Med den snabba utvecklingen av den globala nya energiindustrin har solceller (PV) blivit en allmänt använd lösning för ren energi för företag, industriparker, kommersiella byggnader och bostadskunder. Jämfört med traditionella distributionssystem installeras dock solcellssystem ofta på hustak, i öppna ytor eller i stora solcellskraftverk, vilket utsätter dem för långvarig exponering för den naturliga miljön, vilket gör dem mer sårbara för blixtnedslag och överspänningar i nätet.
Som tillverkare av överspänningsskydd (SPD) upptäckte vi att många PV-systemfel inte härrör från själva modulerna, utan från transienta överspänningar som skadar växelriktare, övervakningsenheter eller kommunikationssystem. Därför, i modern PV-projektdesign, är överspänningsskydd inte längre valfritt, utan en viktig komponent för att säkerställa säker drift av systemet.
Så varför måste solcellsanläggningar ha överspänningsskydd? Denna artikel kommer att analysera detta utifrån praktisk tillämpning.
1. Fotovoltaiska system är mer mottagliga för blixtnedslag
Till skillnad från konventionell elektrisk utrustning inomhus installeras det mesta av utrustningen i ett PV-system utomhus under långa tidsperioder.
Till exempel:
Solcellsmoduler
Kombinationslåda
Gungsystem
DC-kablar
Inverter
De är vanligtvis placerade i ett stort område och nära byggnadens högsta punkt.
När blixten slår ner kan en kraftig överspänning genereras av elektromagnetisk induktion, även om den inte direkt träffar solcellssystemet.
Denna transienta överspänning fortplantar sig snabbt längs kretsen och påverkar systemutrustningen allvarligt.
Därför är PV-system ett typiskt applikationsscenario med hög blixtrisk.
2. Skydd av kärnutrustning som växelriktare
Växelriktare är ofta en av de mest värdefulla och kritiska enheterna i hela solcellssystemet.
Dess huvudsakliga funktion är att omvandla likström (DC som genereras av PV-aggregatet till växelström och ansluta den till elnätet.
Däremot innehåller växelriktaren ett stort antal sofistikerade elektroniska komponenter.
Till exempel:
IGBT-moduler
Styrkrets
Kommunikationsmodul
Övervakningssystem
Dessa elektroniska komponenter är mycket känsliga för överspänning.
När den väl har påverkats av ökningen kan det leda till:
Systemavstängning
Kommunikationsavbrott
Strömförlust
Skador på utrustning
Att installera överspänningsskydd kan effektivt minska de transienta överspänningarna på växelriktaren.
3. Förhindra skador på PV-moduler och kombinationslådor
Många tror att blixtnedslag bara påverkar växelriktaren.
Faktum är att PV-komponenter och kombinationslådor också är i riskzonen. I synnerhet i storskaliga-markkraftsprojekt:
Stort område med solceller;
Kabellängd
Stor risk att utlösa blixtnedslag
När ökningen går längs DC-linjen kan det leda till:
Försämrad modulprestanda
kombinerarlådor
Förbränningsterminaler
Överspänningsskydd på likströmssidan kan snabbt släppa ut energi innan en överspänning kommer in i enheten, vilket minskar risken för skador.
4. Minska systemets stilleståndstid och kraftproduktionsförluster
För kommersiella och industriella solcellsprojekt innebär systemavbrott direkt ekonomisk förlust.
Till exempel:
Minskade kraftproduktionsintäkter
Produktionsstörningar
Ökade underhållskostnader
Om kritisk utrustning skadas av en överspänning tar reparation och utbyte ofta lång tid.
När en överspänning inträffar reagerar SPD snabbt för att begränsa överspänningen till ett säkert område.
Detta hjälper till att förbättra kontinuiteten i systemet och minska risken för oväntade driftstopp.
5. Solceller är i riskzonen i både AC och DC
Jämfört med vanligt kraftsystem är solcellssystemet mer unikt i strukturen.
Det inkluderar:
DC sida
Inkluderar:
Solcellsmoduler
Solcellssträngar
Kombinationslåda
Inverteringång
Kommunikerande sida
Inkluderar:
Inverter Output
Fördelningsskåp
Genereringssystem för anslutet elnät
Åskväder kan komma in i systemet från både DC- och AC-sidan.
