Globaalin uuden energiateollisuuden nopean kehityksen myötä aurinkosähköstä (PV) on tullut laajalti käytetty puhtaan energian ratkaisu yrityksille, teollisuuspuistoille, liikerakennuksille ja kotitalouksille. Perinteisiin jakelujärjestelmiin verrattuna aurinkosähköjärjestelmät asennetaan kuitenkin usein rakennusten katoille, avoimiin tiloihin tai suuriin aurinkovoimaloihin, jolloin ne altistuvat pitkäaikaiselle altistukselle luonnonympäristölle, mikä tekee niistä alttiimpia salamaniskuille ja verkkojännitteille.
Ylijännitesuojan (SPD) valmistajana havaitsimme, että monet aurinkosähköjärjestelmän viat eivät johdu itse moduuleista, vaan transienteista ylijännitteistä, jotka vahingoittavat invertteriä, valvontalaitteita tai tietoliikennejärjestelmiä. Siksi nykyaikaisessa aurinkosähköprojektissa ylijännitesuojat eivät ole enää valinnaisia, vaan tärkeä osa järjestelmän turvallisen toiminnan varmistamista.
Joten miksi aurinkosähköjärjestelmissä on oltava ylijännitesuojat? Tässä artikkelissa analysoidaan tätä käytännön soveltamisen näkökulmasta.
1. Valosähköjärjestelmät ovat alttiimpia salamaniskuille
Toisin kuin perinteiset sisäkäyttöiset sähkölaitteet, suurin osa aurinkosähköjärjestelmän laitteista asennetaan ulos pitkiä aikoja.
Esimerkiksi:
Aurinkosähkömoduulit
Yhdistelmälaatikko
Keinujärjestelmä
DC kaapelit
Invertteri
Ne sijaitsevat yleensä suurella alueella ja lähellä rakennuksen korkeinta kohtaa.
Kun salama iskee, sähkömagneettinen induktio voi tuottaa voimakkaan aaltojännitteen, vaikka se ei osuisi suoraan aurinkosähköjärjestelmään.
Tämä ohimenevä ylijännite etenee nopeasti piiriä pitkin ja vaikuttaa vakavasti järjestelmän laitteisiin.
Siksi aurinkosähköjärjestelmä on tyypillinen sovellusskenaario, jossa on suuri salamaniskuriski.
2. Sydänlaitteiden, kuten invertterien, suojaus
Invertterit ovat usein yksi arvokkaimmista ja kriittisimmistä laitteista koko aurinkosähköjärjestelmässä.
Sen päätehtävä on muuntaa tasavirta (PV-kokoonpanon tuottama tasavirta vaihtovirraksi) ja kytkeä se sähköverkkoon.
Invertteri sisältää kuitenkin suuren määrän kehittyneitä elektronisia komponentteja.
Esimerkiksi:
IGBT-moduulit
Ohjauspiiri
Viestintämoduuli
Valvontajärjestelmä
Nämä elektroniset komponentit ovat erittäin herkkiä ylijännitteelle.
Kun ylijännite vaikuttaa, se voi johtaa:
Järjestelmän sammutus
Yhteyden katkeaminen
Tehon menetys
Laitevaurioita
Ylijännitesuojainten asentaminen voi vähentää tehokkaasti invertterin iskutransienttiylijännitteitä.
3. Estä PV-moduulien ja yhdistelmäkoteloiden vaurioituminen
Monet ihmiset ajattelevat, että salamanisku vaikuttaa vain invertteriin.
Itse asiassa aurinkosähkökomponentit ja yhdistelmäkotelot ovat myös vaarassa. Erityisesti suurissa-maanpäällisissä sähköprojekteissa:
Suuri aurinkosähköryhmän alue;
Kaapelin pituus
Suuri salamaniskun laukaisemisen riski
Kun ylijännite kulkee DC-linjaa pitkin, se voi johtaa:
Heikentynyt moduulin suorituskyky
yhdistelmälaatikot
Polttoterminaalit
DC-puolen ylijännitesuojat voivat vapauttaa nopeasti energiaa ennen kuin ylijännite tulee laitteeseen, mikä vähentää vaurioiden riskiä.
4. Vähennä järjestelmän seisokkeja ja sähköntuotantohäviöitä
Kaupallisissa ja teollisissa aurinkosähköprojekteissa järjestelmän seisokit merkitsevät suoria taloudellisia menetyksiä.
Esimerkiksi:
Sähköntuotannon tuotto pienentynyt
Tuotannon häiriö
Kasvaneet ylläpitokustannukset
Jos kriittisiä laitteita vaurioittaa ylijännite, korjaaminen ja vaihtaminen kestää usein kauan.
Kun ylijännite tapahtuu, SPD reagoi nopeasti rajoittaakseen ylijännitteen turvalliselle alueelle.
Tämä auttaa parantamaan järjestelmän jatkuvuutta ja vähentämään odottamattomien seisokkien riskiä.
5. Aurinkosähköjärjestelmät ovat vaarassa sekä vaihto- että tasavirrassa
Tavalliseen sähköjärjestelmään verrattuna aurinkosähköjärjestelmä on rakenteeltaan ainutlaatuisempi.
Se sisältää:
DC-puoli
Sisältää:
Aurinkosähkömoduulit
Aurinkosähköiset kielet
Yhdistelmälaatikko
Invertterin tulo
Kommunikoiva puoli
Sisältää:
Invertterin lähtö
Jakokaapit
Yhdistetty verkkotuotantojärjestelmä
Ukkosmyrskyt voivat päästä järjestelmään sekä DC- että AC-puolelta.
