5 nguyên tắc của thiết bị chống sét PV

Thiết bị chống sét lan truyền cho toàn bộ ngôi nhà giúp giảm 60% nguy cơ cháy điện, bảo vệ các thiết bị, tiết kiệm 10.000 USD tiền bồi thường thiệt hại có thể xảy ra và đảm bảo nguồn điện ổn định.

Kẹp điện áp

When it comes to surge protection for photovoltaic (PV) systems, an important principle is voltage clamping.  Kẹp điện áp – 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.

Để kẹp đầy đủ các điện áp này, thiết bị chống sét lan truyền PV tốt có thể sử dụng biến trở oxit kim loại (MOV). Chức năng của MOV là phát hiện các tình trạng quá điện áp và nhanh chóng giảm điện trở, giải phóng điện áp dư thừa khỏi hệ thống PV.  Ví dụ: điều này có thể dẫn đến hiện tượng tăng điện áp nhất thời 1.500V bị bộ bảo vệ đột biến kẹp ở mức giới hạn an toàn (ví dụ: micro giây là 600V).

Hấp thụ năng lượng
Lượng năng lượng mà người bảo vệ có thể hấp thụ trước khi thất bại.  Đây là một tính năng quan trọng vì hệ thống quang điện thường bị ảnh hưởng bởi những đột biến như vậy.  Thiết bị chống sét lan truyền được sử dụng trên hệ thống quang điện phải có khả năng xử lý các sự kiện năng lượng cao, chẳng hạn như sét đánh có thể cung cấp hàng nghìn joules điện.

Các thiết bị chống sét lan truyền quang điện thông thường có khả năng hấp thụ năng lượng được đo bằng joules. Nói cách khác, thiết bị chống sét lan truyền được định mức ở mức hoặc gần 20.000 joules sẽ hấp thụ đủ năng lượng để đảm bảo rằng thiết bị PV kết nối với nó không bị hỏng khi mất điện nghiêm trọng.

Thời gian đáp ứng
Trong các hệ thống quang điện, thời gian phản hồi của SPS rất quan trọng vì nó quyết định tốc độ phản ứng của thiết bị với dòng điện tăng vọt.  Thời gian đáp ứng càng nhanh thì khả năng bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm hơn trong hệ thống PV càng cao.  Lý tưởng nhất là các ứng dụng PV nên sử dụng bộ bảo vệ đột biến có thời gian phản hồi dưới 1 nano giây.

Kết hợp vật liệu và công nghệ, các công cụ tiên tiến như ống xả khí (GDT) với điốt triệt tiêu điện áp nhất thời hoặc TVS cho phép thời gian phản hồi nhanh hơn.  Điều tuyệt vời nhất là các thành phần này có thể phản ứng với các xung điện áp chỉ trong vài nano giây, bảo vệ các thiết bị ngay lập tức.

Hợp tác với các thiết bị bảo vệ khác
Thiết bị chống sét trong hệ thống PV được thiết kế tốt phải hoạt động cùng với các thiết bị bảo vệ khác, chẳng hạn như cầu dao và cầu chì, để toàn bộ hệ thống được bảo vệ và không có thiết bị nào bị quá tải do đột biến.

Sự phối hợp đạt được thông qua việc lựa chọn và bố trí thích hợp các thiết bị chống sét lan truyền trong hệ thống PV.  Ví dụ, thiết bị chống sét lan truyền có thể được lắp đặt ở đầu vào và đầu ra của biến tần để cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện.  Ngoài ra, việc có mức điện áp tương tự với các thiết bị bảo vệ khác sẽ là một sửa đổi khác của thiết bị chống sét lan truyền để hoạt động trơn tru.

Hấp thụ năng lượng

Hấp thụ năng lượng
Hấp thụ năng lượng 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

Xếp hạng Joule và nơi chúng xuất hiện
Xếp hạng joule cho biết mức năng lượng mà thiết bị chống sét lan truyền có thể xử lý mà không bị hỏng.  Xếp hạng joule càng cao thì bề mặt của bạn thực sự sẽ được bảo vệ tốt hơn, đặc biệt nếu bạn sống trong một cộng đồng có sự đột biến điện lớn hoặc nghiêm trọng.  Để dễ hình dung, thiết bị chống sét lan truyền 20.000 Joule có thể xử lý một sự kiện năng lượng khá mạnh, chẳng hạn như sét đánh (có thể tạo ra sự đột biến hàng chục nghìn Joule).

