PV 서지 보호기의 5가지 원리

집 전체의 서지 보호기는 전기 화재 위험을 60% 줄이고, 가전제품을 보호하며, 잠재적인 피해를 $10,000 절약하고 안정적인 전력을 보장합니다.

전압 클램핑

When it comes to surge protection for photovoltaic (PV) systems, an important principle is voltage clamping.  전압 클램핑 – The voltage clamping capability of a surge protector will ensure that the voltage remains within safe limits during transient voltage spikes.  It is important to protect sensitive components of photovoltaic systems from damage.  This feature helps do that.

이러한 전압을 적절히 클램핑하기 위해 우수한 PV 서지 보호기는 MOV(금속 산화물 배리스터)를 사용할 수 있습니다. MOV의 기능은 과전압 상태를 감지하고 저항을 빠르게 줄여 PV 시스템에서 과도한 전압을 방출하는 것입니다.  예를 들어 이로 인해 서지 보호기에 의해 1,500V의 과도 전압 스파이크가 안전한 한계(예: 600V의 마이크로초)로 고정될 수 있습니다.

에너지 흡수
보호 장치가 실패하기 전에 흡수할 수 있는 에너지의 양입니다.  광전지 시스템은 종종 이러한 스파이크의 영향을 받기 때문에 이는 중요한 기능입니다.  광전지 시스템에 사용되는 서지 방지기는 수천 줄의 전기를 전달할 수 있는 낙뢰와 같은 고에너지 이벤트를 처리할 수 있어야 합니다.

일반적인 광전지 서지 보호기는 줄 단위로 측정되는 에너지 흡수 용량을 갖습니다. 즉, 20,000줄 또는 그 근처의 정격 서지 보호기는 심각한 정전 중에 연결된 PV 장비가 손상되지 않도록 충분한 에너지를 흡수합니다.

응답 시간
태양광 발전 시스템에서 SPS의 응답 시간은 장치가 서지 전류에 얼마나 빨리 반응하는지를 결정하기 때문에 매우 중요합니다.  응답 시간이 빠를수록 PV 시스템의 민감한 전자 장치에 대한 보호 수준이 높아집니다.  이상적으로 PV 애플리케이션은 응답 시간이 1나노초 미만인 서지 보호기를 사용해야 합니다.

재료와 기술을 결합한 가스 방전관(GDT)과 과도 전압 억제 다이오드 또는 TVS와 같은 고급 도구를 사용하면 응답 시간이 더 빨라집니다.  무엇보다도 이러한 구성 요소는 나노초 단위로 전압 스파이크에 반응하여 즉시 기기를 보호할 수 있습니다.

다른 보호 장치와의 협력
잘 설계된 PV 시스템의 서지 보호기는 회로 차단기 및 퓨즈와 같은 다른 보호 장치와 함께 작동하여 전체 시스템을 보호하고 어느 장치도 서지로 인해 과도한 부담을 주지 않도록 해야 합니다.

PV 시스템의 서지 보호기를 적절하게 선택하고 배치하면 조정이 이루어집니다.  예를 들어, 서지 보호기를 인버터의 입력 및 출력에 설치하여 전체 범위 보호를 제공할 수 있습니다.  또한, 다른 보호 장치와 비슷한 전압 정격을 갖는 것도 원활한 작동을 위해 서지 보호기에 대한 또 다른 수정이 필요합니다.

에너지 흡수

에너지 흡수
에너지 흡수 is also one of the key aspects of effective surge protection for photovoltaic systems.  Simply put, the principle is that the surge protector is expected to absorb and dissipate the extra energy generated by voltage spikes and keep it from further damaging or affecting your PV system.  High energy absorption levels are necessary to ensure the longevity and reliability of your photovoltaic system

줄 등급 및 표시되는 위치
줄 등급은 서지 보호기가 고장 없이 처리할 수 있는 에너지의 양을 나타냅니다.  줄 등급이 높을수록 실제로 표면이 더 잘 보호됩니다. 특히 전력 서지가 크거나 심각한 지역 사회에 거주하는 경우 더욱 그렇습니다.  이를 관점에서 보면 20,000줄 서지 보호기는 번개(수만 줄의 서지를 생성할 수 있음)와 같은 상당히 강력한 에너지 이벤트를 처리할 수 있습니다.

