Puna bashkëpunuese e mbrojtësve nga mbitensionet, ndërprerësve të qarkut dhe siguresave në sistemet fotovoltaike: Analiza funksionale dhe diskutimi mbi domosdoshmërinë

Hyrje

Me zhvillimin e shpejtë të industrisë globale fotovoltaike, siguria dhe stabiliteti i sistemeve të gjenerimit të energjisë diellore janë bërë fokusi i vëmendjes së industrisë. Sistemet fotovoltaike janë të ekspozuara ndaj mjedisit të jashtëm për një kohë të gjatë dhe janë të ndjeshme ndaj kërcënimeve të tilla si goditjet nga rrufeja, luhatjet e rrjetit elektrik dhe dështimet e pajisjeve, të cilat mund të shkaktojnë dëmtime të pajisjeve ose edhe zjarr. Mbrojtësit e mbitensionit (SPD), ndërprerësit e qarkut dhe siguresat janë pajisje kryesore mbrojtëse që secila kryen detyrat e veta dhe bashkëpunojnë me njëra-tjetrën për të siguruar funksionimin e sigurt të sistemit. Ky artikull do të analizojë në thellësi funksionet e tyre, mekanizmat e koordinimit dhe domosdoshmërinë për të ofruar referencë për përdoruesit e industrisë.

I. "Vrasësi i Padukshëm" me të cilin përballen sistemet fotovoltaike

Stacionet fotovoltaike janë si "luftëtarë çeliku" që punojnë në ajër të hapur, duke duruar vazhdimisht sprova të ndryshme të ashpra.

1.1 Probleme me goditjet e rrufesë:

Në veçanti, në Lindjen e Mesme dhe Azinë Juglindore, një sezon i vetëm me stuhi mund të paralizojë sistemet që nuk kanë mbrojtje.
1.2 Luhatjet e rrjetit elektrik:
Në projektin kilian për të cilin isha përgjegjës, disa pajisje u dogjën për shkak të një rritjeje të menjëhershme të tensionit në rrjet.

1.3 Rreziku i qarkut të shkurtër:
Vitin e kaluar, një projekt në Gjermani përjetoi një qark të shkurtër për shkak të kabllove të vjetëruara, duke shkaktuar gati një zjarr.

Këto rreziqe nuk janë ekzagjerim. Sipas Aleancës Ndërkombëtare për Sigurinë Fotovoltaike, mbi 60% e dështimeve të sistemit fotovoltaik janë për shkak të mbrojtjes së pamjaftueshme elektrike.

II. Funksionet kryesore të pajisjeve mbrojtëse nga mbingarkesa (SPD)

2.1 Parimi i Punës
SPD devijon mbitensionin kalimtar në tokë përmes varistorëve të oksidit të metalit (MOV) ose tubave të shkarkimit të gazit (GDT), duke kufizuar tensionin brenda një diapazoni të sigurt. Në sistemet fotovoltaike, SPD-të zakonisht instalohen në vendet e mëposhtme:
Ana DC (midis moduleve dhe invertorit): Për të mbrojtur nga mbingarkesat e shkaktuara nga rrufeja.
Ana AC (midis invertorit dhe rrjetit): Për të shtypur mbitensionin nga ana e rrjetit.

2.2 Parametrat kryesorë
Tensioni maksimal i vazhdueshëm i funksionimit (Uc): Duhet të përputhet me nivelin e tensionit të sistemit fotovoltaik (si p.sh. 1000V DC ose 1500V DC).
Rryma e shkarkimit (In/Iimp): Pasqyron aftësinë për të shkarkuar rrymën e rrufesë, dhe sistemet fotovoltaike zakonisht kërkojnë 20kA ose më shumë.
Niveli i mbrojtjes së tensionit (Lart): Përcakton madhësinë e tensionit të mbetur dhe duhet të jetë më i ulët se tensioni i përballimit të pajisjes së mbrojtur.

2.3 Domosdoshmëria
Parandaloni dëmtimin e pajisjeve të shtrenjta, siç janë invertorët dhe kutitë e kombinatorëve, nga mbitensionet.
Përmbushni standardet ndërkombëtare (siç janë IEC 6164331, UL 1449) dhe kërkesat e pranimit për centralet fotovoltaike.

Funksioni dhe përzgjedhja e ndërprerësve dhe siguresave

3.1 Ndërprerësi i qarkut
Funksioni:
• Mbrojtje nga Mbingarkesa: Kur rryma tejkalon vlerën e caktuar (si p.sh. 1.3 herë rryma e vlerësuar), mekanizmi i fikjes termike vepron.
• Mbrojtje nga qarku i shkurtër: Mekanizmi i ndërprerjes elektromagnetike ndërpret rrymën e qarkut të shkurtër (si p.sh. 10kA) brenda milisekondave.

• Karakteristikat e Zbatimit për Fotovoltaikën:
Duhet të zgjidhet një ndërprerës qarku DC i dedikuar (si p.sh. DC 1000V/1500V).
Kapaciteti i ndërprerjes duhet të përputhet me rrymën e qarkut të shkurtër të sistemit (zakonisht ≥ 15kA).

