Πώς να ενσωματωθεί προστασία από υπερτάσεις τόσο στην πλευρά AC όσο και στην πλευρά DC ενός φωτοβολταϊκού συστήματος;

Ενσωμάτωση ενός συσκευή Προστασίας από Σύρριψη η ενσωμάτωση σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα δεν είναι απλώς θέμα σύνδεσης ενός στοιχείου και προχώρησης. Απαιτεί μια σκόπιμη, μηχανικά τεκμηριωμένη προσέγγιση που λαμβάνει υπόψη τα μοναδικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τόσο της πλευράς AC όσο και της πλευράς DC της εγκατάστασης. Οι διαταραχές που προκαλούνται από κεραυνούς, οι υπερτάσεις λόγω διακοπής/ενεργοποίησης και οι διαταραχές του δικτύου μπορούν όλες να προκαλέσουν καταστροφικές κορυφές τάσης που διαδίδονται στο σύστημα, προκαλώντας ζημιές στους αντιστροφείς, στα κουτιά συνένωσης, στον εξοπλισμό παρακολούθησης και ακόμη και στα φωτοβολταϊκά πάνελ. Χωρίς την κατάλληλη τοποθέτηση συσκευών προστασίας από υπερτάσεις και στις δύο πλευρές, ένα μόνο γεγονός υπερτάσης μπορεί να οδηγήσει σε δαπανηρή αναστολή λειτουργίας και αντικατάσταση εξοπλισμού.

Αυτό το άρθρο περιγράφει λεπτομερώς την πλήρη λογική ενσωμάτωσης για την εγκατάσταση συσκευών προστασίας από υπερτάσεις τόσο στην πλευρά της DC σειράς και του πλέγματος όσο και στην πλευρά σύνδεσης με το AC δίκτυο ενός φωτοβολταϊκού (PV) συστήματος. Είτε σχεδιάζετε μια εμπορική εγκατάσταση στη στέγη είτε ένα έργο μεγάλης κλίμακας σε επίγεια τοποθέτηση, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε πού πρέπει να τοποθετηθεί κάθε συσκευή προστασίας από υπερτάσεις, πώς να επιλέξετε τις κατάλληλες προδιαγραφές και πώς να συνδέσετε και να συντηρήσετε σωστά αυτά τα στοιχεία, προκειμένου να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία του συστήματος σε μακροπρόθεσμη βάση. Οι κατευθυντήριες γραμμές που παρέχονται εδώ βασίζονται σε πρακτικές μηχανικές εμπειρίες από το πεδίο και είναι σύμφωνες με τα πρότυπα IEC 61643 και IEC 62305, τα οποία διέπουν την προστασία από υπερτάσεις σε φωτοβολταϊκά περιβάλλοντα.

Κατανόηση των Κινδύνων Υπερτάσεων στα Φωτοβολταϊκά Συστήματα

Γιατί τα Φωτοβολταϊκά Συστήματα είναι Ιδιαίτερα Ευάλωτα

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα εκτίθενται συνεχώς στο εξωτερικό περιβάλλον, γεγονός που τα καθιστά ενδημικά ευάλωτα σε κεραυνούς και ατμοσφαιρικά φαινόμενα εκκένωσης. Οι μακρές διαδρομές καλωδίων μεταξύ των φωτοβολταϊκών συστοιχιών και των αντιστροφέων λειτουργούν ως κεραίες, απορροφώντας επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική ενέργεια από κοντινούς κεραυνούς, ακόμη και όταν δεν συμβαίνει άμεση πληγή. Αυτή η επαγόμενη ενέργεια διαδίδεται ως παροδική υπερτάση και στα DC καλώδια από τα μοντέλα και στα AC καλώδια προς το σημείο σύνδεσης με το δίκτυο.

Στην πλευρά DC, η τάση ανοικτού κυκλώματος μιας φωτοβολταϊκής συστοιχίας μπορεί ήδη να είναι αρκετές εκατοντάδες βολτ υπό τυπικές συνθήκες. Όταν μια παροδική τάση επιβάλλεται σε αυτή τη βασική τάση, η συνολική κορύφωση μπορεί εύκολα να υπερβεί την ικανότητα αντοχής των εισόδων των αντιστροφέων, των διόδων παράκαμψης και των κιβώτιο Συνδέσεων συστατικά. Στην πλευρά του εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), τα γεγονότα αλλαγής σύνδεσης με το δίκτυο, οι λειτουργίες των πυκνωτικών μπανκ και οι βλάβες του δικτύου προκαλούν ταχέως ανερχόμενες μεταβατικές διαταραχές που μπορούν να καταστρέψουν το εξωτερικό στάδιο του μετατροπέα καθώς και οποιοδήποτε συνδεδεμένο εξοπλισμό μέτρησης ή επικοινωνίας.