Ngược lại, hãy tưởng tượng một hệ thống quang điện ở khu vực có nhiều giông bão hơn.  Đó là một thực tế vật lý đơn giản: Khi bị sét đánh, dòng năng lượng có thể nhanh chóng đạt tới 10.000 joules.  Bộ chống sét lan truyền có mức công suất cao hơn sẽ hấp thụ toàn bộ năng lượng "thêm" này, bảo vệ các tài sản quan trọng (tấm quang điện, bộ biến tần, v.v.) khỏi tác động của nó.

Tuổi thọ linh kiện và lựa chọn vật liệu
Loại vật liệu cũng có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể về lượng năng lượng mà thiết bị chống sét lan truyền hấp thụ.  Thiết bị chống sét lan truyền tốt sử dụng biến trở oxit kim loại (MOV), ống xả khí và điốt chống tuyết lở silicon, cùng nhiều loại khác.  Vì lý do này, MOV là lựa chọn tốt nhất vì chúng có thể liên tục hấp thụ và tiêu tán một lượng lớn năng lượng mà không có bất kỳ sự suy giảm đáng chú ý nào!

Ví dụ: một thiết bị chống sét lan truyền được chế tạo bằng MOV (biến trở) có điện áp định mức 800 volt có thể chịu được lượng lớn xung năng lượng cao.  Những loại MOV này có thể hấp thụ hàng nghìn joules năng lượng thông qua các xung lặp đi lặp lại và rất được khuyến khích sử dụng trong các hệ thống quang điện nếu hệ thống được sử dụng nằm ở vị trí có nguy cơ cao.  Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu chịu nhiệt độ cao đảm bảo rằng thiết bị chống sét lan truyền luôn hoạt động cho dù tình huống có khắc nghiệt đến đâu.

Bảo vệ cấu hình và ProDesign tối đa
Tuy nhiên, để đạt được khả năng chống sét lan truyền thực sự hiệu quả đòi hỏi nhiều hơn mức định mức Joule lớn.  Trên thực tế, để hoàn thành tốt công việc đòi hỏi phải có thiết kế thông minh và cấu hình phù hợp.  Nên lắp đặt thiết bị chống sét tại các bộ phận chính của hệ thống quang điện để bảo vệ tốt.  Định cấu hình bộ bảo vệ chống đột biến biến tần và bộ bảo vệ chống đột biến bo mạch dịch vụ chính ở đầu vào và đầu ra của biến tần để cung cấp khả năng chống đột biến nhiều lớp.

Ví dụ: trong quá trình lắp đặt PV thương mại, bạn có thể chỉ định bộ bảo vệ tăng áp chính 20.000 Joule ở lối vào dịch vụ chính và bộ bảo vệ thứ cấp được đánh giá ở mức 10.000 Joule ở biến tần. “Phương pháp phân lớp cũng đảm bảo rằng mọi năng lượng còn lại không được hấp thụ bởi bộ bảo vệ chính được đưa vào SHA sẽ vẫn được xử lý bởi bộ bảo vệ thứ cấp bảo vệ tất cả các thành phần của hệ thống PV.”

Bảo trì và kiểm tra thường xuyên
Để hấp thụ năng lượng tối ưu, việc bảo trì và giám sát thường xuyên các thiết bị chống sét lan truyền là điều cần thiết.  Điểm mấu chốt ở đây là thiết bị chống sét lan truyền không tồn tại mãi mãi.  Sau một vài năm xảy ra hiện tượng tăng vọt điện áp và sét đánh, một bộ phận trong thiết bị chống sét lan truyền sẽ không còn hiệu quả nữa—và hiệu suất chắc chắn sẽ suy giảm theo thời gian. 2.) Kiểm tra định kỳ - Lập lịch kiểm tra định kỳ có thể giúp xác định và thay thế các bộ phận bị mòn trước khi chúng không thể sử dụng được.

