Miért kell minden napelemes telepítéshez szoláris túlfeszültség-levezetőt?

A napelemes fotovoltaikus (PV) rendszerek túlfeszültségnek vannak kitéve, amelyek költséges károkat és áramkimaradásokat okozhatnak. Ez a cikk elmagyarázza, hogy miért van szüksége minden napelemes rendszerhez szoláris túlfeszültség-levezetőre – egy olyan eszközre, amely megvédi a kritikus berendezéseket a tranziens túlfeszültségektől.

1. Mi az aNaptúlfeszültség-levezető?

A túlfeszültség-levezető, más néven túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD), egy elektromos alkatrész, amely megvédi a rendszereket a túlfeszültségtől. A túlfeszültség-levezetők nem állítják le és nem veszik fel a villámlás okozta túlfeszültséget. Ehelyett megkerülik vagy kisütik a túlfeszültségeket, hogy korlátozzák az ingatlanon belüli elektromos berendezések károsodását. Ezek az eszközök megakadályozzák a nagyfeszültségű áramok folyamatos áramlását azáltal, hogy a földre irányítják azokat.

Amikor a túlfeszültség áthalad egy vezetéken, a levezető megszakítja a szigetelését, így a túlfeszültség a földre juthat. Amint a feszültségszint visszatér a normál értékre, a vezeték és a föld közötti szigetelés helyreáll. Ekkor az áram áramlása a talaj felé leáll.

A szoláris túlfeszültség-levezető egy kifejezetten fotovoltaikus telepítésekhez tervezett SPD. Védi a napkollektoros rendszereket a tranziens túlfeszültségek és a tartós túlfeszültségek ellen, amelyeket a vezető hibája vagy a transzformátorok meghibásodása okoz.

A tranziens túlfeszültségek olyan átmeneti feszültségugrások, amelyek több mint 10%-kal az elosztóhálózat névleges értékénél több cikluson keresztül meghaladják. Állandó túlfeszültség esetén a feszültségszint tartósan magas marad.

A komplett villámvédelmi rendszer levegőcsatlakozókat (villámhárítókat), levezetőket, túlfeszültség-védőket, potenciálkiegyenlítést és földelőrendszert tartalmaz. Ez az első védelmi vonal a közvetlen villámcsapás ellen.

2. Miért van szükség túlfeszültség-védőre a napelemes rendszerekben?

A napelemes rendszerek érzékenyek az elektromos túlfeszültségekre, amelyek költséges károkat okozhatnak a berendezésekben, és átmeneti áramkimaradásokhoz vezethetnek. Az elektromos túlfeszültséget külső tényezők okozhatják, például villámcsapás, belső meghibásodás vagy az elektromos hálózat ingadozása.

A fizikai expozíció sebezhetővé teszi a napelemes rendszereket

A napelemes rendszereket általában nyílt területekre, háztetőkre vagy nagy mezőkre telepítik, ahol környezeti hatásoknak lehetnek kitéve. A nagy felületek és a szabaddá vált elhelyezések, mint például a háztetőkön vagy a nyílt tereken a földön, hajlamossá teszik a napelemeket villámcsapásra, ami lerövidítheti élettartamukat.

Még akkor is, ha egy napelem tömbbe nem ütközik közvetlenül a villám, a közeli villámlás veszélyes feszültséget indukálhat, amely károsíthatja a kritikus alkatrészeket. Amikor a villám becsap a közeli építményekbe, közművezetékekbe vagy a földbe, a keletkező elektromágneses mezők tranziens feszültségeket indukálhatnak a napelemes rendszer vezetékeiben. Ezek az indukált túlfeszültségek az egész telepítésen keresztül terjedhetnek, és az eredeti ütési helytől távol megrongálhatják a berendezést.

A kiterjedt kábelezés utat kínál a túlfeszültségekhez

Mivel a fotovoltaikus rendszerek gyakran kiterjedt egyenáramú kábelezést és egymással összekapcsolt elektromos berendezéseket tartalmaznak, több útvonalat biztosítanak a túlfeszültség terjedéséhez. Kiterjedt vezetékhálózataik vezetőként is működhetnek, tranziens feszültségeket juttatva a rendszerbe.

Mind a DC, mind az AC oldalnak védelemre van szüksége

A fotovoltaikus rendszerek egyik egyedi jellemzője, hogy egyenáramú és váltakozó áramú áramkörökön egyaránt működnek. A túlfeszültségek a rendszer mindkét oldalán behatolhatnak. A hatékony szoláris túlfeszültség-védelmi stratégiák a DC és AC áramkörökre egyaránt kiterjednek, hogy átfogó lefedettséget biztosítsanak.

