SPD در منظومه شمسی چیست؟

محبوبیت سیستم‌های انرژی خورشیدی

امروزه، پنل‌های خورشیدی به عنوان یک منبع جایگزین یا حتی اصلی انرژی خانگی، محبوبیت بیشتری پیدا می‌کنند. در چند سال اخیر، تحقیقات مختلفی بر روی چگونگی بهبود راندمان، قابلیت اطمینان و حتی در دسترس بودن پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV) در تمام فصول یا حتی در شب متمرکز شده است. علاوه بر این، از آنجایی که نصب سیستم خورشیدی فتوولتائیک در فضای باز است، باید شرایط آب و هوایی سخت بیرونی، مداخله حیوانات و همچنین رویدادهای الکتریکی مانند نوسانات و صاعقه را نیز تحمل کند.

انرژی خورشیدی در حال تبدیل شدن به گزینه اصلی برای مردم در سراسر جهان برای رفع نیازهای انرژی خود است.

درک SPD DC برای خورشیدی

یک دستگاه حفاظت از نوسانات DC از نوسانات برق در سیستم‌های PV خورشیدی جلوگیری می‌کند. با این حال، برای دقیق‌تر بودن، SPD DC حاوی یک وریستور اکسید فلزی است. بنابراین، هنگامی که یک نوسان در مدار رخ می‌دهد، وریستور اکسید فلزی ولتاژ اضافی را جذب می‌کند و به جریان اجازه می‌دهد از آن عبور کند. از آنجایی که وریستور اکسید فلزی مقاومت بالایی دارد، مدار در اثر جریان آسیب نمی‌بیند. در عوض، هنگامی که نوسان برطرف شد، به عملکرد عادی خود باز می‌گردد. علاوه بر این، این فرآیند تنها در نانوثانیه انجام می‌شود تا هیچ خطری از نوسان در سیستم وجود نداشته باشد.

چرا سیستم‌های خورشیدی به دستگاه‌های حفاظت از نوسانات DC (SPD) نیاز دارند؟

نوسان ولتاژ می‌تواند به دلایل متعددی رخ دهد، مانند صاعقه یا تغییرات داخلی در استفاده از ولتاژ. بنابراین، از آنجایی که سیستم‌های PV خورشیدی مستعد آسیب هستند، نوسانات ولتاژ اجزای سیستم فتوولتائیک (PV) انرژی خورشیدی را از بین می‌برند. این نوسان ولتاژ همچنین سوراخ‌های سوختگی در پنل‌های PV ایجاد می‌کند و اینورترها را تخریب می‌کند. بنابراین، یک دستگاه حفاظت از نوسانات DC می‌تواند از سرریز شدن جریان به مدار جلوگیری کرده و این اجزا را از آسیب دیدن نجات دهد.

هنگامی که یک نوسان برق رخ می‌دهد، سیستم را از کارکرد در سطح بهینه خود باز می‌دارد. گاهی اوقات، اجزای سیستم PV را نیز به شدت خراب می‌کند. بنابراین، هنگامی که یک محافظ نوسان خورشیدی را روی سیستم PV نصب می‌کنید، به سیستم کمک می‌کند تا بدون نوسانات ناگهانی به آرامی کار کند. در نتیجه، سیستم عملکرد بهتری و سازگارتر ارائه می‌دهد.

نوسانات ناگهانی برق باعث می‌شود اجزای سیستم PV با گذشت زمان تخریب شوند. این امر به تدریج امید به زندگی سیستم انرژی خورشیدی را کاهش می‌دهد. بنابراین، یک دستگاه حفاظت از نوسان، سلامت این اجزا را تضمین می‌کند. علاوه بر این، این دستگاه امید به زندگی سیستم انرژی خورشیدی را برای مدت طولانی‌تری افزایش می‌دهد.

از آنجایی که صاعقه به سیستم PV انرژی خورشیدی برخورد می‌کند، می‌تواند به شدت به اینورترها، کنترل‌کننده‌ها یا پنل‌ها آسیب برساند. تعمیر این آسیب‌ها اغلب می‌تواند باعث شود که شما بیش از سرمایه‌گذاری در بلندمدت هزینه کنید. گاهی اوقات، ممکن است نیاز به تعویض این اجزا داشته باشید که بسیار گران است. بنابراین، یک SPD DC اطمینان حاصل می‌کند که شما پول اضافی خرج نمی‌کنید و به شما کمک می‌کند تا در بلندمدت بیشتر پس‌انداز کنید. بنابراین، سرمایه‌گذاری در SPD DC واقعاً ارزش دارد.