Ví dụ: kiểm tra hàng quý có thể bao gồm xác minh chỉ báo trạng thái trên bộ bảo vệ tăng áp và kiểm tra điện áp kẹp khi thay thế bất kỳ MOV nào có điểm nóng rõ ràng.  Bảo trì chủ động đảm bảo rằng thiết bị chống sét lan truyền của bạn tiếp tục có khả năng hấp thụ các xung năng lượng cao và kéo dài tuổi thọ của hệ thống PV.

Thời gian đáp ứng

Thời gian đáp ứng của thiết bị chống sét lan truyền quang điện là tiêu chí quyết định tính hiệu quả của nó.  Nó có thể được coi là một dấu hiệu cho thấy cửa xả lũ đóng lại nhanh như thế nào sau khi mở.  Thời gian phản hồi càng ngắn thì hệ thống PV của bạn càng được bảo vệ nhiều hơn.

Tại sao thời gian phản hồi lại quan trọng
Trong các hệ thống quang điện, các mô-đun dễ bị tăng điện áp.  Bởi vì độ trễ chỉ vài nano giây có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho biến tần, bảng điều khiển và bất kỳ thiết bị được kết nối nào khác. Quá điện áp nhất thời kéo dài chỉ 5 nano giây có thể phá hủy hoàn toàn các linh kiện điện tử mỏng manh, trừ khi bộ bảo vệ đột biến phản ứng nhanh hơn thế.

Các yếu tố ảnh hưởng đến các bước dẫn xuất
Thời gian đáp ứng của thiết bị chống sét lan truyền phụ thuộc vào các thành phần bên trong nó.  Sử dụng GDT, MOV và TVS phổ biến. 5. Điốt TVS có thời gian phản hồi nhanh nhất, đôi khi ở phạm vi pico giây.  khiến chúng trở nên lý tưởng để bảo vệ các linh kiện điện tử cực kỳ nhạy cảm

So sánh điều này với MOV trong vài nano giây - Khu vực ánh sáng mặt trời được chụp trên màn hình kính bảo hộ AN/PVS-7 Cat 3 bằng cách sử dụng phạm vi bù ba đơn vị chất lượng cao đắt tiền của chúng tôi, chụp từ mái nhà phòng thí nghiệm Hoàng hôn vào buổi trưa.  Tóm lại, quyết định cuối cùng về việc lựa chọn thành phần nào phụ thuộc chủ yếu vào cách thiết lập hệ thống PV, có tính đến độ nhạy của thiết bị được kết nối cùng lúc.

Tối ưu hóa thời gian phản hồi
Càng sớm càng tốt, đừng để bắt lửa, hoặc tệ hơn.  Do đó, thiết bị chống sét lan truyền hiệu quả nhất sẽ có thời gian phản hồi rất nhanh. Bản thân việc lựa chọn các thành phần như vậy mang lại đặc tính phản ứng nhanh và sự sắp xếp của chúng trong cấu hình nổ đảm bảo kích hoạt nhanh chóng máy dò. Sự kết hợp giữa diode TVS và MOV có thể cân bằng vì TVDS xử lý xung đột biến ngay lập tức và sau đó MOV hấp thụ phần còn lại.

Lấy ví dụ, một hệ thống quang điện được trang bị cả điốt TVS và MOV tại các điểm tới hạn. Điốt TVS sẽ phản ứng trong vòng vài phần nghìn giây để hạn chế xung điện ban đầu, bảo vệ các thành phần nhạy cảm nhất.  MOV sau đó có thể phản hồi trong vòng nano giây, hấp thụ phần lớn năng lượng của xung điện.  Bảo vệ nhiều lớp này cung cấp bảo mật hoàn toàn.

Kiểm tra và xác nhận
Do đó, các nhà sản xuất thiết bị chống sét lan truyền tiến hành một loạt quy trình thử nghiệm để đảm bảo rằng sản phẩm của họ đáp ứng thời gian phản hồi cần thiết.  Nhiều thử nghiệm trong số này tập trung vào việc cố tình tạo ra các sự kiện quá điện áp mô phỏng mà bộ bảo vệ đột biến phải phản ứng.  Một thử nghiệm điển hình là cho thiết bị chống sét lan truyền tới mức điện áp tăng đột biến 1.000V và đo khoảng thời gian điện áp được phép đi qua.

