Problematyka zabezpieczeń przetężeniowych ETI Polam

Zasady doboru ograniczników przepięć po stronie DC elektrowni fotowoltaicznej

dodano: 10 kwietnia 2019

Ograniczniki do ochrony odgromowej fotowoltaiki ETITEC M T2 PV 1100 20 Y

Nowa seria ograniczników do ochrony odgromowej
fotowoltaiki ETITEC M T2 PV 1100/20 Y

Systemy i elektrownie fotowoltaiczne PV kojarzą się często tylko z modułami i panelami fotowoltaicznymi PV, jednak typowa elektrownia fotowoltaiczna jest znacznie bardziej technicznie rozbudowana. Jeśli wymienimy jej części składowe, otrzymamy układ jak na rysunku 1. Elektrownia fotowoltaiczna jest złożona z modułów fotowoltaicznych PV, rozdzielnic z zabezpieczeniami DC (przeciążeniowymi i zwarciowymi, ogranicznikami przepięć) przekształtników, rozdzielnic pomiarowych AC – przystosowanych do podłączenia do sieci energetycznej, specjalnych przewodów i elementów łączących, konstrukcji wsporczych itd.

Strona DC – prądu stałego systemu PV

Na ogół elektrownia fotowoltaiczna PV wygląda bardzo prosto. Na dachu budynku umieszczone są moduły fotowoltaiczne PV, w budynku są przekształtniki i rozdzielnice, na budynku jest zamocowana rozdzielnica pomiarowa z licznikiem wyprodukowanej energii, a wszystko to połączone jest dwu – lub czterożyłowymi przewodami, jak pokazano na rysunku 1. Na niebiesko oznaczone są obwody prądu stałego – DC z rozdzielnicami, które zawierają wszystkie zabezpieczenia DC. Zwykle w rozdzielnicach DC zamontowane są aparaty zabezpieczające przed przeciążeniem, zwarciem, ograniczniki przepięć i rozłącznik DC. Główną funkcją aparatów zabezpieczających w rozdzielnicach DC jest ochrona paneli fotowoltaicznych przed zwarciami, przeciążeniami i prądami zwarciowymi wstecznymi, które mogą płynąć przez panele PV, ochrona przed przepięciami – łączeniowymi i wywołanymi wyładowaniami atmosferycznymi. Ponadto rozłącznik DC służy do odłączania paneli PV w przypadku awarii lub prac prowadzonych na części stałoprądowej DC systemu PV. Skupimy się jednak na części związanej z ogranicznikami przepięć.

Części składowe systemu fotowoltaicznego PV

Rys. 1 Części składowe systemu fotowoltaicznego PV

Zabezpieczenie przed przepięciami systemu modułów PV

Ochrona przeciwprzepięciowa to bardzo ważny rodzaj ochrony, którą należy zastosować do części DC systemu modułów PV. Źródłem niebezpiecznych przepięć w systemach PV najczęściej są wyładowania atmosferyczne i przepięcia indukowane w pętlach szeregowo połączonych modułów PV. Na zwiększenie napięcia w systemie PV wpływa również zależność tempraturowa samych modułów PV. Przy obliczaniu poziomu ochrony przed przepięciami, a także przy wyborze typu ochrony przeciwprzepięciowej (typ T1 lub T2) istnieją pewne wytyczne, które zostaną zaprezentowane poniżej.