Ένα κατάλληλα επιλεγμένο και εγκατεστημένο συστήμα προστασίας από υπερτάσεις σε κάθε πλευρά αποκόπτει αυτές τις μεταβατικές διαταραχές προτού φτάσουν στα ευαίσθητα ηλεκτρονικά. Το συστήμα περιορίζει την τάση σε ένα ασφαλές επίπεδο και αποκαθοδιώνει το ρεύμα της υπερτάσης στη γείωση, προστατεύοντας έτσι τον εξοπλισμό που βρίσκεται στην επόμενη φάση. Χωρίς αυτό το επίπεδο προστασίας, ακόμη και μια μέτρια μεταβατική διαταραχή μπορεί να προκαλέσει φθορά της μόνωσης, να ενεργοποιήσει ανεπιθύμητες διακοπές ή να προκαλέσει άμεση αστοχία των στοιχείων.

Η διπλή φύση της έκθεσης των φωτοβολταϊκών συστημάτων σε υπερτάσεις

Ένα από τα πιο συνηθισμένα λάθη στον σχεδιασμό προστασίας φωτοβολταϊκών συστημάτων από υπερτάσεις είναι η αντιμετώπιση του συστήματος ως έχοντος μόνο ένα ευάλωτο σημείο. Στην πραγματικότητα, οι υπερτάσεις μπορούν να εισέλθουν από οποιαδήποτε κατεύθυνση. Ένα κεραυνικό γεγονός κοντά στην παράταξη φωτοβολταϊκών πλαισίων εισάγει ενέργεια στην πλευρά DC, ενώ μια διαταραχή του δικτύου ή η εναλλαγή φορτίου σε γειτονικές βιομηχανικές εγκαταστάσεις εισάγει ενέργεια από την πλευρά AC. Και οι δύο διαδρομές πρέπει να προστατεύονται ανεξάρτητα, με αφιερωμένη συσκευή προστασίας από υπερτάσεις σε κάθε τοποθεσία.

Ο μετατροπέας βρίσκεται ανάμεσα σε αυτές τις δύο πλευρές και αποτελεί το πιο ακριβό μεμονωμένο εξάρτημα στην πλειονότητα των φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων. Είναι επίσης το πιο ευάλωτο, καθώς τα ηλεκτρονικά ισχύος του λειτουργούν κοντά στα όρια τάσης τους κατά την κανονική λειτουργία. Μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις στους τερματικούς ακροδέκτες εισόδου DC του μετατροπέα και μία ακόμη στους τερματικούς ακροδέκτες εξόδου AC δημιουργούν ένα προστατευτικό «περίβλημα» γύρω από αυτό το κρίσιμο εξάρτημα. Αυτή η προσέγγιση με προστασία και από τις δύο πλευρές δεν είναι προαιρετική για συστήματα που βρίσκονται σε ζώνες υψηλού κινδύνου κεραυνών ή για οποιαδήποτε εγκατάσταση όπου το κόστος της αδυναμίας λειτουργίας είναι σημαντικό.

Ενσωμάτωση συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά DC

Τοποθέτηση στο θάλαμο συνδυασμού σειρών

Η πρώτη και σημαντικότερη θέση για μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά DC είναι στη σειρά κουτί συνδυασμού , επίσης γνωστό ως θάλαμος συνδυασμού DC ή θάλαμος σύνδεσης συστοιχίας. Εδώ συνδέονται πολλαπλές σειρές φωτοβολταϊκών πλαισίων πριν από τη μεταφορά της συνδυασμένης DC έξοδου στον αντιστροφέα. Η τοποθέτηση μιας συσκευής προστασίας από υπερτάσεις εδώ ανιχνεύει τις παροδικές διαταραχές στο πρώτο δυνατό σημείο του κυκλώματος DC, εμποδίζοντας τη διάδοσή τους περαιτέρω στο σύστημα.