Thử nghiệm thực tế cung cấp cho chúng tôi dữ liệu hữu ích nhất về cách phản ứng của thiết bị chống sét lan truyền trong điều kiện hoạt động bình thường.  Theo kết quả của một nghiên cứu cụ thể, thiết bị chống sét lan truyền có chứa điốt TVS có thời gian phản hồi dưới 1 pico giây.  Điều này chứng tỏ sự phù hợp của chúng đối với các ứng dụng bảo vệ tốc độ cao.

Phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác

Nếu không hợp tác với các thiết bị bảo vệ khác, hệ thống quang điện không thể đạt được sự bảo vệ toàn diện trên toàn phổ.  Phối hợp hiệu quả – Đảm bảo tất cả các thiết bị bảo vệ hoạt động cùng nhau để bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi sự cố và sự cố.

Bộ ngắt mạch cung cấp sự bảo vệ quan trọng cho hệ thống quang điện vì chúng làm gián đoạn dòng điện trong trường hợp có sự cố.  Điều này sẽ yêu cầu ghép nối bộ bảo vệ tăng áp với thiết bị quá dòng để chúng không cản trở quá trình kích hoạt của nhau.

Kết hợp cầu chì và công tắc
Sự kết hợp cầu chì và công tắc nghiên cứu ngắt kết nối là một phần quan trọng hơn trong việc chuẩn bị an toàn cho các hệ thống quang điện khác. Thiết bị chống sét lan truyền phải phù hợp với xếp hạng của các thiết bị này, nếu không chúng sẽ quá nhạy cảm và kích hoạt chúng sớm hoặc quá chậm và khiến chúng gặp căng thẳng quá mức.

Phòng thủ hợp tác xuyên lớp
Các nhà máy quang điện lớn hơn thường sử dụng khái niệm bảo vệ đa cấp.  Ví dụ, với mục đích này, nhiều thiết bị chống sét lan truyền có thể được yêu cầu và lắp đặt ở các cấp độ khác nhau.  Nó bao gồm bộ biến tần, hộp tổ hợp mảng AC và DC và bảng điều khiển dịch vụ chính.  Mỗi người bảo vệ riêng lẻ cần phải được lựa chọn rất cẩn thận và phối hợp với những người bảo vệ khác.

Ví dụ: bộ bảo vệ đột biến sơ cấp trên bảng dịch vụ có thể được định mức ở mức 40kA, trong khi các bộ bảo vệ thứ cấp riêng biệt trên bộ biến tần và hộp tổ hợp có thể được định mức chỉ ở mức 20kA.  Sự sắp xếp này cho phép bộ bảo vệ ban đầu hấp thụ phần lớn xung điện và sau đó mọi năng lượng còn lại sẽ rơi vào bộ bảo vệ thứ cấp, bổ sung thêm một mức bảo vệ khác.

Xác minh kiểm tra khả năng tương thích
Nhiều nhà sản xuất thực hiện kiểm tra khả năng tương thích để đảm bảo rằng thiết bị chống sét lan truyền sẽ phối hợp hoàn toàn với mọi thiết bị bảo vệ khác.  Các thử nghiệm này mô phỏng nhiều tình trạng đột biến và lỗi khác nhau, cho phép chúng tôi đảm bảo rằng bộ bảo vệ không chỉ phản hồi chính xác mà còn không cản trở hoạt động bình thường của cầu dao, cầu chì hoặc cầu dao.

Kháng môi trường

Khả năng chống chịu môi trường là một yếu tố quan trọng khác cần xem xét khi thiết kế và lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền quang điện.  Để bảo vệ hệ thống quang điện một cách đáng tin cậy trong suốt vòng đời của chúng, các thiết bị này phải có khả năng chịu được một số điều kiện môi trường rất khắc nghiệt.  Khả năng chống chịu môi trường đảm bảo thiết bị chống sét lan truyền của bạn an toàn và hoạt động bình thường cho dù bạn lắp đặt nó ở đâu

Chống thời tiết và bảo vệ lối vào
Các nhà nghiên cứu lưu ý: “Các thiết bị chống sét quang điện thường xuyên phải đối mặt với các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như mưa lớn, tuyết và bụi”. Để có thể chịu được điều này, nó cần có xếp hạng IP (Bảo vệ chống xâm nhập) cao.  Ví dụ: các sản phẩm có xếp hạng IP67 có khả năng chống bụi hoàn toàn và có thể ngâm trong nước ở độ sâu 1 mét chỉ trong 30 phút.