Siksi täydellinen aurinkosähköinen salamansuojaratkaisu vaatii yleensä:
DC SPD
AC SPD
Kaksinkertainen suojaus.
Tämä luo kokonaisen suojajärjestelmän.
6. Toimialan ja teknisten vaatimusten noudattaminen
Aurinkosähköteollisuuden lisääntyvän sääntelyn myötä yhä useammat maat ja alueet vaativat projektien varustamista ylijännitesuojatoimenpiteillä.
Erityisesti:
Kaupalliset ja teolliset aurinkosähköprojektit
Suuret maahan asennetut{0}}voimalaitokset
Aurinkosähköjärjestelmät julkisissa rakennuksissa
Suunnitteluvaiheessa on yleensä otettava huomioon:
Salaman riskiarviointi
SPD-määrityskaavio
Maadoitusjärjestelmän suunnittelu
Vakiovaatimukset eivät ainoastaan paranna järjestelmän turvallisuutta, vaan myös parantavat projektin hyväksymisastetta.
7. Valvonta- ja viestintäjärjestelmien suojaus
Nykyaikaiset aurinkosähkölaitokset eivät ole pelkästään riippuvaisia sähköntuotantolaitteiden toiminnasta, vaan vaativat myös suuren määrän älykkäitä valvontalaitteita.
Esimerkiksi:
Tiedonkeruulaitteet
Ympäristönvalvontajärjestelmät
Viestintämoduuli
Etävalvontaalustat
Näissä laitteissa käytetään yleensä matalajännitteistä{0}}elektroniikkaa.
Ne ovat herkempiä jännitteille kuin sähkölaitteet.
Siksi ylijännitesuoja ei suojaa vain itse sähköntuotantojärjestelmää, vaan myös koko valvontaverkon vakaata toimintaa.
8. Järjestelmän kokonaistuoton parantaminen
Projektin investointien näkökulmasta ylijännitesuojainten kustannukset ovat yleensä pieni murto-osa aurinkosähköjärjestelmien kokonaisinvestoinneista.
Niiden tuoma arvo on kuitenkin valtava.
Sisältää:
Vähennä laitevaurioiden riskiä
Pienemmät ylläpitokustannukset
Lisää järjestelmän saatavuutta
Laitteiden käyttöiän pidentäminen
Sähköntuotantotulojen vakauden parantaminen
Kohtuullinen SPD-kokoonpano on kustannustehokas{0}}investointi aurinkosähkölaitoksiin, joiden suunniteltu käyttöikä on yli 20 vuotta.
Miksi yhä useammat aurinkosähköprojektit korostavat SPD-kokoonpanoja?
Invertterin älykkyystason ja aurinkosähkövoimaloiden laajenemisen myötä laitteiden arvo ja järjestelmän monimutkaisuus kasvavat myös.
Ylijännitevaurion sattuessa se ei aiheuta vain yksittäistä laitevikaa, vaan vaikuttaa myös koko laitoksen toimintaan.
Tämän seurauksena yhä useammat hankkeet sisällyttävät ylijännitesuojan osaksi kokonaissuunnittelua jo rakennusvaiheessa.
Ylijännitesäästöistä (SPD) on tullut yhtä tärkeitä nykyaikaisissa aurinkosähköjärjestelmissä kuin katkaisijat ja sulakkeet.
Johtopäätös:
PV-järjestelmät toimivat ulkona pitkään ja niihin liittyy riskejä, kuten salamaniskuja, verkon heilahteluja ja indusoituneita ylijännitteitä. Ylijännitesuojainten asentaminen ei ainoastaan suojaa inverttereitä, aurinkosähkökomponentteja ja valvontalaitteita ylijännitevaurioilta, vaan myös vähentää seisokkeja, alentaa ylläpitokustannuksia ja parantaa-voimantuotantojärjestelmien pitkän aikavälin luotettavuutta. AC-puolen ylijännitesuojainten oikea konfigurointi on tullut tärkeä askel omistajille, jotka haluavat varmistaa aurinkosähköprojektien turvallisen toiminnan ja sijoitetun pääoman tuoton.
FAQ Tarvitseeko PV-järjestelmä ylijännitesuojaa?
Useimmissa aurinkosähköprojekteissa on suositeltavaa asentaa erityisiä purkauslaitteita, erityisesti ulkojärjestelmiin ja kohteisiin, joissa salama on aktiivinen.
Kuinka monta SPD:tä aurinkosähköjärjestelmä vaatii?
Ylijännitesuojat on yleensä asennettava sekä DC- että AC-puolelle täydellisen suojajärjestelmän muodostamiseksi.
Voivatko ylijännitesuojat estää suorat salamaniskut?
SPD:tä (Sustaining Voltage Detectors) käytetään pääasiassa rajoittamaan salamaniskujen aiheuttamia ylijännitejännitteitä. Suora ukkossuojaus edellyttää myös ukkosenjohtimien ja maadoitusjärjestelmien käyttöä.
Miksi aurinkosähköinvertterit ovat herkkiä suurille aalloille?
Invertterit sisältävät lukuisia elektronisia komponentteja, jotka ovat erittäin herkkiä transienttiylijännitteille ja vaativat siksi keskitettyä suojausta.
Voiko SPD jatkaa laitteiden suojaamista vian jälkeen?
Ei. Järjestelmä tulee vaihtaa välittömästi sen vanhenemisen tai toimintahäiriön jälkeen. Muuten järjestelmä menettää tehokkaan ylijännitesuojansa.