Xogħol Kollaborattiv ta' Protetturi kontra l-Vultaġġi fuq iż-Żieda fil-Vultaġġ, Salvaviti u Fjusis f'Sistemi Fotovoltajċi: Analiżi Funzjonali u Diskussjoni dwar il-Ħtieġa

Introduzzjoni

Bl-iżvilupp mgħaġġel tal-industrija fotovoltajka globali, is-sikurezza u l-istabbiltà tas-sistemi tal-ġenerazzjoni tal-enerġija solari saru l-fokus tal-attenzjoni tal-industrija. Is-sistemi fotovoltajċi huma esposti għall-ambjent ta' barra għal żmien twil u huma vulnerabbli għal theddid bħal sajjetti, varjazzjonijiet fil-grilja tal-enerġija, u ħsarat fit-tagħmir, li jistgħu jikkawżaw ħsara fit-tagħmir jew saħansitra nar. Il-protetturi kontra ż-żidiet fil-vultaġġ (SPDs), is-circuit breakers, u l-fjusis huma apparati ewlenin ta' protezzjoni li kull wieħed iwettaq id-dmirijiet tiegħu u jikkoopera ma' xulxin biex jiżgura t-tħaddim sikur tas-sistema. Dan l-artikolu se janalizza fil-fond il-funzjonijiet tagħhom, il-mekkaniżmi ta' koordinazzjoni, u l-ħtieġa li jipprovdu referenza għall-utenti tal-industrija.

I. Il-"Qattiel Inviżibbli" li Qed Jiffaċċja s-Sistemi Fotovoltajċi

L-impjanti tal-enerġija fotovoltajċi huma bħal "gwerriera tal-azzar" li jaħdmu fl-arja aperta, u li kontinwament jissaportu diversi testijiet ħorox.

1.1 Kwistjonijiet relatati mas-sajjetti:

B'mod partikolari, fil-Lvant Nofsani u fix-Xlokk tal-Asja, staġun wieħed ta' maltempati bir-ragħad jista' jipparalizza sistemi li m'għandhomx protezzjoni.
1.2 Varjazzjonijiet fil-grilja tal-enerġija:
Fil-proġett Ċilen li kont inkarigat minnu, diversi biċċiet tagħmir inħarqu minħabba żieda f'daqqa fil-vultaġġ tal-grilja.

1.3 Riskju ta' short circuit:
Is-sena l-oħra, proġett fil-Ġermanja esperjenza short circuit minħabba kejbils li qed jixjieħu, u kważi kkawża nar.

Dawn ir-riskji mhumiex esaġerati. Skont l-Alleanza Internazzjonali għas-Sigurtà Fotovoltajka, aktar minn 60% tal-ħsarat fis-sistemi fotovoltajċi huma dovuti għal protezzjoni elettrika inadegwata.

II. Funzjonijiet Ewlenin ta' Apparati Protettivi kontra Żidiet fil-Vultaġġ (SPD)

2.1 Prinċipju ta' Ħidma
L-SPD jiddevja l-vultaġġ żejjed temporanju lejn l-art permezz ta' varisturi tal-ossidu tal-metall (MOV) jew tubi tal-iskarika tal-gass (GDT), u jillimita l-vultaġġ f'medda sigura. Fis-sistemi fotovoltajċi, l-SPDs tipikament jiġu installati fil-postijiet li ġejjin:
Naħa tad-DC (bejn il-moduli u l-inverter): Biex tipproteġi kontra żidiet fil-vultaġġ ikkawżati mis-sajjetti.
Naħa tal-AC (bejn l-inverter u l-grilja): Biex trażżan il-vultaġġ żejjed min-naħa tal-grilja.

2.2 Parametri Ewlenin
Vultaġġ massimu kontinwu ta' tħaddim (Uc): Irid jaqbel mal-livell tal-vultaġġ tas-sistema fotovoltajka (bħal 1000V DC jew 1500V DC).
Kurrent ta' skarika (In/Iimp): Jirrifletti l-abbiltà li tarmi l-kurrent tas-sajjetti, u s-sistemi fotovoltajċi tipikament jeħtieġu 20kA jew aktar.
Livell ta' protezzjoni tal-vultaġġ (Up): Jiddetermina d-daqs tal-vultaġġ residwu u jrid ikun inqas mill-vultaġġ li jiflaħ it-tagħmir protett.

2.3 Neċessità
Evita li tagħmir għali bħal inverters u kaxxi tal-kombinaturi jiġrilu ħsara minn żidiet fil-vultaġġ.
Konforma mal-istandards internazzjonali (bħal IEC 6164331, UL 1449) u r-rekwiżiti ta' aċċettazzjoni għall-istazzjonijiet tal-enerġija fotovoltajċi.

Ⅲ. Funzjoni u għażla ta' circuit breakers u fjusis

3.1 Interruttur taċ-Ċirkwit
Funzjoni:
•Protezzjoni minn Tagħbija żejda: Meta l-kurrent jaqbeż il-valur issettjat (bħal 1.3 darbiet il-kurrent nominali), il-mekkaniżmu termali tal-isparar jopera.
•Protezzjoni minn Ċirkwit Qasir: Il-mekkaniżmu elettromanjetiku tal-attivazzjoni jaqta' l-kurrent ta' ċirkwit qasir (bħal 10kA) fi ftit millisekondi.

•Karatteristiċi tal-Applikazzjoni għall-Fotovoltajka:
Jeħtieġ li jintgħażel circuit breaker tad-DC dedikat (bħal DC 1000V/1500V).
Il-kapaċità tal-ksur għandha taqbel mal-kurrent ta' short circuit tas-sistema (tipikament ≥ 15kA).