حتی کوچکترین افزایش ولتاژ می‌تواند به هر دستگاه الکترونیکی که از یک آرایه پنل خورشیدی برق می‌کشد، در صورت عدم وجود حفاظت از نوسان، آسیب برساند. این جدا از این واقعیت است که هر سرمایه‌گذاری در صرفه‌جویی در انرژی که انجام می‌دهید، بدون محافظت در برابر صاعقه بی‌فایده خواهد بود، زیرا صاعقه یکی از دلایل اصلی از کار افتادن پنل‌های خورشیدی است.

چه اتفاقی می‌افتد وقتی صاعقه به یک سیستم PV خورشیدی برخورد می‌کند؟

صاعقه خطرات قابل توجهی از تخریب کامل یا جزئی مزارع خورشیدی را به همراه دارد، یا بلافاصله از یک برخورد مستقیم یا منجر به آسیب‌های تخریبی از یک برخورد غیرمستقیم می‌شود.

اضافه ولتاژها می‌توانند به روش‌های مختلفی بر نصب سیستم پنل خورشیدی تأثیر بگذارند:

- از برخورد مستقیم به سیستم حفاظت از صاعقه خارجی یک سازه، در نزدیکی آن و حتی به خود نصب PV
- از جریان‌های ناشی از صاعقه که به شبکه الکتریکی توزیع می‌شوند
- از اضافه ولتاژهای منتقل شده از شبکه الکتریکی منشأ جوی (صاعقه) و/یا به دلیل عملیات
- از تغییرات میدان الکتریکی به دلیل صاعقه
- از شبکه، اگر صاعقه به هادی‌های ولتاژ متوسط ​​یا پایین برخورد کند
- از زمین، اگر صاعقه به اینورتر PV نزدیک برخورد کند
- از سمت DC، اگر صاعقه به ماژول‌های PV برخورد کند

هنگامی که صاعقه به یک آرایه پنل خورشیدی برخورد می‌کند، باعث ایجاد یک جریان گذرا القایی در داخل حلقه‌های سیم سیستم می‌شود که منجر به خرابی عایق، پنل‌ها، اینورتر و تجهیزات ارتباطی می‌شود. سایر اجزای داخل سیستم انرژی خورشیدی، مانند جعبه ترکیبی و MPPT (دستگاه ردیاب حداکثر توان)، بیشترین احتمال خرابی را دارند.

برخی از سیستم‌های PV خورشیدی ممکن است در برابر آسیب فیزیکی یا مدار به پنل‌های خود مقاومت کنند. با این حال، کنترل‌های مدار و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی آنها بلافاصله پس از برخورد صاعقه غیرقابل استفاده خواهند بود.

چگونه اضافه ولتاژ سیستم پنل خورشیدی را مختل می‌کند؟

آسیب به سلول‌های خورشیدی:

اضافه بار ولتاژ در مدار به سلول‌های خورشیدی فشار وارد می‌کند. در نتیجه، شروع به گرم شدن بیش از حد می‌کند. در نهایت منجر به سوختن مواد یا آسیب دیدن سلول می‌شود. گاهی اوقات، می‌تواند منجر به آسیب غیرقابل تعمیر به سلول خورشیدی شود. در نتیجه، ممکن است نیاز به تعویض کامل نیروگاه خورشیدی داشته باشید.

ایجاد خطر آتش سوزی:

هنگامی که ولتاژ بیش از حد بار می‌شود، مواد شروع به گرم شدن بیش از حد می‌کنند. گاهی اوقات، گرم شدن بیش از حد می‌تواند باعث انفجار مواد شود. در نتیجه، این امر یک خطر آتش سوزی بزرگ در نیروگاه‌های خورشیدی ایجاد می‌کند. علاوه بر این، از آنجایی که این نیروگاه‌ها با یکدیگر مرتبط هستند، می‌تواند کل سیستم نصب پنل خورشیدی را خراب کند. همچنین می‌تواند جان مردم را به خطر بیندازد.

قطع منبع تغذیه:

اضافه بار ولتاژ از عملکرد مداوم مدار جلوگیری می‌کند. این نوسانات منظم به تدریج نیروگاه خورشیدی را از عملکرد روان باز می‌دارد. در نتیجه، مصرف‌کنندگان عملکرد سیستم کاهش یافته را از طرف خود دریافت می‌کنند. بنابراین، اگر اقدامات مناسب در زمان مناسب انجام نشود، زمان زیادی طول نمی‌کشد تا کل سیستم آسیب ببیند.