Prawidłowy dobór napięcia trwałej pracy Uc ograniczników przepięć (SPD)

Tak jak w przypadku doboru zabezpieczenia przetężeniowego, tak i w przypadku ochrony przeciwprzepięciowej przy określaniu UC (maksymalne napięcie trwałej pracy) trzeba wziąć pod uwagę odpowiednie współczynniki korekcyjne. Wg normy EN 50539 oraz wg zaleceń większości producentów ograniczników przepięć (SPD) napięcie UC ogranicznika określone jest zależnością:

Uc ≥ 1,2 x Uoc stc

Spalona rozdzielnica DC

Rys. 2 Spalona rozdzielnica DC

Uoc stc – jest to napięcie na zaciskach nieobciążonego modułu PV (przy jego otwartych stykach) lub rzędu szeregowo połączonych modułów PV w warunkach normalnych testu (Open Circuit voltage under Standard Test Conditions). Warunki normalne testu są zdefiniowane w normie PN-EN 60904-3. Parametr ten można znaleźć w danych technicznynch producenta danego modułu PV.

EN 60904-3 – (gęstość strumienia świetlnego – 1000 W/m2, rozkład widmowy AM 1.5, temperatura 25±2°C).

Przykład W danych technicznych producenta modułów PV podano: Uoc stc = 36V, w rzędzie mamy 24 moduły, to znaczy, że Uoc stc rzędu = 24 x Uoc stc, a więc Uoc stc rzędu wynosi 864 V.

Używając współczynnika korekcyjnego, otrzymamy wartość Uc ogranicznika (maks. napięcie trwałej pracy) do ochrony pierwszego rzędu modułów:

Uc ≥ 1,2 x Uoc stc rzędu, Uc ≥ 1,2 x 864 V = 1036,8 V

To znaczy, że nie można zastosowć ogranicznika (SPD) o napięciu Uc = 1000 V. Należy użyć ogranicznika na napięcie Uc najbliższe, tj. – Uc=1200 V.

Skąd wziął się wspołczynnik korekcyjny 1,2? Napięcie na zaciskach nieobciążonego modułu PV podane jest dla temperatury 25oC, a moduły PV mają charakterystykę napięciową z ujemnym współczynnikiem temperatury. To oznacza, że w niższych temperaturach (zima) napięcie na zaciskach nieobciążonego modułu PV może wzrosnąć nawet o 20%. Konsekwencje nieprawidłowego doboru napięcia Uc ogranicznika – bez zastosowania współczynnika 1,2 – są pokazane na rysunku 2.

Dobór właściwego typu ogranicznika (SPD), Typ 1 (T1) lub Typ 2 (T2) wg PN-EN

W elektrowniach fotowoltaicznych PV, w zależności od ich wielkości, stosuje się dwa typy ograniczników przepięć (SPD). Typ 1 (T1) jest przeznaczony do ochrony przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednim wyładowaniem atmosferycznym w system ochrony – w instalację odgromową zewnętrzną (LPS), a Typ 2 (T2) przed przepięciami spowodowanymi pośrednim wyładowaniem, tj. wyładowaniem w pobliżu chronionego obiektu. Ponieważ energia pochodząca od wyładowania bezpośredniego w system ochrony zwykle jest bardzo duża, to ogranicznik T1 ma wbudowany warystor o większej wytrzymałości, który przeniesie większą energię przy przepływie prądu wyładowczego (10/350μs), i przez to jest droższy. Ogólna zasada jest taka, że w obiektach wyposażonych w zewnętrzną instalację odgromową trzeba stosować ograniczniki T1, a w obiektach bez zewnętrznej instalacji odgromowej możemy stosować tylko ograniczniki T2. Zostają jeszcze do ustalenia szczegóły, które zależą od zestawu systemu PV, długości linii, miejsc zainstalowania ograniczników przepięć itp.

  • A – AC rozdzielnica pomiarowa (z licznikiem)
  • B – DC rozdzielnica (przed przekształtnikiem)
  • C – AC wyjście przekształtnika
  • D – PV rozdzielnica pomiędzy modułami PV a przekształtnikiem

Ogólny schemat systemu modułów fotowoltaicznych PV i ochrony przeciwprzepięciowej

Rys. 3 Ogólny schemat systemu modułów fotowoltaicznych PV i ochrony przeciwprzepięciowej

Przykład 1 System PV bez zewnętrznej instalacji odgromowej

  • W punktach A i B jest SPD T2, bez względu na odległość d1 i d2.
  • Jeżeli d1 > 10 m w punkcie C, należy dodać SPD T2.
  • Jeżeli d2 > 10 m w punkcie D, należy dodać SPD T2.