Για αυτήν τη θέση, η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να είναι κατάλληλη για τη μέγιστη τάση DC ανοικτού κυκλώματος του συστήματος φωτοβολταϊκών πλαισίων σε συνθήκες χειρότερης περίπτωσης όσον αφορά τη θερμοκρασία. Για συστήματα που λειτουργούν σε 1000 V DC, η συσκευή πρέπει να διαθέτει βαθμονόμηση προστασίας από τάση και μέγιστη συνεχή τάση λειτουργίας που να υπερβαίνει ξεκάθαρα αυτήν την τιμή. Συνηθισμένες βαθμονομήσεις που χρησιμοποιούνται σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις υπερεθνικής κλίμακας και εμπορικές εγκαταστάσεις περιλαμβάνουν εκδόσεις 1000 V DC και 1500 V DC, με ονομαστική ροή ρεύματος κρούσης 20 kA ή 40 kA, ανάλογα με την ταξινόμηση της ζώνης προστασίας από κεραυνούς του χώρου.

Η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις στο κουτί συνδυασμού πρέπει να συνδέεται μεταξύ κάθε DC πόλου και του αγωγού προστασίας έναντι γείωσης. Σε μια διπολική διαμόρφωση, αυτό σημαίνει μία συσκευή μεταξύ της θετικής ράγας και της γείωσης και μία μεταξύ της αρνητικής ράγας και της γείωσης. Ορισμένες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν μια τριπολική ή συνδυασμένη συσκευή που αντιμετωπίζει και τους δύο πόλους ταυτόχρονα. Η επιλογή εξαρτάται από τη διαμόρφωση γείωσης του συστήματος και από το συγκεκριμένο σχέδιο της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις.

Τοποθέτηση στην είσοδο DC του αντιστροφέα

Ακόμα και όταν μια συσκευή προστασίας από διακυμάνσεις εγκαθίσταται στο κουτί σύνδεσης (combiner box), συνιστάται ιδιαίτερα η εγκατάσταση δεύτερης συσκευής στους DC ακροδέκτες εισόδου του μετατροπέα για συστήματα με μακριές καλωδιακές διαδρομές μεταξύ του κουτιού σύνδεσης και του μετατροπέα. Η επαγωγικότητα του καλωδίου περιορίζει την αποτελεσματικότητα με την οποία μια απομακρυσμένη συσκευή προστασίας από διακυμάνσεις μπορεί να περιορίσει μια γρήγορα ανερχόμενη στιγμιαία διαταραχή στους ακροδέκτες του μετατροπέα. Η υπολειμματική τάση που εμφανίζεται στην είσοδο του μετατροπέα μετά τη λειτουργία της συσκευής στο κουτί σύνδεσης μπορεί να παραμένει ακόμα τόσο υψηλή, ώστε να τεντώνει τους πυκνωτές εισόδου και τα μονάδες IGBT του μετατροπέα.

Η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις στην είσοδο DC του μετατροπέα λειτουργεί ως δεύτερη γραμμή άμυνας, απορροφώντας οποιαδήποτε υπολειπόμενη παροδική ενέργεια που δεν έχει απορροφηθεί πλήρως από τη συσκευή που βρίσκεται προς τα επάνω. Αυτή η καταρρακτώδης προσέγγιση, που ονομάζεται ενίοτε σχήμα συντονισμού Τύπου 1 συν Τύπου 2, αποτελεί την τυπική πρακτική σε καλά σχεδιασμένες εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών. Η συσκευή στην είσοδο του μετατροπέα είναι συνήθως μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις Τύπου 2 με χαμηλότερη ονομαστική ικανότητα απόρριψης ρεύματος, καθώς η συσκευή που βρίσκεται προς τα επάνω έχει ήδη απορροφήσει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας της υπερτάσης.

Η σωστή σύνδεση της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά DC είναι κρίσιμη. Οι αγωγοί σύνδεσης μεταξύ της συσκευής και της DC λειτουργικής γραμμής πρέπει να είναι όσο το δυνατόν συντομότεροι, ιδανικά κάτω των 50 cm, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η επαγωγική πτώση τάσης που προστίθεται στην τάση κλεισίματος που αντιλαμβάνεται ο μετατροπέας. Η χρήση των συντομότερων δυνατών αγωγών σύνδεσης και η αποφυγή περιττών καμπυλώσεων στην καλωδίωση σύνδεσης αποτελούν πρακτικά μέτρα που βελτιώνουν σημαντικά την αποτελεσματικότητα της εγκατάστασης της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις.