3.2 Fjus
Funzjoni:
Billi ddub l-element tal-fjus, jista' jiżola malajr iċ-ċirkwit difettuż u jipproteġi l-fergħa konnessa f'serje.

Vantaġġi:
Il-veloċità tad-diżkonnessjoni hija aktar mgħaġġla (fil-livell ta' mikrosekonda), adattata għal xenarji ta' kurrent ta' short-circuit għoli.
Huwa żgħir fid-daqs u adattat għal kaxxi li jġorru l-kurrent bi spazju limitat.

3.3 Kollaborazzjoni mal-SPD

L-SPD huwa responsabbli għall-protezzjoni tal-vultaġġ, filwaqt li ċ-ċirkwit breakers/protetturi tal-fjusis huma responsabbli għall-protezzjoni tal-kurrent.
Meta l-SPD ifalli minħabba ħsara f'żidiet fil-vultaġġ, is-circuit breakers jew il-protetturi tal-fjusis jistgħu jaqtgħu ċ-ċirkwit difettuż minnufih biex jipprevjenu n-nar.

Ⅳ. Studju ta' każ ta' sistema ta' protezzjoni b'ħafna livelli

Ħu eżempju ta' power station fotovoltajka ta' 1MW:
4.1 Protezzjoni fuq in-naħa tad-DC
Fergħat tas-serje tal-komponenti: Installa fjusijiet (bħal tat-tip 10A gPV) għal kull serje.
Dħul tal-kaxxa tal-kombinatur: Installa SPD tat-Tip II (Up ≤ 1.5kV) u circuit breaker DC (63A).

4.2 Protezzjoni fuq in-naħa tal-AC
Tarf tal-ħruġ tal-inverter: Ikkonfigura SPD tat-Tip 1+2 (Iimp ≥ 12.5kA) u circuit breaker f'kaxxa ffurmata (250A).

4.3 Simulazzjoni ta' xenarju ta' ħsara
Meta sseħħ sajjetta: L-SPD jirrilaxxa kurrent ta' mewġa u jnaqqas il-vultaġġ taħt iż-2kV; jekk l-SPD ifalli minħabba short circuit, is-circuit breaker jitlaq.
Meta jkun hemm short circuit fil-linja: Il-fjus idub fi żmien 5ms biex jipprevjeni t-tixrid tal-effett termali tal-post.

Ⅴ. Prekawzjonijiet għall-għażla u l-installazzjoni

5.1 Għażla tal-SPD
Għan-naħa tad-DC, għandu jintgħażel SPD speċifiku għall-fotovoltajka (bħal PVSPD) biex tiġi evitata l-problema tal-kurrent invers tal-SPD tal-AC ordinarju.
Il-marġni tat-temperatura għandu jiġi kkunsidrat (Uc jeħtieġ li jħalli marġni f'ambjenti b'temperatura għolja).

5.2 Tqabbil tas-Salvavita/Fjus
Il-kapaċità ta' tkissir għandha tkun ogħla mill-kurrent massimu ta' short-circuit tas-sistema (bħal pereżempju l-kurrent ta' ħsara tas-sekwenza jista' jilħaq 1.5kA).
Il-kurrent nominali tal-fjus għandu jkun aktar minn 1.56 darbiet il-kurrent ta' short-circuit tal-komponent (Isc) (skont NEC 690.8).

5.3 Suġġerimenti għall-Integrazzjoni tas-Sistema
It-tul tal-wajer bejn l-SPD u s-circuit breaker għandu jkun ≤ 0.5m biex titnaqqas il-vultaġġ residwu.
Għandhom isiru spezzjonijiet regolari tal-indikaturi tal-istatus tal-SPD, u l-moduli li jkunu fallew għandhom jiġu sostitwiti fil-ħin.

Ⅵ. Xejriet tal-Industrija u Aġġornamenti Standard
• Domanda ta' vultaġġ għoli: Bl-adozzjoni mifruxa ta' sistemi fotovoltajċi ta' 1500V, il-livelli ta' vultaġġ li jifilħu għall-SPDs u s-circuit breakers jeħtieġ li jittejbu b'mod sinkronizzat.

• Monitoraġġ intelliġenti: SPDs intelliġenti li jintegraw sensuri tat-temperatura u funzjonijiet ta' komunikazzjoni mingħajr fili qed jiġu applikati gradwalment biex jinkiseb twissija bikrija ta' ħsara remota.

•Rinfurzar standard: Il-verżjoni l-ġdida tal-IEC 625482023 imponiet rekwiżiti ta' koordinazzjoni aktar stretti fuq apparati ta' protezzjoni għal sistemi fotovoltajċi.

Konklużjoni
Fis-sistemi fotovoltajċi, il-protetturi kontra ż-żidiet fil-vultaġġ, is-circuit breakers u l-fjużijiet jikkostitwixxu sistema kompluta ta' protezzjoni kollaborattiva "vultaġġ-kurrent". L-għażla u l-konfigurazzjoni korretti ta' dawn il-komponenti mhux biss jistgħu jestendu l-ħajja tas-servizz tat-tagħmir u jnaqqsu l-ispejjeż tat-tħaddim u l-manutenzjoni, iżda huma wkoll kundizzjonijiet essenzjali biex jiġi żgurat it-tħaddim sikur tal-power stations. Bl-iżvilupp tat-teknoloġija, l-integrazzjoni u l-intelliġenza ta' dawn l-apparati ta' protezzjoni se jtejbu aktar l-affidabbiltà tas-sistemi fotovoltajċi fil-futur.