چگونه از سیستم خورشیدی با SPD DC محافظت کنیم؟

محافظ نوسان DC خورشیدی با محدود کردن نوسان و ارسال آن به زمین، از کنترل مدار و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی محافظت می‌کند. برخورد صاعقه به یک آرایه پنل خورشیدی باعث ایجاد جریان‌های گذرا القایی در حلقه‌های کابل سیستم می‌شود و به عایق‌ها، پنل‌ها، اینورترها و تجهیزات ارتباطی آسیب می‌رساند. سایر اجزای الکترونیکی در سیستم فتوولتائیک، مانند جعبه ترکیبی و MPPT (دستگاه ردیاب حداکثر توان)، بیشترین احتمال خرابی را دارند. دستگاه حفاظت از نوسان DC با محدود کردن دامنه اضافه ولتاژ و منحرف کردن موج جریان به زمین، حفاظت از نوسان را فراهم می‌کند. این برقگیر DC باید نه تنها در اجزای DC بلکه در اجزای AC نیز نصب شود. تعداد کل SPD DC برای سیستم PV خورشیدی به فاصله بین ماژول‌ها و اینورتر و همچنین تعداد اینورتر و خط DC بستگی دارد.

چگونه SPD DC مناسب برای خورشیدی را انتخاب کنیم؟

تراکم فلاش:

تراکم فلاش صاعقه تعداد برخورد صاعقه به زمین در هر کیلومتر مربع است. این بر اساس یک سال اندازه‌گیری می‌شود. این تراکم فلاش به شما کمک می‌کند تا بدانید چه مقدار صاعقه در یک منطقه خاص رخ می‌دهد. بنابراین، می‌توانید یک SPD DC را بر اساس تعداد فلاش‌هایی که به طور متوسط ​​می‌تواند تحمل کند، انتخاب کنید.

به عنوان مثال، اگر صاعقه در یک منطقه خاص بیش از حد رخ می‌دهد، می‌توانید یک SPD DC نوع 1 را انتخاب کنید، زیرا این دستگاه به طور ویژه برای محافظت از اجزا در برابر برخورد صاعقه طراحی شده است.

دمای عملکرد سیستم:

دمای عملکرد سیستم، حد عملکرد دستگاه است که در آن ممکن است اجزای فیزیکی از کار بیفتند. بنابراین، شما باید دمای عملکرد سیستم SPD DC را که انتخاب می‌کنید، بدانید. یک محدوده عملکرد سیستم بهتر اطمینان حاصل می‌کند که SPD DC با خیال راحت کار می‌کند.

ولتاژ سیستم:

ولتاژ سیستم حداکثر رتبه ولتاژی است که SPD DC در آن کار خواهد کرد. این بدان معناست که اگر جریان بیش از جریان نامی سرریز شود، دستگاه حفاظت از نوسان DC ممکن است تخریب شود. همچنین می‌تواند باعث آسیب دائمی به دستگاه شود. بنابراین، اطمینان حاصل کنید که SPD DC که انتخاب می‌کنید دارای رتبه ولتاژ بالایی است.

به چند محافظ نوسان در یک مزرعه خورشیدی نیاز دارید؟

یک شبکه حفاظت از نوسان باید در سراسر شبکه توزیع برق DC و AC یک سیستم انرژی خورشیدی نصب شود تا از مدارهای حیاتی محافظت شود. تعداد کل SPDs مورد نیاز در یک سیستم PV خورشیدی بسته به فاصله بین پنل‌ها و اینورتر متفاوت است.

ما نصب SPDs را در ورودی‌های DC و خروجی‌های AC اینورترهای یک سیستم PV خورشیدی در حالی که هر دو خط DC مثبت و منفی را زمین می‌کنیم، توصیه می‌کنیم. مدارهای ترکیبی، مدارهای کنترل، سیستم‌های نظارت و سیستم‌های ردیابی نیز باید محافظت شوند تا از تداخل الکتریکی و از دست رفتن داده‌ها جلوگیری شود.

