Trọng tâm trong thiết kế hệ thống điện mặt trời hiện đại thường tập trung vào sản xuất năng lượng - hiệu suất của tấm pin và tỷ lệ chuyển đổi của bộ biến tần. Tuy nhiên, tính bền vững về mặt kinh tế và vận hành của bất kỳ hệ thống điện mặt trời nào đều phụ thuộc vào các biện pháp bảo vệ. Bộ ngắt mạch đảm bảo an toàn cho hệ thống điện mặt trời là cốt lõi của kiến trúc an toàn này, mang lại sự an tâm cho chủ sở hữu hệ thống.
Hệ thống điện mặt trời không chỉ là một máy phát điện, mà là một nhà máy điện một chiều (DC) cao áp, được lắp đặt trên mái nhà dân dụng hoặc các khu công nghiệp. Các yêu cầu bảo vệ tăng dần theo công suất của hệ thống. Nhu cầu về một hệ thống bảo vệ mạnh mẽ hiện diện ở khắp mọi nơi, dù là bảo vệ mạch điện trong một... PV hộp kết hợp nơi tập trung nguồn điện hoặc điều khiển nhiều đầu ra trong bảng tải DC nơi chủ nhà sử dụng trực tiếp dòng điện một chiều.
Những nguy hiểm của hệ thống truyền tải điện một chiều này, cụ thể là hồ quang điện kéo dài và nguy cơ điện giật, không giống với lưới điện xoay chiều thông thường. Do đó, việc lựa chọn thiết bị bảo vệ mạch điện – cho từng giải pháp, dù là hộp phối hợp hay hệ thống phân phối chính – không phải là một lựa chọn phụ kiện phù phiếm; đó là một tính toán kỹ thuật quan trọng.
Hướng dẫn này là một cuộc kiểm tra nghiêm ngặt về các loại máy cắt mạch năng lượng mặt trời, mục đích sử dụng cụ thể của chúng trong cấu trúc hệ thống quang điện và mô hình toán học cần thiết để xác định kích thước phù hợp.
Cầu dao tự động hệ thống năng lượng mặt trời là một thiết bị bảo vệ tự động được sử dụng để bảo vệ mạch điện khỏi hư hỏng do quá tải hoặc ngắn mạch do dòng điện quá mức. Cầu dao tự động là một thiết bị đóng cắt bền bỉ, không giống như cầu chì đơn giản chỉ hoạt động một lần và phải thay thế. Cầu dao có thể được khởi động lại (thủ công hoặc tự động) để tiếp tục hoạt động bình thường sau khi sự cố được khắc phục.
Bộ ngắt mạch DC có hai mục đích chính trong trường hợp cụ thể của hệ thống quang điện (PV):
Có một nhu cầu để phân biệt giữa một Bộ cách ly DC và một máy cắt mạch DC. Mặc dù có thể sử dụng bộ cách ly để ngắt mạch nhằm duy trì hoạt động, nhưng nó không nhất thiết cung cấp khả năng bảo vệ quá dòng tự động. Máy cắt mạch cung cấp khả năng cách ly cần thiết như đã đề cập ở trên và bảo vệ sự cố chủ động.
Việc thay thế cầu dao dòng điện xoay chiều (AC) bằng cầu dao dòng điện một chiều (DC) là một trong những sai lầm phổ biến và nguy hiểm nhất trong lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Những thiết bị này trông giống hệt nhau dưới con mắt của người không có chuyên môn. Chúng tồn tại trong thực tế hoàn toàn khác biệt so với một nhà vật lý hay kỹ sư điện.
Sự khác biệt quan trọng nhất là hiện tượng Zero-Crossing.
Khi sử dụng cầu dao AC thông thường trong mạch DC năng lượng mặt trời, nó có thể không ngắt được hồ quang khi hồ quang bị ngắt. Điều này gây ra hiện tượng hàn tiếp xúc, trong đó cầu chì cầu dao đóng lại và không mở được nguồn điện, hoặc làm hỏng hoàn toàn vỏ cầu dao, thường gây ra hỏa hoạn do điện.
