luôn phải được bố trí ở hai bên hoặc tốt hơn nữa là ở phía dưới. Hãy đảm bảo tất cả các khớp nối và phụ kiện đều đạt tiêu chuẩn NEMA và được bịt kín tốt. Để đảm bảo thiết lập không gặp sự cố, hãy xem lại hướng dẫn của chúng tôi. Giải thích về hệ thống ngắt kết nối năng lượng mặt trời: Các loại, lựa chọn và mẹo lắp đặt.

Kết luận

Suy cho cùng, bộ ngắt kết nối năng lượng mặt trời là một thiết bị phức tạp với những quy tắc đơn giản. Nó không phải là một phụ kiện, cũng không phải là một bộ phận có thể bị cắt góc. Nó là thiết bị bảo vệ chính cho sự an toàn của hệ thống, tài sản của bạn và nhân viên phải xử lý nó. Vì sự khác biệt giữa các loại AC và DC là rõ ràng và việc tính toán điện áp và cường độ dòng điện đòi hỏi sự chính xác, nên cách duy nhất có thể chấp nhận được là sự siêng năng. Các yêu cầu của NEC và UL không phải là thủ tục rườm rà; chúng là kinh nghiệm đúc kết được, và nó đã được tích lũy, thường là với cái giá rất đắt. Hãy coi chúng như vậy.

Câu Hỏi Thường Gặp