3.2 Siguresë
Funksioni:
Duke shkrirë elementin e siguresës, mund të izolojë shpejt qarkun e dëmtuar dhe të mbrojë degën e lidhur në seri.

Avantazhet:
Shpejtësia e shkëputjes është më e shpejtë (në nivelin e mikrosekondës), e përshtatshme për skenarë me rrymë të lartë të qarkut të shkurtër.
Është i vogël në madhësi dhe i përshtatshëm për kuti me rrymë me hapësirë ​​të kufizuar.

3.3 Bashkëpunimi me SPD-në

SPD është përgjegjës për mbrojtjen nga tensioni, ndërsa ndërprerësit/mbrojtësit e siguresave janë përgjegjës për mbrojtjen nga rryma.
Kur SPD dështon për shkak të prishjes së tensionit të lartë, ndërprerësit e qarkut ose mbrojtësit e siguresave mund ta ndërpresin menjëherë qarkun e dëmtuar për të parandaluar zjarrin.

Ⅳ. Studimi i rastit të sistemit të mbrojtjes me shumë nivele

Merrni si shembull një central fotovoltaik 1MW:
4.1 Mbrojtja në anën e DC
Degët e serive të komponentëve: Instaloni siguresat (siç është lloji 10A gPV) për secilën seri.
Hyrja e kutisë së kombinatorit: Instaloni SPD të Tipit II (Up ≤ 1.5kV) dhe ndërprerës qarku DC (63A).

4.2 Mbrojtja në anën e AC-së
Fundi i daljes së invertorit: Konfiguroni SPD të Tipit 1+2 (Iimp ≥ 12.5kA) dhe ndërprerës qarku me kuti të derdhur (250A).

4.3 Simulimi i skenarit të defektit
Kur ndodh një goditje rrufeje: SPD-ja lëshon rrymë mbingarkese dhe e fikson tensionin nën 2kV; nëse SPD-ja dështon për shkak të qarkut të shkurtër, ndërprerësi i qarkut fiket.
Kur ka një qark të shkurtër në linjë: Siguresa shkrihet brenda 5ms për të parandaluar përhapjen e efektit të njollave termike.

Ⅴ. Masat paraprake për përzgjedhjen dhe instalimin

5.1 Përzgjedhja e SPD-së
Për anën DC, duhet të zgjidhet një SPD specifik për fotovoltaikën (siç është PVSPD) për të shmangur problemin e rrymës së kundërt të SPD-së së zakonshme AC.
Duhet të merret në konsideratë kufiri i temperaturës (Uc duhet të lërë një kufi në mjedise me temperaturë të lartë).

5.2 Përputhja e Ndërprerësit/Siguresave
Kapaciteti i ndërprerjes duhet të jetë më i lartë se rryma maksimale e qarkut të shkurtër të sistemit (si p.sh. rryma e defektit të vargut mund të arrijë 1.5kA).
Rryma e vlerësuar e siguresës duhet të jetë më shumë se 1.56 herë rryma e qarkut të shkurtër të komponentit (Isc) (në përputhje me NEC 690.8).

5.3 Sugjerime për Integrimin e Sistemit
Gjatësia e telit midis SPD-së dhe ndërprerësit të qarkut duhet të jetë ≤ 0.5 m për të zvogëluar tensionin e mbetur.
Duhet të kryhen inspektime të rregullta të treguesve të statusit të SPD-së dhe modulet e dështuara duhet të zëvendësohen në kohë.

Ⅵ. Trendet e Industrisë dhe Përditësimet Standarde
•Kërkesa për tension të lartë: Me përhapjen e gjerë të sistemeve fotovoltaike 1500V, nivelet e tensionit të rezistencës së SPD-ve dhe ndërprerësve të qarkut duhet të përmirësohen në mënyrë të sinkronizuar.

•Monitorim inteligjent: SPD-të inteligjente që integrojnë sensorë temperature dhe funksione komunikimi pa tel po aplikohen gradualisht për të arritur paralajmërim të hershëm të defekteve në distancë.

•Përforcim standard: Versioni i ri i IEC 625482023 ka vendosur kërkesa më të rrepta koordinimi për pajisjet mbrojtëse për sistemet fotovoltaike.

Përfundim
Në sistemet fotovoltaike, mbrojtësit nga mbingarkesa, ndërprerësit e qarkut dhe siguresat përbëjnë një sistem të plotë mbrojtjeje bashkëpunues "tension-rrymë". Përzgjedhja dhe konfigurimi i saktë i këtyre komponentëve jo vetëm që mund të zgjasë jetëgjatësinë e pajisjeve dhe të zvogëlojë kostot e operimit dhe mirëmbajtjes, por janë gjithashtu kushte thelbësore për të siguruar funksionimin e sigurt të centraleve elektrike. Me zhvillimin e teknologjisë, integrimi dhe inteligjenca e këtyre pajisjeve mbrojtëse do të rrisin më tej besueshmërinë e sistemeve fotovoltaike në të ardhmen.