- در خطوط AC، حفاظت از نوسان باید در هر هادی برق به زمین مستقر شود.
- اگر طول کابل بین پنل‌های خورشیدی کمتر از 10 متر باشد، باید 1 SPD توسط اینورتر، جعبه‌های ترکیبی یا نزدیک‌تر به پنل‌های خورشیدی نصب شود.
- در تأسیساتی با کابل‌کشی DC بیش از 10 متر، به محافظ‌های نوسان بیشتری در هر دو انتهای اینورتر و ماژول‌های خورشیدی کابل‌ها نیاز است.
- در یک سیستم انرژی خورشیدی مسکونی با میکرو اینورتر که دارای کابل‌کشی DC کوتاه اما کابل‌های AC طولانی‌تر است، SPDs باید در جعبه ترکیبی نصب شوند تا از خانه در برابر نوسانات گذرا محافظت شود.

اجزای SPD DC برای انرژی خورشیدی چیست؟

انواع مختلفی از مقاومت‌ها از برخورد نوسان به نیروگاه‌های خورشیدی جلوگیری می‌کنند. بنابراین، SPD DC شما می‌تواند حاوی هر یک از این مقاومت‌ها باشد. در اینجا، من در مورد عملکرد داخلی آنها و نحوه جلوگیری از نوسانات برق نوشته‌ام. لطفاً آن را بررسی کنید:

واریستورهای اکسید فلزی:

واریستور اکسید فلزی نوعی مقاومت است که به دستگاه‌های الکتریکی کمک می‌کند از اضافه ولتاژ یا نوسانات برق جلوگیری کنند. این وریستور در ورودی مدار قرار می‌گیرد. این مقاومت تضمین می‌کند که ولتاژ اضافی از مدار اولیه می‌تواند به راحتی گذرا باشد.

با این حال، مقاومت آن بر اساس ولتاژ تغییر می‌کند. این بدان معناست که اگر ولتاژ افزایش یابد، مقاومت کاهش می‌یابد. در نتیجه، جریان در مدار SPD DC بیشتر خواهد بود که به متعادل کردن ولتاژ کمک می‌کند.

لوله های تخلیه گاز:

لوله های تخلیه گاز (GDT) لوله های حفاظت از صاعقه هستند. هنگامی که این لوله افزایش ولتاژ را تشخیص می‌دهد، گاز بی اثر را آزاد می‌کند که به دلیل یونیزاسیون یک کانال با مقاومت کم تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، جریان را به خط زمین منتقل می‌کند. به این ترتیب، لوله تخلیه گاز از نوسانات برق در نیروگاه‌های خورشیدی جلوگیری می‌کند.

مقاومت‌های حساس:

مقاومت‌های حساسی وجود دارند، مانند سرکوب‌کننده‌های ولتاژ گذرا (TVS). این سرکوب‌کننده‌های ولتاژ می‌توانند به سرعت برای گذرا کردن ولتاژ عمل کنند. در ابتدا، هنگامی که دیودهای TVS ولتاژ را در مدار تشخیص می‌دهند، به یک حالت انتقال کم تبدیل می‌شوند. سپس، ولتاژ اضافی را به زمین منتقل می‌کنند. گاهی اوقات، ولتاژ اضافی نیز می‌تواند از طریق دیودهای TVS عبور کند.

آیا یک مزرعه خورشیدی به سیستم حفاظت از صاعقه نیاز دارد؟

حفاظت از نوسان یک جزء ضروری در هر تأسیسات الکتریکی است، اما به هیچ وجه جایگزین یک راه‌حل مناسب حفاظت از صاعقه نمی‌شود.

اگر می‌خواهید از سرمایه‌گذاری خود محافظت کنید، حفاظت از نوسان یک گزینه نیست، بلکه یک ضرورت است، اما اگر می‌خواهید حفاظت کامل و آرامش خاطر داشته باشید، یک سیستم حفاظت از صاعقه می‌تواند تفاوت بین موفقیت و شکست تأسیسات انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ را ایجاد کند.

یک سیستم حفاظت از صاعقه نه تنها از سیستم PV خورشیدی محافظت می‌کند، بلکه حفاظت قابل اعتمادی را برای کل دارایی‌ها و دارایی‌های شما فراهم می‌کند و در عین حال جریان‌های گذرا را با خیال راحت به زمین منحرف می‌کند.

یک راه ساده برای نگاه کردن به حفاظت از صاعقه در مقابل حفاظت از نوسان، این است که حفاظت از نوسان را به عنوان خط دوم دفاع در برابر برخورد غیرمستقیم صاعقه در نظر بگیرید.

در مقابل، یک سیستم حفاظت از صاعقه کامل که شامل ترمینال‌های هوایی (میله‌های صاعقه)، هادی‌های پایین، محافظ‌های نوسان، اتصال هم‌پتانسیل و یک سیستم ارتینگ است، خط اول دفاع در برابر برخورد مستقیم صاعقه است.