Ενσωμάτωση συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά AC

Τοποθέτηση στην έξοδο AC του αντιστροφέα

Στην πλευρά AC, η κύρια θέση για μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις είναι στην έξοδο AC του αντιστροφέα, συνήθως εντός ή αμέσως δίπλα στον διακόπτη αποσύνδεσης AC ή στον πίνακα συνδυασμού. Αυτή η θέση προστατεύει το στάδιο εξόδου του αντιστροφέα από μεταβατικά φαινόμενα που προέρχονται από το δίκτυο και προστατεύει επίσης οποιοδήποτε εξοπλισμό παρακολούθησης, μέτρησης ή επικοινωνίας που είναι συνδεδεμένος στην γραμμή AC σε αυτό το σημείο.

Η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις που επιλέγεται για την πλευρά AC πρέπει να είναι κατάλληλη για την τάση AC του συστήματος, η οποία είναι συνήθως 230 V μονοφασικό ή 400 V τριφασικό για τις περισσότερες εμπορικές και βιομηχανικές εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών. Η συσκευή πρέπει επίσης να είναι συμβατή με τη συχνότητα του δικτύου και να διαθέτει μέγιστη συνεχή λειτουργική τάση που λαμβάνει υπόψη τις φυσιολογικές διακυμάνσεις της τάσης του δικτύου. Για τριφασικά συστήματα, απαιτείται συσκευή προστασίας από υπερτάσεις τριών ή τεσσάρων πόλων που καλύπτει όλους τους αγωγούς φάσεων και τον ουδέτερο.

Η ονομαστική τιμή ρεύματος κρουστικού πλήγματος για τη συσκευή προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά AC πρέπει να επιλεγεί με βάση τη ζώνη προστασίας από κεραυνούς και την απόσταση από την κύρια είσοδο της ηλεκτρικής εγκατάστασης. Μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις τύπου 2 με ονομαστική τιμή ρεύματος κρουστικού πλήγματος 20 kA ή 40 kA είναι κατάλληλη για τις περισσότερες εφαρμογές AC εξόδου φωτοβολταϊκών συστημάτων. Σε περιπτώσεις εγκατάστασης σε ζώνη υψηλού κινδύνου κεραυνών ή όταν το καλώδιο AC που οδηγεί στον κύριο πίνακα διανομής είναι μακρύ, ενδεχομένως να απαιτείται συσκευή προστασίας από υπερτάσεις τύπου 1 με υψηλότερη ονομαστική τιμή ρεύματος κρουστικού πλήγματος στο επίπεδο του κύριου πίνακα διανομής.

Τοποθέτηση στον Κύριο Πίνακα Διανομής AC ή στο Σημείο Κοινής Σύζευξης

Για μεγαλύτερα φωτοβολταϊκά συστήματα που τροφοδοτούν έναν κύριο πίνακα διανομής ή ένα σημείο κοινής σύζευξης με άλλα φορτία, η προσθήκη μιας επιπλέον συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στο επίπεδο του πίνακα διανομής παρέχει προστασία σε ολόκληρο το σύστημα. Αυτή η συσκευή αντιμετωπίζει τις υπερτάσεις που εισέρχονται από την πλευρά του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και εμποδίζει τη διάδοσή τους όχι μόνο στον μετατροπέα, αλλά και σε άλλα ευαίσθητα φορτία που είναι συνδεδεμένα στον ίδιο πίνακα διανομής.

Η συντονισμός μεταξύ της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στην εναλλασσόμενη ρεύματος (AC) έξοδο του αντιστροφέα και της συσκευής στον κύριο πίνακα διανομής ακολουθεί την ίδια καθοδική λογική όπως και στην πλευρά συνεχούς ρεύματος (DC). Η συσκευή στο επίπεδο του πίνακα διανομής, η οποία είναι συνήθως τύπου 1 ή συνδυασμένη τύπου 1 και 2, αντιμετωπίζει την αρχική υψηλής ενέργειας υπερτάση, ενώ η συσκευή στο επίπεδο του αντιστροφέα απορροφά την υπολειπόμενη ενέργεια. Αυτή η πολυστρωματική προσέγγιση διασφαλίζει ότι καμία μεμονωμένη συσκευή δεν υπερφορτώνεται και ότι η προστασία παραμένει αποτελεσματική σε μια ευρεία κλίμακα μεγεθών και μορφών κύματος υπερτάσεων.