Do đó, bộ ngắt mạch DC năng lượng mặt trời được thiết kế với các buồng dập hồ quang tinh vi. Chúng sử dụng cuộn dây từ tính để kéo giãn hồ quang và đẩy nó vào "máng hồ quang", nơi nó được phân chia và làm mát nhanh chóng. Việc sử dụng bộ ngắt mạch DC chuyên dụng là một biện pháp an toàn bắt buộc thay vì sử dụng bảng ngắt mạch đầu vào AC cho tải DC.
Khả năng bảo vệ khỏi tác động của năng lượng mặt trời tỷ lệ thuận với mật độ năng lượng. Thị trường có các loại cầu dao tự động nhỏ gọn như 15 ampe để sử dụng trong hệ thống dây điện dân dụng, và lớn đến 6000 ampe để sử dụng trong cơ sở hạ tầng quy mô lớn.
Mặc dù về mặt chức năng, các loại cầu dao phổ biến nhất có thể được chia thành Tiêu chuẩn, GFCI (Lỗi tiếp đất) và AFCI (Sự cố hồ quang điện), mỗi loại có một vai trò bảo vệ cụ thể, các kỹ sư sẽ quyết định lựa chọn chính tùy thuộc vào quy mô hệ thống và thiết kế vật lý của thiết bị. Hệ thống phân cấp phần cứng được chia thành ba loại cấu trúc chính:
| Loại ngắt | Xếp hạng hiện tại điển hình | Xếp hạng điện áp | Khả năng phá vỡ | Kịch bản ứng dụng chính |
| DC MCB | 1A - 125A | Lên đến 1000V DC | Thấp đến Trung bình (ví dụ: 6kA) | Mái nhà dân cư, PV Hộp kết hợp, Bảo vệ dây. |
| DC MCCB | 63A - 1600A | Lên đến 1500V DC | Cao (20kA – 50kA) | Mảng thương mại, Bộ biến tần trung tâm, Công tắc chính của pin. |
| Ngân hàng Á Châu / BESS | 2000A - 6300A | Lên đến 1500V DC | Rất cao (Chân không/Không khí) | Trang trại năng lượng mặt trời quy mô tiện ích, Lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện (BESS). |
Trong các ứng dụng dòng điện thấp hơn, Bộ ngắt mạch thu nhỏ DC (MCB) đã thay thế hầu hết các cầu chì 20-amp hoặc 30-amp cũ được sử dụng trong các hệ thống tủ điện song song cũ. Các thiết bị này được thiết kế nhỏ gọn và có thiết kế mô-đun để lắp đặt trên thanh ray DIN tiêu chuẩn, đó là lý do tại sao chúng là lựa chọn mặc định trong PV Hộp kết hợp và bảng phân phối dân dụng.
Khi cường độ dòng điện vượt quá phạm vi dân dụng vào hệ thống năng lượng mặt trời thương mại và phạm vi công nghiệp (C&I), thì việc hạn chế MCB được thực hiện. Trong trường hợp này, Bộ ngắt mạch vỏ đúc (MCCB) sẽ là tiêu chuẩn bắt buộc. Các thiết bị này lớn hơn và chắc chắn hơn nhiều, được đặt trong một vỏ cách điện đúc chắc chắn và được thiết kế để lắp bằng bu lông để chịu được lực cơ học của quá trình đóng cắt công suất cao.
Máy cắt không khí (ACB) được sử dụng ở đỉnh tiện ích, bao gồm các nhà máy điện quy mô lớn và Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS), để kiểm soát đầu trên của phổ DC. Đây không chỉ là công tắc mà còn là hệ thống dập hồ quang phức tạp với công nghệ khí nén hoặc chân không.