Az egyenáramú oldal a következőket tartalmazza: szolár modulok, szálkábelezés, kombinálódobozok, DC leválasztók és inverter bemenetek. Az AC oldal a következőket tartalmazza: inverter kimenetek, elosztó berendezések, transzformátorok, közüzemi összeköttetések és létesítmények elektromos rendszerei.

Ha csak a rendszer egy részét védi , az más kritikus berendezéseket is sérülékenysé tehet .

A túlfeszültség elleni védelmet gyakran figyelmen kívül hagyják

Sok napelem-tulajdonos a panelek hatékonyságára, az inverter kiválasztására és az energiatermelési előrejelzésekre összpontosít. Az elektromos védelmet gyakran figyelmen kívül hagyják, amíg költséges meghibásodás nem következik be. A túlfeszültségek váratlanul előfordulhatnak, és jelentős károkat okozhatnak a napelemes berendezésekben, ami leálláshoz, javítási költségekhez és energiatermeléskieséshez vezethet.

Egy túlfeszültség-esemény berendezéscsere költségeket, munkaerőköltségeket, rendszerleállást, csökkentett energiatermelést, bevételkiesést, megnövekedett karbantartási igényeket és biztosítási károkat eredményezhet.

Egyes fejlesztők dönthetnek úgy, hogy nem építenek be túlfeszültség-védelmi eszközöket, hogy csökkentsék a projekt kezdeti költségeit. Ez azonban magasabb karbantartási költségeket eredményezhet, ha a berendezés túlfeszültség következtében megsérül, és javításra vagy cserére szorul.

A túlfeszültség-védelem pénzügyi esete

A túlfeszültség elleni védelembe való befektetés gyakran a projekt összköltségének kis töredékét teszi ki. Mégis segíthet megelőzni a veszteségeket, amelyek messze meghaladják maguknak a védelmi eszközöknek a költségeit. A kereskedelmi és közüzemi méretű telepítéseknél az állásidő gyorsan jelentős bevételkiesést eredményezhet. Még a működés rövid megszakítása is hatással lehet a termelési célokra és a pénzügyi teljesítményre.

3. Mi történik, ha villám csap egy napelemes rendszerbe?

A villámlás jelentős kockázatot jelent a napelemes farmok teljes vagy részleges megsemmisítésére, akár közvetlenül a közvetlen becsapás következtében, akár a közvetett becsapás által okozott degeneratív károk miatt.

Közvetlen villámcsapás

A közvetlen villámcsapások hatalmas mennyiségű energiát termelhetnek, amely katasztrofális károkat okozhat. Amikor a villám becsap egy napelem tömböt, indukált tranziens áramot idéz elő a rendszer huzalköreiben. Ez a szigetelés, a panelek, az inverter és a kommunikációs berendezések meghibásodásához vezet.

Közvetett villámhatások

A közvetett villámhatások gyakran gyakoribbak, és ugyanolyan problémásak lehetnek. A túlfeszültség számos módon befolyásolhatja a napelemes rendszer telepítését:

• A közvetlen csapástól az építmény külső villámvédelmi rendszerébe, annak közelében, sőt magához a PV-berendezéshez

• Az elektromos hálózatba elosztott villámáramokból

• Az elektromos hálózatból légköri eredetű (villámlás) vagy üzemelésből eredő túlfeszültségből

• Az elektromos tér villámlás okozta változásai miatt

• Hálózatról, ha villámcsapás éri a közép- vagy kisfeszültségű vezetékeket

• A földről, ha villám csap a napelem inverteréhez közel

• DC oldalról, ha villám ér a PV modulokba

A kulcsfontosságú alkatrészek károsodása

Ha egy napelemes PV-erőmű túlfeszültséget tapasztal, és nincs védve villám- vagy túlfeszültség-levezetővel, akkor a paneleken lévő villámcsapástól a modulok és inverterek, vagy másodlagos rendszerek, például felügyeleti berendezések és nyomkövető vezérlők károsodásáig terjedhet a berendezés károsodása.

A legnagyobb meghibásodási esélyekkel rendelkező összetevők közé tartozik a kombinálódoboz és az MPPT (maximum teljesítménypontkövető eszköz). Egyes napelemes rendszerek ellenállhatnak a panelek fizikai vagy áramköri károsodásának. Áramköri vezérlőik és energiatároló eszközeik azonban villámcsapás után azonnal használhatatlanok lesznek.