Przykład 2 System PV z izolowanym systemem zewnętrznej ochrony odgromowej, pomiędzy instalacją odgromową a modułami PV istnieją wymagane zachowane odległości izolacyjne S wg normy IEC62305 (rys. 4).

Przykład izolowanego systemu

Rys. 4 Przykład izolowanego systemu

  • W punkcie A jest, bez względu na odległość d1 i d2, SPD T1, a w punkcie B – SPD T2.
  • Jeżeli d1 > 10 m w punkcie C, należy dodać SPD T1.
  • Jeżeli d2 > 10 m w punkcie D, należy dodać SPD T2.

Przykład 3 System PV z nieizolowanym systemem zewnętrznej ochrony odgromowej, moduły PV i instalacja odgromowa są ze sobą połączone lub nie są zachowane odległości S.

  • W każdym przypadku, bez względu na odległości, muszą być zanstalowane w punkcie A ograniczniki T1, a w punkcie B – w zależności od odległości d2.
  • Jeżeli d2 < 10 m, w punkcie B będzie SPD T2.
  • Jeżeli d2 > 10 m, w punkcie B będzie SPD T1, w punkcie D należy dodać SPD T1.
  • Jeżeli d1 > 10 m, w punkcie C należy dodać SPD T2.

Z powodu własności fizycznych przewodów, zwłaszcza indukcyjności, w czasie wyładowania bezpośredniego lub pośredniego w pętlach przewodów indukuje się napięcie UL = -Ldl/dt , zatem przy projektowaniu ochrony przeciwprzepięciowej należy stosować ogólną zasadę 10 metrów.

W systemach modułów PV z zewnętrzną instalacją odgromową w niektórych sytuacjach na stronie prądu stałego DC można stosować ograniczniki Typ 2 (T2), ponieważ napięcie na stronie DC jest zwykle dużo wyższe od napięcia Uc na stronie prądu przemiennego AC, gdzie używany jest ogranicznik Typ 1 (T1). Zatem w przypadku bezpośredniego wyładowania wcześniej zareaguje ogranicznik przepięć na stronie AC.

Firma ETI Polam oferuje wszystkie potrzebne aparaty zabezpieczające przed przetężeniami i przepięciami do obwodów prądu stałego DC, łącznie z gotowymi rozdzielnicami PV z wyposażeniem. Wyposażenie rozdzielnic PV jest uzależnione od konfiguracji systemu modułów PV, do których są przeznaczone – od liczby modułów PV w łańcuchu, od liczby łańcuchów modułów PV połączonych równolegle, od typu i mocy przekształtnika, od liczby wejść przekształtnika na stronie DC. Na rynku dostępnych jest wiele typów przekształtników, co oznacza, że praktycznie każdy przypadek elektrowni fotowoltaicznej PV wymaga zestawienia odpowiedniej rozdzielnicy DC.

Maciej Gąszczak
Product Manager
ETI Polam Sp. z o.o.

Ograniczniki ETITEC M T2 PV 1100/20 Y marki ETI Polam są możliwe do nabycia na indywidualne zamówienie.
Jeśli jesteś zainteresowany zakupem skontaktuj się ze swoim opiekunem handlowym w Onninen.

Zobacz wszystkie produkty ETI Polam w Onninen

Udostępnij:

Jesteś klientem profesjonalnym?

Uzyskaj niższe ceny z rabatem indywidualnym, dogodne
warunki płatności oraz stałą opiekę handlowca.

Ta witryna korzysta z plików cookies. Możesz wyłączyć ten mechanizm w ustawieniach przeglądarki. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w naszej Polityce cookies