BESS Chuyên môn: ACB tiêu chuẩn không phải lúc nào cũng phù hợp trong bối cảnh lưu trữ. Bộ ngắt mạch DC tốc độ cao là cần thiết để khắc phục dòng điện ngắn mạch lớn mà giá đỡ pin lithium-ion có thể gây ra. Các thiết bị này cần phản ứng trong vài mili giây để tránh hiện tượng mất kiểm soát nhiệt thảm khốc.
Phạm vi kỹ thuật: Có khả năng xử lý hàng nghìn Ampe (2000A – 6300A).
Một năng lượng mặt trời PV Hệ thống cần được bảo vệ tại nhiều điểm khác nhau trong logic dòng năng lượng. Việc đặt cầu dao không đúng cách hoặc thiếu sự phân tách giữa miền AC và DC sẽ làm lộ ra những bộ phận dễ bị tổn thương của hệ thống. Do đó, chúng tôi thiết lập việc sử dụng cầu dao ở bốn khu vực quan trọng.
Hộp kết hợp là điểm phòng thủ đầu tiên trong các hệ thống nhiều chuỗi, nơi sự kết hợp của nhiều chuỗi tấm pin được hình thành thành một đầu ra. Trước khi hợp nhất, một DC MCB nên được lắp ở cuối mỗi dây. Vị trí này đặc biệt cần thiết để giải quyết vấn đề định hướng hiện có như đã nêu trong các biện pháp an toàn.
Khi một trong các dây bị che khuất hoặc bị lỗi, các dây còn lại có thể đẩy dòng điện ngược chiều vào nó. Như đã đề cập, việc thay đổi hướng đột ngột sẽ gây ra những lo ngại nghiêm trọng về an toàn và làm hỏng các tế bào quang điện. Mặc dù cầu dao không chủ động điều chỉnh dòng điện, nhưng nó là một biện pháp bảo vệ cần thiết chống lại các dòng điện phản hồi nguy hiểm này, nếu không sẽ gây ra hỏa hoạn và hư hỏng không thể phục hồi cho các mô-đun.
Đi sâu vào phần lưu trữ năng lượng, giao diện giữa cụm pin và bộ biến tần/bộ sạc là khu vực dẫn dòng điện khó khăn nhất của toàn bộ hệ thống. Khu vực này cho phép dòng điện tối đa và dòng điện một chiều mạnh mẽ. MCCB hoặc đánh giá cao MCB bắt buộc.
Một cầu dao được tích hợp ở đây, không chỉ bảo vệ hệ thống cáp ắc quy cỡ lớn khỏi hiện tượng quá nhiệt do quá dòng, mà còn, có lẽ quan trọng hơn, cung cấp một phương pháp ngắt kết nối vật lý an toàn. Việc cách ly này cho phép nhân viên bảo trì làm việc trên cụm ắc quy mà không bị điện áp DC trực tiếp gây nguy hiểm đến tính mạng.
Bảo vệ Đầu vào Biến tần Chính đóng vai trò là cổng kết nối quan trọng giữa nguồn điện DC và bộ chuyển đổi AC. Bộ ngắt mạch này được đặt giữa đầu ra hộp kết hợp và đầu vào biến tần, đóng vai trò là công tắc DC chính của toàn bộ phía phát điện. Nó không chỉ bảo vệ quá dòng mà còn bảo vệ các thiết bị điện tử công suất nhạy cảm bên trong của biến tần khỏi các xung điện áp bên ngoài và cung cấp một điểm cách ly tập trung cho toàn bộ hệ thống phân phối DC.
Cuối cùng, có một số ứng dụng nhất định về mặt tiêu thụ, đặc biệt là đối với những chủ nhà sử dụng dòng điện một chiều trực tiếp để đạt hiệu quả. Để tăng cường điều này, người lắp đặt cần lắp đặt các bảng phân phối riêng biệt (hộp cầu chì) với các bộ ngắt mạch chuyên dụng, hoàn toàn khác với bảng điện xoay chiều.