Därför kräver en komplett solcellslösning för åskskydd vanligtvis:
DC SPD
AC SPD
Dubbelt skydd.
Detta skapar ett helt system av skydd.
6. Överensstämmelse med industri- och tekniska specifikationer
Med den ökande regleringen av solcellsindustrin kräver fler och fler länder och regioner att projekt ska utrustas med överspänningsskydd.
Särskilt:
Kommersiella och industriella solcellsprojekt
Stora markinstallerade-kraftverk
Solceller i offentliga byggnader
På designstadiet är det vanligtvis nödvändigt att överväga:
Blixtriskbedömning
SPD-konfigurationsschema
Design av jordsystem
Standardkraven bidrar inte bara till att förbättra systemsäkerheten, utan förbättrar också acceptansgraden för projektet.
7. Skydd av övervaknings- och kommunikationssystem
Moderna solcellsanläggningar är inte bara beroende av driften av kraftgenereringsutrustning, utan kräver också ett stort antal intelligent övervakningsutrustning.
Till exempel:
Datainsamlingsenheter
Miljöövervakningssystem
Kommunikationsmodul
Fjärrövervakningsplattformar
Dessa enheter använder vanligtvis låg-elektronik.
De är mer känsliga för överspänningar än elektrisk utrustning.
Därför skyddar överspänningsskydd inte bara själva kraftgenereringssystemet, utan skyddar också den stabila driften av hela övervakningsnätverket.
8. Förbättring av systemets totala avkastning på investeringen
Ur projektinvesteringssynpunkt är kostnaden för överspänningsskydd vanligtvis en liten bråkdel av den totala investeringen i solcellssystem.
Men värdet de tillför är enormt.
Inkluderar:
Minska risken för skador på utrustningen
Lägre underhållskostnader
Öka systemtillgängligheten
Förlängning av utrustningens livslängd
Förbättring av stabiliteten i inkomsterna från elproduktion
Rimlig SPD-konfiguration är en kostnadseffektiv-investering för solcellsanläggningar med en designlivslängd på mer än 20 år.
Varför betonar fler och fler solcellsprojekt SPD-konfigurationer?
Med den ökande intelligensnivån hos växelriktaren och den växande omfattningen av fotovoltaiska kraftverk ökar också värdet på utrustningen och systemets komplexitet.
I händelse av överspänningsskador kommer det inte bara att orsaka ett enstaka utrustningsfel, utan också påverka driften av hela anläggningen.
Som ett resultat av detta införlivar fler och fler projekt överspänningsskydd i sin övergripande design från de tidigaste byggskedena.
Överspänningssparare (SPD) har blivit lika viktiga för moderna solcellssystem som strömbrytare och säkringar.
Slutsats:
PV-system fungerar utomhus under lång tid och möter risker som blixtnedslag, nätfluktuationer och inducerade överspänningar. Att installera överspänningsskydd skyddar inte bara växelriktare, solcellskomponenter och övervakningsutrustning från överspänningsskador, utan minskar också stilleståndstiden, minskar underhållskostnaderna och förbättrar den långsiktiga-tillförlitligheten för kraftgenereringssystem. Korrekt konfigurering av AC sidoöverspänningsskydd har blivit ett kritiskt steg för ägare som vill säkerställa säker drift och avkastning på investeringen för PV-projekt.
FAQ Behöver PV-system överspänningsskydd?
För de flesta PV-projekt rekommenderas att specialutsläppsanordningar installeras, särskilt i utomhussystem och områden med hög blixtaktivitet.
Hur många SPD kräver ett PV-system?
Överspänningsskydd behöver vanligtvis installeras på både DC- och AC-sidan för att bilda ett komplett skyddssystem.
Kan överspänningsskydd förhindra direkta blixtnedslag?
SPD (Sustaining Voltage Detectors) används främst för att begränsa överspänningar orsakade av blixtnedslag. Direkt åskskydd kräver också användning av åskledare och jordningssystem.
Varför är fotovoltaiska växelriktare mottagliga för stora vågor?
Växelriktare innehåller många elektroniska komponenter som är mycket känsliga för transienta överspänningar och därför kräver centraliserat skydd.
Kan SPD fortsätta att skydda utrustning efter fel?
Nej. Systemet bör bytas ut omedelbart efter utgång eller felfunktion. Annars kommer systemet att förlora sin effektiva överspänningsskyddsförmåga.