Ví dụ, hãy tưởng tượng rằng một hệ thống PV được lắp đặt ở khu vực ven biển nơi phun muối và độ ẩm là những yếu tố chính.  Thiết bị chống sét lan truyền được xếp hạng IP67 và được làm từ vật liệu chống ăn mòn như các bộ phận bằng thép không gỉ hoặc nhựa chống tia cực tím, cho phép chúng hoạt động trong nhiều năm mà không bị xuống cấp.

Nhiệt độ khắc nghiệt và quản lý nhiệt
Thiết bị chống sét cho hệ thống quang điện cũng phải có khả năng chịu được phạm vi nhiệt độ rộng.  Họ cần phải biểu diễn trong nhiều điều kiện khác nhau, dù là mùa hè nóng bức hay mùa đông lạnh giá.  Do các yếu tố trên, thiết bị chống sét lan truyền được thiết kế cho hệ thống quang điện thường cần hoạt động ở nhiệt độ -40°C-85°C.

“Ví dụ, nếu hệ thống năng lượng mặt trời này được đặt ở sa mạc, nhiệt độ hàng ngày có thể tăng từ dưới mức đóng băng lên trên 40°C. Điều đó có nghĩa là, thiết bị chống sét lan truyền được thiết kế có tính đến khả năng quản lý nhiệt—bao gồm bộ tản nhiệt và các bộ phận chịu nhiệt độ, có thể tối đa hóa hoạt động đáng tin cậy ngay cả trong những thay đổi khắc nghiệt.

Độ bền và tuổi thọ của vật liệu
Loại vật liệu được sử dụng để sản xuất thiết bị chống sét góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường.  Các vật liệu chất lượng cao như thép không gỉ, polycarbonate và nhựa được xử lý đặc biệt có khả năng chống chịu môi trường tốt hơn. Tại sao những vật liệu này có khả năng chống ăn mòn và không bị ảnh hưởng bởi tia UV hay sự tấn công vật lý.

Hãy xem xét một hệ thống quang điện nằm ở khu vực miền núi, nơi nó có thể chịu gió mạnh và mưa đá.  Liệu thiết bị chống sét lan truyền được tích hợp trong vỏ polycarbonate chống va đập và các bộ phận bằng thép không gỉ có còn bảo vệ hệ thống của tôi khỏi thời tiết khắc nghiệt không?

Điều này sẽ bảo vệ bạn khỏi bức xạ UV có hại
Các bộ phận chống sét, đặc biệt là những bộ phận được sản xuất đặc biệt để sử dụng ngoài trời trong thời gian dài, có thể bắt đầu bị ăn mòn và bị hư hỏng do bức xạ tia cực tím.  Vì vậy, thiết bị phải được bảo vệ bằng cách sử dụng lớp phủ và vật liệu chống tia cực tím để ngăn chặn sự xuống cấp này.

Ví dụ, thiết bị chống sét lan truyền cho lắp đặt quang điện trên mái nhà phải được bảo vệ khỏi tia cực tím để tránh tiếp xúc quanh năm với ánh nắng trực tiếp.  Ngoài ra, tất cả các lớp phủ này đều bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi bị hư hại do tia UV gây ra, đảm bảo lớp bảo vệ của bạn tiếp tục hoạt động trong suốt vòng đời của nó.

Đáp ứng tiêu chuẩn môi trường
Thiết bị chống sét lan truyền được các nhà sản xuất thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường khác nhau để có thể sử dụng ở nhiều khu vực khác nhau trên thế giới.  Nếu bạn có thêm bất kỳ câu hỏi nào về những điều này, vui lòng cho tôi biết.  UL 1449 ở Bắc Mỹ và IEC 61643-11 dành cho thị trường quốc tế đặt ra các tiêu chuẩn mà chúng ta có thể sử dụng để xác định các hướng dẫn về khả năng chống chịu với các điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ và tiếp xúc với tia cực tím.