Điều này là cần thiết trong trường hợp các thiết bị như đèn LED phụ thuộc vào nguồn điện một chiều liên tục để hoạt động. Vì các thiết bị này cần một môi trường điện áp riêng, nên trong trường hợp này, bộ ngắt mạch DC được sử dụng để bảo vệ các tải nhạy cảm này. Chúng đảm bảo nguồn điện được kiểm soát phù hợp và bất kỳ sự cố quá tải nào trong mạch chiếu sáng đều được cách ly càng sớm càng tốt mà không ảnh hưởng đến hệ thống chính.
Lựa chọn máy cắt trong hệ thống năng lượng mặt trời PV Hệ thống điện là một lĩnh vực nghiên cứu thường bị bỏ qua để ưu tiên các lựa chọn tấm pin hoặc biến tần. Nhưng sự bất cẩn trong trường hợp này sẽ phải trả giá đắt. Một cầu dao điện được chọn không đúng cách thường sẽ bị hỏng do giảm công suất nhiệt, gây hư hỏng do quá nhiệt và trong trường hợp xấu nhất là cháy hệ thống.
Việc lựa chọn máy cắt không phải là trò chơi may rủi mà là việc điều chỉnh các thông số kỹ thuật cho phù hợp với điều kiện làm việc của hệ thống.
Điện áp định mức của máy cắt phải lớn hơn Điện áp mạch hở tối đa (Voc) của PV mảng, nhưng ở nhiệt độ dự kiến thấp nhất. Hơn nữa, lựa chọn phải phù hợp với cấu trúc của biến tần và các tiêu chuẩn công nghiệp bao gồm UL508i và IEC60947-3.
Cấu hình cực tỷ lệ thuận với số lượng chuỗi trong bộ cách ly. Một trong những nguyên tắc quan trọng nhất của cách ly DC là tất cả các dây dẫn điện phải được ngắt điện cùng một lúc.
Ảnh hưởng của môi trường lắp đặt là một trong những khía cạnh quan trọng nhất thường không được đề cập trong bảng thông số kỹ thuật. Bộ cách ly và cầu dao năng lượng mặt trời không hoạt động trong phòng máy chủ có điều hòa nhiệt độ mà chỉ hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
Theo Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) và các thông lệ kỹ thuật tốt nhất nói chung, máy cắt không được chạy liên tục ở mức 100% định mức của nó.
Công thức tính toán:
Để xác định định mức ampe tối thiểu cho máy cắt của bạn (Ibreaker), bạn phải áp dụng các hệ số an toàn cho PV Dòng điện ngắn mạch (Isc) của mảng.
Giản thể:
Ví dụ:
Nếu bạn có một chuỗi các tấm pin có Isc là 10A:
Bạn nên làm tròn lên kích thước chuẩn gần nhất, đó là Cầu dao DC 20A.
Trong một thị trường tràn ngập các thành phần chung chung, BENY là nhà sản xuất tập trung chuyên sâu vào tính phức tạp của hệ thống bảo vệ năng lượng mặt trời DC. Sự khác biệt không nằm ở khâu tiếp thị, mà ở tính nghiêm ngặt về mặt kỹ thuật.
Với hơn 30 năm kinh nghiệm trong ngành, BENY Kỹ sư bộ ngắt mạch hệ thống năng lượng mặt trời thu hẹp khoảng cách giữa hiệu quả chi phí và khả năng phục hồi cấp công nghiệp. Các giải pháp của chúng tôi được thiết kế để xử lý toàn bộ phổ PV nhu cầu—từ hệ thống 12V đến 1500V—hỗ trợ dòng điện chịu tải nặng lên đến 630A với tổn thất năng lượng tối thiểu.