이와 대조적으로 뇌우가 더 많이 발생하는 지역의 광전지 시스템을 상상해 보십시오.  이는 간단한 물리학적 사실입니다. 번개가 치는 동안 에너지 급증은 빠르게 10,000줄에 도달할 수 있습니다.  전력 등급이 더 높은 서지 보호기는 이 모든 "추가" 에너지를 흡수하여 중요한 자산(광전지 패널, 인버터 등)을 그 영향으로부터 보호합니다.

부품 수명 및 재료 선택
또한 재료 유형에 따라 서지 보호기가 흡수하는 에너지 양이 크게 달라질 수 있습니다.  우수한 서지 보호기에는 MOV(금속 산화물 배리스터), 가스 방전관, 실리콘 애벌런치 다이오드 등이 사용됩니다.  이러한 이유로 MOV는 눈에 띄는 성능 저하 없이 많은 양의 에너지를 반복적으로 흡수하고 소산할 수 있으므로 최선의 선택입니다!

예를 들어, 800V 정격의 MOV(배리스터)로 제작된 서지 보호기는 대량의 고에너지 서지를 견딜 수 있습니다.  이러한 유형의 MOV는 반복되는 펄스를 통해 수천 줄의 에너지를 흡수할 수 있으며 사용되는 시스템이 고위험 위치에 있는 경우 태양광 발전 시스템에 사용하는 것이 좋습니다.  또한 내열성 재료를 사용하면 상황이 아무리 극심하더라도 서지 보호기가 항상 작동 상태를 유지합니다.

최대 ProDesign 및 구성 보호
그러나 진정으로 효과적인 서지 보호를 달성하려면 큰 줄 정격 이상이 필요합니다.  실제로 작업을 올바르게 수행하려면 스마트한 디자인과 적절한 구성이 필요합니다.  우수한 보호 기능을 제공하려면 태양광발전 시스템의 주요 부품에 서지 보호기를 설치해야 합니다.  인버터의 입력단과 출력단에 인버터 서지 보호기와 메인 서비스 보드 서지 보호기를 구성하여 다층 서지 보호 기능을 제공합니다.

예를 들어 상업용 PV 설치의 경우 주 서비스 입구에 20,000줄의 1차 서지 보호기를 지정하고 인버터에 10,000줄 정격의 2차 보호기를 지정할 수 있습니다. "계층형 접근 방식은 또한 SHA에 도입된 1차 보호 장치에 의해 흡수되지 않은 나머지 에너지가 PV 시스템의 모든 구성 요소를 보호하는 2차 보호 장치에 의해 처리되도록 보장합니다."

정기적인 유지보수 및 점검
최적의 에너지 흡수를 위해서는 서지 보호기의 정기적인 유지 관리 및 모니터링이 필수적입니다.  여기서 중요한 점은 서지 보호기가 영원히 지속되지 않는다는 것입니다.  서지와 낙뢰가 몇 년 동안 발생하면 서지 보호기 내부의 구성 요소는 더 이상 효과적이지 않으며 시간이 지남에 따라 성능도 확실히 저하됩니다. 2.) 정기 검사 - 정기 검사 일정을 수립하면 마모된 부품을 더 이상 사용할 수 없게 되기 전에 식별하고 교체하는 데 도움이 됩니다.

예를 들어, 분기별 검사에는 서지 보호기의 상태 표시기를 확인하고 확실한 핫스팟이 있는 MOV를 교체할 때 클램핑 전압을 확인하는 것이 포함될 수 있습니다.  사전 유지 관리를 통해 서지 보호기가 지속적으로 고에너지 서지를 흡수하고 PV 시스템의 수명을 연장할 수 있습니다.

응답 시간

태양광 서지 보호기의 응답 시간은 그 효과에 대한 결정적인 기준입니다.  이는 수문이 열린 후 얼마나 빨리 닫히는지 나타내는 지표로 생각할 수 있습니다.  응답 시간이 짧을수록 PV 시스템의 보호 수준이 높아집니다.

응답 시간이 중요한 이유
태양광 발전 시스템에서 모듈은 전압 서지에 취약합니다.  단 몇 나노초의 지연만으로도 인버터, 패널 및 기타 연결된 장비에 심각한 손상을 초래할 수 있기 때문입니다. 서지 보호기가 그보다 빠르게 반응하지 않는 한, 5나노초 정도 지속되는 일시적인 과전압은 섬세한 전자 부품을 완전히 파괴할 수 있습니다.

파생 단계에 영향을 미치는 요소
서지 보호기의 응답 시간은 내부 구성 요소에 따라 다릅니다.  일반적인 GDT, MOV 및 TVS를 사용합니다. 5. TVS 다이오드는 가장 빠른 응답 시간을 가지며 때로는 피코초 범위에 속합니다.  매우 민감한 전자 부품을 보호하는 데 이상적입니다.