نکات قبل از نصب SPD DC برای خورشیدی

- شما باید اطمینان حاصل کنید که SPD که نصب می‌کنید دارای رتبه ولتاژ بالاتری نسبت به رتبه ولتاژ مورد انتظار نیروگاه خورشیدی است.
- شما باید اطمینان حاصل کنید که فضای کافی در محفظه SPD DC وجود دارد تا تجهیزات به درستی نصب شوند و به دلیل اختلال در اتصالات از کار نیفتند.
- اگر قصد دارید بیش از یک SPD DC نصب کنید، اطمینان حاصل کنید که فاصله بین این دستگاه‌های حفاظت از نوسان قابل مدیریت است.

چگونه SPD DC را برای خورشیدی نصب کنیم؟

مرحله 1: اتصال SPD DC به سیستم خورشیدی

ابتدا، باید SPD DC را در مکانی قرار دهید که احتمال نوسان وجود دارد. این مکان می‌تواند بر اساس اندازه کابل در اینورتر یا ماژول‌های خورشیدی باشد. هنگامی که مکان را پیدا کردید، اتصالات الکتریکی سیستم PV پنل خورشیدی را خاموش کنید تا خطر برق گرفتگی در حین کار روی آن کاهش یابد. اکنون، باید کابل‌ها را از ماژول‌های سیستم فتوولتائیک نیروگاه خورشیدی بگیرید و آنها را به ترمینال‌های SPD DC وصل کنید. این ترمینال‌ها می‌توانند شامل پین‌های تک فاز تا پین‌های سه فاز باشند. برای دقیق‌تر بودن، اگر اتصال تک فاز است، باید کابل علامت‌گذاری شده مثبت را به ترمینال مثبت و کابل علامت‌گذاری شده منفی را به ترمینال منفی وصل کنید. آخرین کابل علامت‌گذاری شده PE به خط زمین متصل می‌شود. اکنون، اطمینان حاصل کنید که کابل‌ها به درستی به ترمینال‌ها متصل شده‌اند تا هیچ اتصال شلی وجود نداشته باشد.

مرحله 2: محفظه را انتخاب کنید

ابتدا، یک محفظه را انتخاب کنید که بتوانید SPD DC را در آن قرار دهید. با این حال، شما همچنین می‌توانید محفظه را برای قرار دادن تجهیزات سفارشی کنید. اطمینان حاصل کنید که در جعبه محفظه دریچه‌هایی وجود دارد تا گرما بتواند از جعبه خارج شود.

مرحله 3: SPD DC را وصل کنید

SPD DC را در محفظه قرار دهید. اطمینان حاصل کنید که ترمینال‌ها به درستی در داخل متصل شده‌اند. علاوه بر این، می‌توانید این ترمینال‌ها را به سمت پایین قرار دهید تا هیچ گرد و غباری در اتصالات جمع نشود.

مرحله 4: کابل‌ها را مسیریابی کنید

اکنون، می‌توانید کابل‌های ماژول PV را به محفظه هدایت کنید. علاوه بر این، شما باید از گیره‌های کابل برای ایمن کردن لبه مدار استفاده کنید تا با سایر اجزا تماس نداشته باشد و هیچ خطر احتمالی ایجاد نکند. سپس، می‌توانید محفظه را ببندید.

مرحله 5: سیستم PV را آزمایش کنید

اکنون، می‌توانید سیستم PV را اجرا کنید و بررسی کنید که آیا SPD DC حفاظت کافی در برابر نوسانات ارائه می‌دهد و آیا نیروگاه خورشیدی به خوبی کار می‌کند.

چگونه از SPD DC برای خورشیدی نگهداری کنیم؟

بررسی منظم: شما باید به طور منظم SPD DC را نظارت کنید و اتصالات شل را بررسی کنید. اگر اتصال شلی پیدا کردید، آن را محکم ببندید. علاوه بر این، تجمع گرد و غبار روی کابل‌ها را بررسی کنید. گاهی اوقات، تجمع گرد و غبار می‌تواند سیم‌ها را تخریب کرده و در نهایت به آنها آسیب برساند.

تعویض روتین: هنگامی که SPD DC را بررسی می‌کنید، اطمینان حاصل کنید که همه اجزا تازه و دست نخورده هستند. با این حال، اگر در کابل یا اجزا آسیبی مشاهده کردید، فوراً آن را تعویض کنید.