An toàn là yếu tố cốt lõi trong triết lý "Xây dựng để trường tồn" của chúng tôi. Mỗi máy cắt đều được trang bị rào chắn hồ quang tiên tiến và khả năng cắt dòng điện 6kA để trung hòa sự cố ngay lập tức. Chúng tôi giải quyết các thách thức lắp đặt thực tế với thiết kế không phân cực, loại bỏ lỗi đấu dây và vỏ máy chắc chắn đạt chuẩn IP65, đã được kiểm nghiệm hoạt động trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt từ -40°C đến 85°C.
Được bảo hành 5 năm và hỗ trợ toàn cầu 24/7, lựa chọn BENY có nghĩa là bảo vệ cơ sở hạ tầng của bạn với một đối tác cam kết về sự an toàn và tuổi thọ tuyệt đối.
Đầu tư vào hệ thống quang điện có một bộ phận bảo vệ thầm lặng, đó là bộ ngắt mạch năng lượng mặt trời. Trong khi các tấm pin tạo ra giá trị, thì bộ ngắt mạch duy trì giá trị đó. Việc chuyển sang các hệ thống thương mại điện áp cao phức tạp hơn, thay vì các hệ thống dân dụng đơn giản, đòi hỏi chúng ta phải thay đổi thái độ đối với việc lựa chọn linh kiện.
Chúng ta nên ngừng coi các thiết bị ngắt mạch là hàng hóa thông thường và xem chúng là tài sản an toàn quan trọng. Để hiểu rõ hơn về điều này, hãy đọc thêm. Cốt lõi của an toàn điện: Bộ ngắt mạch DC và tầm quan trọng của chúngCác kỹ sư lắp đặt có thể đảm bảo hệ thống hoạt động đáng tin cậy bằng cách xem xét các đặc tính vật lý độc đáo của hồ quang điện một chiều, bố trí các bộ ngắt mạch phù hợp với từng khu vực ứng dụng, chẳng hạn như hộp kết nối với các bộ pin, và xem xét các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt cũng như định mức cường độ dòng điện.
Máy cắt là tấm chắn bảo vệ quan trọng mà nhiều hệ thống cần có. Khi tuân thủ đúng hướng dẫn đấu dây, các biện pháp an toàn và bảo trì, chúng sẽ đảm bảo chất lượng của tấm pin quang điện được bền lâu.
Gửi đến những cá nhân muốn có giải pháp bảo vệ DC mạnh mẽ, được chứng nhận và thiết kế, BENY cung cấp phần cứng mà họ cần để xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời của tương lai - một cách an toàn và hiệu quả.
H: Loại cầu dao nào được sử dụng cho tấm pin mặt trời?
A: Bạn phải sử dụng một cầu dao chuyên dụng để bảo vệ tấm pin mặt trời, thường là cầu dao DC. Không sử dụng cầu dao AC thông thường trong gia đình. Dòng điện DC tạo ra hồ quang liên tục, khó dập tắt hơn so với dòng điện AC. Cầu dao năng lượng mặt trời (như DC) MCBs hoặc MCCBs) có máng hồ quang và cơ chế từ tính cụ thể được thiết kế để ngắt an toàn các hồ quang DC điện áp cao này và ngăn ngừa hỏa hoạn.
Q: Tôi có cần một cầu dao giữa tấm pin mặt trời và biến tần không?
A: Vâng. Một bộ ngắt mạch tấm pin mặt trời (hoặc bộ cách ly DC) là cần thiết giữa PV Mảng và bộ biến tần. Nó có hai vai trò quan trọng: bảo vệ đầu vào của bộ biến tần khỏi các xung điện hoặc ngắn mạch, và cung cấp điểm ngắt kết nối vật lý an toàn để nhân viên bảo trì bảo dưỡng hệ thống mà không cần xử lý dây điện đang hoạt động.
H: Đặt bộ ngắt mạch ở đâu trong hệ thống năng lượng mặt trời?
A: Máy cắt nên được lắp đặt tại ba khu vực bảo vệ quan trọng: