انتقال جهانی به سمت انرژی های تجدیدپذیر، سیستم های فتوولتائیک (PV) را به عنوان سنگ بنای تولید برق پایدار قرار داده است. این سیستمها که اغلب در مکانهای بیرونی در معرض دید نصب میشوند و به شبکههای الکتریکی گسترده متصل میشوند، ذاتاً در برابر اضافه ولتاژهای گذرا آسیبپذیر هستند که معمولاً بهعنوان نوسان یا اسپک شناخته میشوند. این نوسانات، هم از منابع خارجی مانند صاعقه و هم از منابع داخلی مانند عملیات سوئیچینگ در شبکه یا اینورترها سرچشمه می گیرند، تهدیدی قابل توجه برای یکپارچگی و طول عمر سیستم هستند. در نتیجه، ادغام دستگاههای حفاظت از نوسانات (SPDs) صرفاً یک پیشرفت نیست، بلکه یک ضرورت حیاتی برای اطمینان از قابلیت اطمینان، ایمنی و دوام اقتصادی هر نصب PV است.
منابع خطر افزایش در سیستم های PV
درک منشا نوسانات کلیدی برای اجرای حفاظت موثر است. تهدیدها دو دسته هستند:
نوسانات خارجی (رعد و برق): برخورد مستقیم صاعقه به آرایه PV یا زمین اطراف می تواند باعث آسیب فاجعه بار شود. معمولاً ضربات غیرمستقیم باعث ایجاد اضافه ولتاژهای عظیم در هادی های الکتریکی و اجزای فلزی سیستم می شود. حتی ضربه های دور می تواند پالس های الکترومغناطیسی را به سیم کشی گسترده یک تاسیسات PV متصل کند.
نوسانات داخلی (Switching Transients): این نوسانات در خود سیستم الکتریکی ایجاد می شوند. عملکرد قطع کننده های مدار، کنتاکتورها، یا سوئیچینگ سریع الکترونیک قدرت اینورتر می تواند-بالاهای ولتاژ فرکانس بالا ایجاد کند. علاوه بر این، نوسانات در شبکه برق، مانند سوئیچینگ بانک خازن، همچنین می تواند در سیستم PV منتشر شود.
بدون حفاظت، این اضافه ولتاژهای گذرا می تواند منجر به تخریب فوری و غیرقابل برگشت قطعات حساس و گران قیمت، در درجه اول ماژول های PV و اینورتر شود. آنها همچنین می توانند باعث تخریب تجمعی عایق و قطعات الکترونیکی شوند که منجر به خرابی زودرس و کاهش طول عمر سیستم شود.
نقش و قرارگیری SPD ها در یک سیستم PV
یک SPD به عنوان یک شیر کاهش فشار برای سیستم های الکتریکی عمل می کند. اضافه ولتاژهای گذرا را با منحرف کردن ایمن جریان موج به زمین محدود می کند و در نتیجه ولتاژ را به سطحی می رساند که برای تجهیزات متصل ایمن است. یک استراتژی جامع SPD برای یک سیستم PV شامل یک رویکرد چند مرحله ای هماهنگ است که اغلب به عنوان منطقه بندی نامیده می شود:
حفاظت جانبی DC (آرایه PV به اینورتر): سمت DC سیستم، شامل پانلهای خورشیدی و کابلکشی که به اینورتر میرود، به شدت در برابر امواج ناشی از صاعقه{0}} حساس است.
SPDهای نوع 1 معمولاً در جعبه اصلی ترکیب کننده DC نصب می شوند. آنها به گونه ای طراحی شده اند که در برابر جریان های ضربه ای بسیار بالا از حملات صاعقه مستقیم یا نزدیک مقاومت کنند و اولین خط دفاعی را فراهم کنند.
این SPD ها از کابل های DC و مرحله ورودی DC اینورتر محافظت می کنند که یکی از آسیب پذیرترین و پرهزینه ترین قطعات برای تعویض است.
حفاظت جانبی AC (اتصال اینورتر به شبکه): خروجی AC اینورتر و نقطه اتصال به شبکه اصلی نیز به حفاظت قوی نیاز دارند.
SPD های نوع 2 در برد توزیع AC، اغلب نزدیک خروجی اینورتر نصب می شوند. نقش اصلی آنها محافظت در برابر سوئیچینگ های گذرا و نوسانات ناشی از شبکه است و از آسیب رساندن آنها به مدار خروجی AC اینورتر جلوگیری می کند.
اگر سیستم PV در یک ساختمان نصب شده باشد، ممکن است یک SPD نوع 1 در ورودی اصلی سرویس مورد نیاز باشد که حفاظت هماهنگ برای کل تاسیسات الکتریکی را فراهم می کند.
حفاظت از خط داده/ارتباطات: سیستم های PV مدرن اغلب شامل تجهیزات نظارتی و ارتباطی هستند. SPD برای خطوط داده (به عنوان مثال، اترنت، RS485) برای محافظت از این پورت های سیگنال حساس در برابر نوسانات ناشی از کابل های ارتباطی ضروری است.
ملاحظات کلیدی برای انتخاب SPD
انتخاب SPD مناسب شامل چندین پارامتر فنی است:
حداکثر ولتاژ عملیاتی پیوسته (Uc): باید بیشتر از حداکثر ولتاژ سیستم (هم DC و هم AC) باشد.
سطح حفاظت ولتاژ (بالا): این حداکثر ولتاژی است که به تجهیزات وارد می شود. پایین تر محافظت بهتری ارائه می دهد اما باید با ولتاژ مقاومت تجهیزات سازگار باشد.
جریان تخلیه اسمی (در) و جریان ضربه ای (Iimp): این درجه بندی ها نشان دهنده توانایی SPD برای تخلیه جریان های موجی است. SPD های نوع 1 با Iimp مشخص می شوند، در حالی که نوع 2 با In مشخص می شوند که نقش های مختلف محافظتی آنها را منعکس می کند.
در نتیجه، با تبدیل شدن سیستم های فتوولتائیک به بخش جدایی ناپذیر زیرساخت انرژی ما، حفاظت از این سرمایه گذاری بسیار مهم است. دستگاههای محافظ برق راهحلی قوی و مقرونبهصرفه برای کاهش خطرات ناشی از اضافه ولتاژهای گذرا ارائه میکنند. با اجرای یک طرح خوب طراحی شده-SPD که هر دو طرف DC و AC سیستم را پوشش میدهد، نصابها و مالکان میتوانند به طور قابل توجهی زمان کارکرد سیستم را افزایش دهند، از داراییهای ارزشمند محافظت کنند و از تولید طولانیمدت- انرژی خورشیدی پاک اطمینان حاصل کنند. نادیده گرفتن این منتقد