Κατά την επιλογή της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις για τον κύριο πίνακα διανομής, είναι σημαντικό να επαληθευθεί ότι το επίπεδο προστασίας τάσης της συσκευής είναι συντονισμένο με την τάση αντοχής σε κρουστικό φαινόμενο του αντιστροφέα και άλλων συνδεδεμένων εξοπλισμών. Το επίπεδο προστασίας της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να είναι χαμηλότερο από την τάση αντοχής του εξοπλισμού, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η συσκευή θα περιορίσει την κρουστική τάση προτού προκαλέσει ζημιά. Αυτός ο έλεγχος συντονισμού αποτελεί υποχρεωτικό βήμα σε κάθε επαγγελματικό σχεδιασμό προστασίας από υπερτάσεις σε φωτοβολταϊκά συστήματα.

Καλές Πρακτικές Γείωσης, Καλωδίωσης και Εγκατάστασης

Ο Ρόλος ενός Γειωτικού Συστήματος Χαμηλής Αντίστασης

Μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις μπορεί να εκτελέσει αποτελεσματικά τη λειτουργία της μόνο εάν διαθέτει μονοπάτι χαμηλής αντίστασης προς τη γη, μέσω του οποίου μπορεί να αποκλείσει το ρεύμα υπερτάσης. Το σύστημα γείωσης της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης είναι συνεπώς εξίσου σημαντικό με την ίδια τη συσκευή προστασίας από υπερτάσεις. Μια γείωση υψηλής αντίστασης ή κακώς συνδεδεμένη θα προκαλέσει την ανάπτυξη υψηλής τάσης στους ακροδέκτες της συσκευής προστασίας κατά τη λειτουργία της, μειώνοντας την αποτελεσματικότητά της και ενδεχομένως επιτρέποντας τη διέλευση καταστροφικών τάσεων στον εξοπλισμό που προστατεύεται.

Για τις εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών (PV), το σύστημα γείωσης πρέπει να περιλαμβάνει έναν αφιερωμένο ηλεκτρόδιο γείωσης στην τοποθεσία του συστήματος πλαισίων, που είναι συνδεδεμένο με το δομικό σύστημα στήριξης και με τον ακροδέκτη γείωσης της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά DC. Η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά AC πρέπει να είναι συνδεδεμένη με τον κύριο αγωγό προστατευτικής γείωσης του κτιρίου ή της εγκατάστασης. Όλες οι συνδέσεις γείωσης πρέπει να γίνονται με αγωγούς κατάλληλης διατομής, συνήθως 6 mm² ή μεγαλύτερης για τους αγωγούς γείωσης των συσκευών προστασίας από υπερτάσεις, προκειμένου να αντέξουν το ρεύμα κρούσης χωρίς υπερβολική πτώση τάσης.

Η ισοδυναμική σύνδεση μεταξύ της γείωσης DC, της γείωσης AC και της δομικής γείωσης του συστήματος στήριξης φωτοβολταϊκών είναι απαραίτητη για την πρόληψη της ανόδου του δυναμικού γείωσης κατά τη διάρκεια ενός γεγονότος υπερτάσεων. Όταν διαφορετικά τμήματα του συστήματος βρίσκονται σε διαφορετικά δυναμικά γείωσης κατά τη διάρκεια μιας μεταβατικής κατάστασης, η διαφορά τάσης μεταξύ τους μπορεί να προκαλέσει βλάβη στον εξοπλισμό, ακόμα και αν κάθε μεμονωμένη συσκευή προστασίας από υπερτάσεις λειτουργεί σωστά. Ένα ενοποιημένο σύστημα γείωσης με χαμηλή αντίσταση εξαλείφει αυτόν τον κίνδυνο.