이것을 몇 나노초의 MOV와 비교하십시오. 정오에 실험실 지붕 일몰에서 촬영한 고가의 고품질 삼중 장치 보상 스코프 샷을 사용하여 AN/PVS-7 Cat 3 고글 디스플레이에 캡처된 태양 플레어 영역입니다.  요약하면, 선택할 구성 요소에 대한 최종 결정은 주로 동시에 연결된 장비의 감도를 고려하여 PV 시스템 설정 방법에 따라 달라집니다.

응답 시간 최적화
가능한 한 빨리 불이 붙지 않도록 하십시오.  따라서 가장 효과적인 서지 보호기는 매우 빠른 응답 시간을 갖습니다. 이러한 구성요소를 선택하면 빠른 반응 특성이 제공되며 폭발성 구성으로 배열하면 감지기의 빠른 활성화가 보장됩니다. TVS 다이오드와 MOV의 조합은 아마도 TVDS가 스파이크를 즉시 처리하고 MOV가 나머지를 흡수하기 때문에 아마도 균형을 이룰 것입니다.

예를 들어 중요한 지점에 TVS 다이오드와 MOV가 모두 장착된 광발전 시스템을 생각해 보십시오. TVS 다이오드는 피코초 내에 반응하여 초기 서지를 억제하여 가장 민감한 구성 요소를 보호합니다.  그러면 MOV는 나노초 내에 반응하여 서지 에너지의 대부분을 흡수할 수 있습니다.  이 다계층 보호는 완벽한 보안을 제공합니다.

테스트 및 검증
따라서 서지 보호기 제조업체는 자사 제품이 필요한 응답 시간을 충족하는지 확인하기 위해 일련의 테스트 절차를 수행합니다.  이러한 테스트 중 다수는 서지 보호기가 응답해야 하는 시뮬레이션된 과전압 이벤트를 의도적으로 생성하는 데 중점을 둡니다.  일반적인 테스트는 서지 보호기에 1,000V의 전압 스파이크를 가하고 전압이 얼마나 오랫동안 통과하는지 측정하는 것입니다.

실제 테스트는 정상적인 작동 조건에서 서지 보호기가 어떻게 반응하는지에 대한 가장 유용한 데이터를 제공합니다.  특정 연구 결과에 따르면 TVS 다이오드가 포함된 서지 보호기의 응답 시간은 1피코초 미만입니다.  이는 고속 보호 애플리케이션에 대한 적합성을 입증합니다.

다른 보호 장치와의 조정

다른 보호 장치와의 협력 없이는 태양광 발전 시스템이 전체 스펙트럼을 포괄적으로 보호할 수 없습니다.  효과적인 조정 - 모든 보호 장치가 함께 작동하여 서지 및 오류로부터 전체 시스템을 보호합니다.

회로 차단기는 오류 발생 시 전기 흐름을 차단하므로 태양광 발전 시스템에 중요한 보호 기능을 제공합니다.  이를 위해서는 서지 보호기가 서로의 활성화를 방해하지 않도록 과전류 장치와 쌍을 이루어야 합니다.

퓨즈 단로기와 스위치의 조합
퓨즈 조합 및 분리 연구 스위치는 다른 광전지 시스템의 안전 준비에서 더 중요한 부분입니다. 서지 방지기는 이러한 장치의 정격과 일치해야 합니다. 그렇지 않으면 너무 민감하여 조기에 트리거되거나 너무 느려서 과도한 스트레스를 받게 됩니다.

크로스 레이어 협업 방어
대규모 태양광 발전소에서는 다단계 보호 개념을 사용하는 경우가 많습니다.  이를 위해 여러 개의 서지 보호기가 필요할 수 있으며 예를 들어 다양한 수준에 설치될 수 있습니다.  인버터, AC 및 DC 어레이 결합기 박스 및 주요 서비스 패널로 구성됩니다.  각 개별 보호자는 매우 신중하게 선택되어야 하며 다른 보호자와 협력해야 합니다.

예를 들어, 서비스 패널의 1차 서지 보호기 정격은 40kA인 반면, 인버터와 결합기 박스의 별도 2차 보호기 정격은 20kA일 수 있습니다.  이러한 배열을 통해 초기 보호 장치가 서지의 대부분을 흡수한 다음 남은 에너지가 보조 보호 장치에 떨어지면서 또 다른 보호 수준이 추가됩니다.