Rejtett hosszú távú hatások

Még akkor is, ha nincs kezdeti áramkimaradás, a berendezés másodlagos következményekkel járhat a berendezés károsodása miatt. Ezek csökkenthetik a rendszer által termelt energia mennyiségét. Ezeket a hatásokat néha tévesen a berendezés meghibásodásának vagy gyártási hibájának tulajdonítják, ha nem azonnal nyilvánvaló, hogy túlfeszültség okozta.

Ha egy PV modul megsérül, az a sztring kimeneti teljesítményének elvesztését eredményezi. Az inverter károsodása a berendezés nagy részének teljesítményét megszakíthatja vagy korlátozhatja.

Az SPD megfelelő elhelyezésének jelentősége

Túlfeszültség-védelmi hálózatot kell telepíteni a napelemes rendszer egyenáramú és váltakozó áramú elosztó hálózatára a kritikus áramkörök védelme érdekében. A napelemes rendszerben szükséges SPD-k száma a panelek és az inverter közötti távolság függvényében változik.

Az általános telepítési irányelvek a következők:

• A váltakozó áramú vezetékeken túlfeszültség-védelmet kell alkalmazni minden egyes földhöz vezető tápvezetéken.

• Ha a napelemek közötti kábelhossz 10 méter alatt van, egy SPD-t kell telepíteni az inverter, a kombinálódobozok mellé vagy közelebb a napelemekhez.

• A 10 méternél hosszabb egyenáramú kábelezésű telepítéseknél több túlfeszültség-védőre lesz szükség mind az inverter, mind a szolármodulok végén.

• Mikroinverteres lakossági napelemes rendszerben, amely rövid egyenáramú kábelekkel, de hosszabb váltóáramú kábelekkel rendelkezik, SPD-ket kell telepíteni a kombinálódobozba, hogy megvédjék az otthont a tranziens túlfeszültségektől.

SPD-ket kell telepíteni az inverterekre a DC bemenetek és váltóáramú kimenetek védelme érdekében, földelve mind a pozitív, mind a negatív egyenáramú vezetékeket. A kombináló- és vezérlőáramköröket, valamint a felügyeleti és nyomkövető rendszereket védeni kell, hogy megakadályozzák az elektromos árammal való interferenciát és az adatvesztést.

4. Összegzés

Minden napelemes berendezésnek tartalmaznia kell egy szoláris túlfeszültség-levezetőt. A napelemes rendszerek ki vannak téve a villámcsapásból, a hálózat ingadozásából és a belső meghibásodásokból eredő túlfeszültségnek.

A túlfeszültség károsíthatja az invertereket, paneleket, kombinálódobozokat, felügyeleti berendezéseket és energiatároló eszközöket. A károk a berendezés cseréjéhez, a rendszer leállásához, az energiatermelés csökkenéséhez és a bevételkieséshez vezethetnek.

Még ha nem is látható azonnali károsodás, a túlfeszültségek rejtett romlást okozhatnak, ami idővel csökkenti a teljesítményt. Ezeket a hatásokat gyakran összetévesztik gyártási hibákkal.

A szoláris túlfeszültség elleni védelem nem választható, hanem szükségszerű. Az SPD-k telepítése a rendszer egyenáramú és váltóáramú oldalára, megfelelő földeléssel, segít megvédeni a kritikus berendezéseket és fenntartani a megbízható energiatermelést.

A túlfeszültség-védelem minden elektromos szerelésben szükséges elem, de nem helyettesíti a megfelelő villámvédelmi megoldást. Egy komplett villámvédelmi rendszer, amely levegőcsatlakozókat, levezetőket, túlfeszültség-védőket, potenciálkiegyenlítést és földelőrendszert foglal magában, az első védelmi vonal a közvetlen villámcsapás ellen.

A YRO elkötelezett amellett, hogy megbízható túlfeszültség-védelmi eszközöket biztosítson a fotovoltaikus berendezésekhez. Az optimális védelem érdekében mindig vegye figyelembe a helyi előírásokat, olvassa el a gyártó specifikációit, és dolgozzon tanúsított alkatrészekkel.

A megfelelő túlfeszültség-védelem kiválasztása megóvja napelemes befektetését. Megakadályozza a költséges károkat, és megbízható, hosszú távú energiatermelést biztosít.