Παρακολούθηση και συντήρηση εγκατεστημένων συσκευών

Μια συσκευή προστασίας από διακοπές τάσης είναι μια καταναλωτική προστατευτική συσκευή. Κάθε φορά που απορροφά μια διακύμανση τάσης, καταναλώνει μέρος της προστατευτικής της ικανότητας. Μετά από ένα σημαντικό γεγονός κεραυνού ή μια σειρά μικρότερων διακυμάνσεων, η συσκευή μπορεί να φτάσει στο τέλος της χρήσιμης ζωής της και να απαιτεί αντικατάσταση. Οι περισσότερες σύγχρονες συσκευές προστασίας από διακοπές τάσης προϊόντα περιλαμβάνουν έναν οπτικό δείκτη κατάστασης, συνήθως ένα παράθυρο που αλλάζει χρώμα ή μια σημαία που πέφτει, για να υποδεικνύει όταν η συσκευή έχει υποστεί φθορά και απαιτεί αντικατάσταση.

Η ενσωμάτωση ελέγχων της κατάστασης των συσκευών προστασίας από υπερτάσεις στο κανονικό πρόγραμμα συντήρησης του φωτοβολταϊκού συστήματος είναι μια απλή, αλλά συχνά παραβλεπόμενη πρακτική. Μια τριμηνιαία οπτική επιθεώρηση όλων των εγκατεστημένων συσκευών, σε συνδυασμό με έναν έλεγχο μετά από καταιγίδα μετά από οποιαδήποτε σημαντική δραστηριότητα κεραυνών στην περιοχή, διασφαλίζει ότι η προστασία παραμένει ενεργή. Ορισμένα προηγμένα μοντέλα συσκευών προστασίας από υπερτάσεις περιλαμβάνουν επαφές απομακρυσμένης παρακολούθησης που μπορούν να συνδεθούν στην πλατφόρμα SCADA ή παρακολούθησης του συστήματος, επιτρέποντας αυτόματες ειδοποιήσεις όταν μια συσκευή χρειάζεται αντικατάσταση.

Η αντικατάσταση μιας υποβαθμισμένης συσκευής προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να πραγματοποιηθεί αμέσως. Η λειτουργία ενός φωτοβολταϊκού συστήματος με μια ανενεργή συσκευή προστασίας από υπερτάσεις, είτε στην πλευρά AC είτε στην πλευρά DC, αφήνει τον μετατροπέα και τον συνδεδεμένο εξοπλισμό εντελώς εκτεθειμένους στο επόμενο στιγμιαίο γεγονός. Λαμβάνοντας υπόψη το σχετικά χαμηλό κόστος μιας συσκευής προστασίας από υπερτάσεις σε σύγκριση με το κόστος αντικατάστασης ενός μετατροπέα ή της διακοπής λειτουργίας του συστήματος, η εγκαίρως πραγματοποιούμενη συντήρηση αποτελεί μια απλή οικονομική απόφαση.

Επιλογή της κατάλληλης συσκευής προστασίας από υπερτάσεις για εφαρμογές Φ/Β

Βασικές ηλεκτρικές παράμετροι προς αξιολόγηση

Η επιλογή της κατάλληλης συσκευής προστασίας από υπερτάσεις για μια εφαρμογή φωτοβολταϊκών απαιτεί την αξιολόγηση διαφόρων βασικών ηλεκτρικών παραμέτρων. Η μέγιστη συνεχής λειτουργική τάση της συσκευής πρέπει να υπερβαίνει την υψηλότερη τάση που θα εμφανιστεί στους ακροδέκτες της κάτω από κανονικές συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης οποιασδήποτε ανοχής τάσης του δικτύου. Για συσκευές πλευράς DC, αυτό σημαίνει ότι πρέπει να ληφθεί υπόψη η μέγιστη τάση ανοικτού κυκλώματος της φωτοβολταϊκής σειράς στη χαμηλότερη αναμενόμενη περιβαλλοντική θερμοκρασία, καθώς η τάση των φωτοβολταϊκών πλαισίων αυξάνεται καθώς η θερμοκρασία μειώνεται.

Το ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης και οι ανώτατες τιμές ρεύματος κρούσης καθορίζουν την ποσότητα ενέργειας υπερτάσεων που μπορεί να αντέξει η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις. Οι τιμές αυτές πρέπει να αντιστοιχούν στην ταξινόμηση της ζώνης προστασίας από κεραυνούς της εγκατάστασης, η οποία καθορίζεται από την τοπική πυκνότητα εδαφικών κεραυνικών εκκενώσεων και τα φυσικά χαρακτηριστικά της κατασκευής. Μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις με ονομαστική τιμή ρεύματος κρούσης 40 kA παρέχει μεγαλύτερο περιθώριο ασφαλείας σε σύγκριση με συσκευή 20 kA και είναι κατάλληλη για εκτεθειμένες τοποθεσίες ή εγκαταστάσεις υψηλής αξίας.