호환성 테스트 검증
많은 제조업체에서는 서지 보호기가 다른 보호 장비와 완벽하게 조화를 이루는지 확인하기 위해 호환성 테스트를 수행합니다.  이러한 테스트는 다양한 서지 및 결함 조건을 시뮬레이션하여 보호 장치가 올바르게 응답할 뿐만 아니라 회로 차단기, 퓨즈 또는 회로 차단기의 올바른 작동을 방해하지 않도록 보장합니다.

환경 저항

환경 저항은 광전지 서지 보호기를 설계하고 선택할 때 고려해야 할 또 다른 주요 요소입니다.  수명 주기 전반에 걸쳐 태양광 발전 시스템을 안정적으로 보호하려면 이러한 장치가 매우 가혹한 환경 조건을 견딜 수 있어야 합니다.  환경 저항성은 서지 보호기를 어디에 설치하든 안전하고 올바르게 작동하도록 보장합니다.

비바람 방지 및 진입 보호
연구진은 "태양광 서지 보호 장치는 폭우, 눈, 먼지와 같은 악천후 조건에 자주 노출됩니다"라고 말합니다. 이를 견딜 수 있으려면 높은 IP(Ingress Protection) 등급이 필요합니다.  예를 들어 IP67 등급의 제품은 완전 방진 기능을 갖추고 있어 수심 1m에 30분 동안만 담글 수 있습니다.

예를 들어, 염수분무와 습도가 주요 요인인 해안 지역에 PV 시스템이 설치되어 있다고 가정해 보겠습니다.  서지 보호기는 IP67 등급이며 스테인레스 스틸 부품 또는 UV 방지 플라스틱과 같은 부식 방지 재료로 제작되어 수년 동안 성능 저하 없이 작동할 수 있습니다.

극한의 온도와 열 관리
광전지 시스템용 서지 보호기는 넓은 온도 범위를 견딜 수 있어야 합니다.  더운 여름이든 추운 겨울이든 다양한 조건에서 성능을 발휘해야 합니다.  위의 요인으로 인해 태양광 발전 시스템용으로 설계된 서지 보호기는 일반적으로 -40°C~85°C의 온도 범위에서 작동해야 합니다.

“예를 들어, 이 태양광 발전소가 사막에 위치한다면 일일 기온은 영하에서 40°C 이상까지 올라갈 수 있습니다. 즉, 서지 보호기는 방열판 및 내열 구성 요소를 포함하여 열 관리를 염두에 두고 설계되어 극심한 변화에서도 안정적인 작동을 극대화할 수 있습니다.

소재의 내구성과 수명
서지 보호기를 제조하는 데 사용되는 재료 유형은 환경 보호에 상당한 기여를 합니다.  스테인리스 스틸, 폴리카보네이트 및 특수 처리된 플라스틱과 같은 고품질 소재는 환경에 더욱 강합니다. 이러한 재료가 부식에 강하고 자외선이나 물리적 공격에 영향을 받지 않는 이유는 무엇입니까?

강한 바람과 우박을 받을 수 있는 산악 지역에 위치한 태양광 발전 시스템을 생각해 보십시오.  충격 방지 폴리카보네이트 하우징과 스테인리스 스틸 구성 요소에 내장된 서지 보호기가 악천후로부터 시스템을 보호합니까?

이렇게 하면 유해한 자외선으로부터 당신을 보호할 수 있습니다.
서지 억제기 부품, 특히 장기간 실외 사용을 위해 특별히 제작된 부품은 부식되기 시작하고 UV 방사선에 의해 손상될 수 있습니다.  따라서 이러한 성능 저하를 방지하려면 UV 방지 코팅 및 재료를 사용하여 장비를 보호해야 합니다.

예를 들어, 옥상 태양광 발전 설치용 서지 보호기는 일년 내내 직사광선에 노출되지 않도록 UV 보호되어야 합니다.  또한 이러한 모든 코팅은 자외선으로 인한 손상으로부터 내부 작동을 보호하여 보호 장치가 수명 내내 계속 작동하도록 보장합니다.

환경 기준 충족
서지 방지기는 세계 여러 지역에서 사용할 수 있도록 다양한 환경 표준을 충족하도록 제조업체에서 설계했습니다.  이에 대해 추가 질문이 있으면 알려주시기 바랍니다.  북미의 UL 1449와 국제 시장의 IEC 61643-11은 습도, 온도, UV 노출과 같은 환경 조건에 대한 저항성에 대한 지침을 정의하는 데 사용할 수 있는 표준을 설정합니다.