Το επίπεδο προστασίας από τάση της συσκευής προστασίας κατά υπερτάσεων, εκφραζόμενο σε χιλιοβόλτ (kV), δείχνει τη μέγιστη τάση που θα εμφανιστεί στα άκρα της συσκευής κατά τη διάρκεια ενός τυποποιημένου δοκιμαστικού παλμού υπερτάσεων. Αυτή η τιμή πρέπει να είναι χαμηλότερη από την τάση ανοχής παλμού του εξοπλισμού που προστατεύεται. Για τους μετατροπείς φωτοβολταϊκών (PV), η τάση ανοχής παλμού στην είσοδο συνεχούς ρεύματος (DC) καθορίζεται συνήθως στο φύλλο προδιαγραφών του προϊόντος, ενώ η συσκευή προστασίας κατά υπερτάσεων πρέπει να επιλεγεί έτσι, ώστε το επίπεδο προστασίας της να παρέχει επαρκές περιθώριο κάτω από αυτή την τιμή.

Πρότυπα Συμμόρφωσης και Απαιτήσεις Πιστοποίησης

Για εφαρμογές φωτοβολταϊκών (PV), η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να συμμορφώνεται με το πρότυπο IEC 61643-11 για συσκευές στην πλευρά AC και με το πρότυπο IEC 61643-31 για συσκευές στην πλευρά DC. Τα πρότυπα αυτά ορίζουν τις μεθόδους δοκιμής, τις απαιτήσεις απόδοσης και τις απαιτήσεις σήμανσης για τις συσκευές προστασίας από υπερτάσεις που χρησιμοποιούνται σε συστήματα χαμηλής τάσης και σε εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών αντίστοιχα. Η συμμόρφωση με αυτά τα πρότυπα διασφαλίζει ότι η συσκευή έχει υποστεί ανεξάρτητες δοκιμές και επαληθευτεί ότι λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές υπό τυποποιημένες συνθήκες υπερτάσεων.

Εκτός από τη συμμόρφωση με τα πρότυπα IEC, πολλές αγορές και προδιαγραφές έργων απαιτούν σήμανση CE και πιστοποίηση TUV για συσκευές προστασίας από υπερτάσεις που χρησιμοποιούνται σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Οι πιστοποιήσεις αυτές παρέχουν επιπλέον εγγύηση για την ποιότητα του προϊόντος και τη συνέπεια της κατασκευής. Κατά τον καθορισμό μιας συσκευής προστασίας από υπερτάσεις για εμπορικό ή μεγάλης κλίμακας φωτοβολταϊκό έργο, η επαλήθευση ότι το προϊόν διαθέτει τις κατάλληλες πιστοποιήσεις για την αντίστοιχη αγορά αποτελεί σημαντικό βήμα στη διαδικασία προμήθειας.

Ορισμένοι φορείς λειτουργίας του δικτύου και πάροχοι ασφαλιστικών υπηρεσιών έχουν ειδικές απαιτήσεις για την εγκατάσταση συσκευών προστασίας από υπερτάσεις σε φωτοβολταϊκά συστήματα συνδεδεμένα με το δίκτυο. Η εξέταση αυτών των απαιτήσεων στα πρώιμα στάδια της διαδικασίας σχεδιασμού διασφαλίζει ότι η επιλεγμένη συσκευή προστασίας από υπερτάσεις πληροί όλα τα εφαρμόσιμα πρότυπα και ότι η μέθοδος εγκατάστασης συμμορφώνεται με τους τοπικούς κανονισμούς ηλεκτρικής εγκατάστασης. Οι μη συμμορφούμενες εγκαταστάσεις ενδέχεται να αντιμετωπίσουν προβλήματα κατά τη διαδικασία έγκρισης σύνδεσης στο δίκτυο ή κατά την υποβολή ασφαλιστικών αξιώσεων μετά από συμβάν ζημίας λόγω υπερτάσης.

Συχνές Ερωτήσεις

Χρειάζομαι συσκευή προστασίας από υπερτάσεις και στην πλευρά AC και στην πλευρά DC του φωτοβολταϊκού μου συστήματος;

Ναι. Οι υπερτάσεις μπορούν να εισέλθουν σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα από οποιαδήποτε κατεύθυνση — από την πλευρά του συστήματος πανέλ κατά τη διάρκεια κεραυνικών εκδηλώσεων ή από την πλευρά του δικτύου κατά τη διάρκεια διακοπτικών φαινομένων. Η εγκατάσταση συσκευής προστασίας από υπερτάσεις μόνο σε μία πλευρά αφήνει τον μετατροπέα και τον συνδεδεμένο εξοπλισμό εκτεθειμένους σε διαταραχές από την απροστάτευτη πλευρά. Μια ολοκληρωμένη στρατηγική προστασίας απαιτεί την εγκατάσταση συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στον DC συνδυαστή ή στην είσοδο DC του μετατροπέα, καθώς και μιας δεύτερης συσκευής προστασίας από υπερτάσεις στην έξοδο AC του μετατροπέα ή στον κύριο πίνακα διανομής.

Ποια τιμή ονομαστικής τάσης πρέπει να επιλέξω για μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις στην πλευρά DC;

Η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να έχει μέγιστη συνεχή τάση λειτουργίας που υπερβαίνει τη μέγιστη τάση ανοικτού κυκλώματος της φωτοβολταϊκής σειράς (PV array) υπό τις ψυχρότερες αναμενόμενες συνθήκες θερμοκρασίας. Για συστήματα που σχεδιάζονται για λειτουργία σε 1000 V DC, απαιτείται συσκευή προστασίας από υπερτάσεις με ονομαστική τάση 1000 V DC ή υψηλότερη. Για συστήματα 1500 V DC, πρέπει να χρησιμοποιηθεί συσκευή με ονομαστική τάση 1500 V DC. Κατά την επιλογή της ονομαστικής τάσης της συσκευής, πρέπει πάντα να προστίθεται περιθώριο ασφαλείας πάνω από την υπολογισμένη μέγιστη τάση της σειράς.

Πόσο συχνά πρέπει να ελέγχω ή να αντικαθιστώ μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις σε μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση;

Μια οπτική εξέταση όλων των εγκατεστημένων μονάδων προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να πραγματοποιείται τουλάχιστον κάθε τρίμηνο και μετά από οποιαδήποτε σημαντική δραστηριότητα κεραυνών στην περιοχή. Οι περισσότερες συσκευές περιλαμβάνουν ένδειξη κατάστασης που αλλάζει εμφάνιση όταν η συσκευή έχει υποστεί φθορά. Κάθε συσκευή προστασίας από υπερτάσεις που εμφανίζει ένδειξη βλάβης πρέπει να αντικατασταθεί επειγόντως. Ακόμη και χωρίς ορατή φθορά, οι συσκευές σε περιοχές με υψηλή δραστηριότητα κεραυνών ενδέχεται να επωφεληθούν από αντικατάσταση κάθε πέντε έως επτά χρόνια ως προληπτικό μέτρο.

Μπορώ να χρησιμοποιήσω μια τυπική συσκευή προστασίας από υπερτάσεις AC στην πλευρά DC ενός φωτοβολταϊκού συστήματος;

Όχι. Τα συνηθισμένα προϊόντα συσκευών προστασίας από υπερτάσεις εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) δεν είναι κατάλληλα για εφαρμογές συνεχούς ρεύματος (DC). Οι κυκλώματα συνεχούς ρεύματος δεν έχουν φυσική μηδενική διέλευση του ρεύματος, γεγονός που σημαίνει ότι, αν μία συσκευή προστασίας από υπερτάσεις αρχίσει να διαρρέει, πρέπει να διακόψει ενεργά το ακολουθούν ρεύμα για να αποφευχθεί η δημιουργία μόνιμου τόξου. Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις που είναι εγκεκριμένες για χρήση με συνεχές ρεύμα (DC-rated) έχουν σχεδιαστεί ειδικά με μηχανισμούς σβέσιμα τόξου και με εξαρτήματα που έχουν κατάλληλη βαθμολόγηση για τα χαρακτηριστικά τάσης και ρεύματος του συνεχούς ρεύματος. Η χρήση μίας συσκευής προστασίας από υπερτάσεις εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος δημιουργεί σοβαρό κίνδυνο πυρκαγιάς και ασφάλειας.