太陽能系統(tǒng)在電力干擾下的脆弱性

由于太陽能/光伏系統(tǒng)規(guī)模龐大、投資巨大且可能對人類安全造成風(fēng)險(xiǎn)，因此需要仔細(xì)規(guī)劃和管理。太陽能和光伏系統(tǒng)通常遠(yuǎn)離住宅區(qū)，設(shè)施保護(hù)措施通常很少。遠(yuǎn)程定位加上它們經(jīng)常被安置在樹林和山脈之間，增加了它們遭受雷擊和瞬時(shí)過壓等自然災(zāi)害的危險(xiǎn)。

太陽能系統(tǒng)會給電網(wǎng)帶來諧波失真，導(dǎo)致過熱、傳輸損耗增加和通信系統(tǒng)干擾，從而導(dǎo)致設(shè)備故障、效率降低和電能質(zhì)量中斷。缺乏外殼會使太陽能電池板暴露在暴雨和極端溫度等惡劣條件下，這會影響其效率和壽命。再加上冰雹、野火和極端天氣條件等自然災(zāi)害的影響，太陽能發(fā)電廠更容易受到損壞和性能問題的影響。

光伏電站和屋頂未受保護(hù)的潛在后果

未能保護(hù)太陽能系統(tǒng)免受電過壓影響的最嚴(yán)重后果是設(shè)備遭受不可挽回的損壞。缺乏保護(hù)可能導(dǎo)致整個(gè)連接系統(tǒng)完全關(guān)閉。診斷和修復(fù)系統(tǒng)所需的檢查可能既耗時(shí)又麻煩。即使成功識別出問題，唯一可行的解決方案可能是更換整套受影響的設(shè)備。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體或光伏電池等元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會因過高的電壓尖峰而受到永久性損害。

另一個(gè)重要的考慮因素是整個(gè)太陽能系統(tǒng)的完整性。如果組件因過壓而損壞，即使部分修復(fù)，它們也可能不再與系統(tǒng)的其余部分兼容。此外，嘗試修復(fù)損壞的組件可能會對保修和安全標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生影響。如果設(shè)備被篡改或在授權(quán)渠道之外維修，許多制造商都會取消保修。

太陽能SPD與太陽能斷路器的區(qū)別

太陽能浪涌保護(hù)器和直流斷路器均旨在緩解電氣干擾并保護(hù)光伏系統(tǒng)免于停機(jī)和故障。但它們在處理過電流的方法上有所不同。

什么是太陽能/直流/光伏 SPD？

太陽能/直流/光伏 SPD 旨在保護(hù)太陽能系統(tǒng)免受電壓浪涌和尖峰的影響，這些浪涌和尖峰通常由雷擊或電網(wǎng)波動引起。其工作原理是限制過電壓的幅度并將過量電流轉(zhuǎn)移到地面。太陽能電涌保護(hù)裝置使用金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 或氣體放電管 (GDT) 等設(shè)備將過大的電壓從敏感元件轉(zhuǎn)移出去。

什么是太陽能斷路器？

另一方面，太陽能斷路器（通常稱為 PV 斷路器）通過在必要時(shí)跳閘和切斷電源來防止過流情況。它們可重復(fù)使用，通常安裝在 PV 系統(tǒng)的直流側(cè)。它們可檢測過大的電流，例如在短路或過載的情況下，并以機(jī)械方式中斷電路以防止損壞。光伏斷路器通常安裝在控制面板或機(jī)柜中，用于保護(hù)電路和連接設(shè)備。在太陽能電力系統(tǒng)中，直流斷路器起雙重作用。在直流側(cè)，它們可防止太陽能電池板過載；在交流側(cè)，它們可保護(hù)逆變器和建筑物的電力系統(tǒng)。此外，斷路器還可以在停電或維護(hù)期間將太陽能光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開。主回路采用鍍銀觸點(diǎn)，連接穩(wěn)定，并配有由帶有移動芯的磁鐵驅(qū)動的閉合機(jī)構(gòu)，有助于實(shí)現(xiàn)精確接合。過流保護(hù)由一個(gè)具有層壓電樞和彈簧桿的設(shè)備提供，用于設(shè)置跳閘閾值。當(dāng)檢測到過大電流時(shí)，磁芯會觸發(fā)快速關(guān)閉，防止損壞。

太陽能電涌保護(hù)裝置與太陽能斷路器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

● 響應(yīng)時(shí)間和靈敏度：SPD 對處理瞬態(tài)過電壓具有非?？斓捻憫?yīng)時(shí)間。太陽能斷路器對過電流情況做出反應(yīng)，但這可能不像 SPD 處理的電壓尖峰那樣直接。

● 安裝靈活性：可在太陽能系統(tǒng)的多個(gè)點(diǎn)安裝SPD，提供全面保護(hù)。直流斷路器通常安裝在配電盤中。

● 環(huán)境考慮：SPD 可延長太陽能設(shè)備的使用壽命，減少浪費(fèi)。

缺點(diǎn)

● 價(jià)格：SPD 可能比太陽能斷路器更昂貴，尤其是考慮到太陽能系統(tǒng)中需要多層保護(hù)時(shí)。

● 系統(tǒng)集成和復(fù)雜性：雖然 SPD 專門用于浪涌保護(hù)，但需要仔細(xì)選擇和安裝，以支持與太陽能系統(tǒng)的電壓和浪涌電流要求的兼容性。另一方面，太陽能斷路器更易于集成，因?yàn)樗鼈冎饕糜诜乐惯^流情況。

● 耐用性和壽命：SPD 在吸收重要電涌后可能需要更換，而斷路器通常無需更換即可重置。

● 系統(tǒng)集成和復(fù)雜性：SPD 需要仔細(xì)集成才能滿足系統(tǒng)的電壓和電涌要求，這增加了復(fù)雜性。太陽能斷路器通常更容易集成到電氣系統(tǒng)中。

太陽能 SPD 如何保護(hù)您的光伏系統(tǒng)

浪涌保護(hù)裝置 (SPD) 對于保護(hù)光伏 (PV) 系統(tǒng)免受雷擊、電網(wǎng)干擾或內(nèi)部故障引起的電涌影響至關(guān)重要。如果沒有 SPD，逆變器和控制器等敏感組件可能會受損，從而導(dǎo)致昂貴的維修和停機(jī)。SPD 根據(jù)安裝和保護(hù)級別分為多種類型。1 型 SPD 可防止電網(wǎng)連接處的直接雷擊，而 2 型 SPD 可處理配電板上的低能量浪涌。3 型 SPD 可在逆變器等組件附近提供局部保護(hù)。關(guān)鍵元件包括金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)、氣體放電管 (GDT) 和瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 二極管，它們共同作用吸收和轉(zhuǎn)移多余的能量，確保電氣事件期間的系統(tǒng)安全。

如何為太陽能系統(tǒng)選擇合適的電涌保護(hù)器和直流斷路器？

選擇正確的電涌保護(hù)裝置

為了有效地保護(hù)您的光伏 (PV) 系統(tǒng)免受電涌影響，選擇合適的浪涌保護(hù)裝置 (SPD) 非常重要。該過程需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵因素。首先，您需要了解您所在地區(qū)的雷電密度，這有助于確定所需的保護(hù)級別。對于一般的光伏電站電涌防護(hù)，系統(tǒng)的直流側(cè)和交流側(cè)都應(yīng)安裝特定類型的電涌防護(hù)裝置，至少一側(cè)包含多個(gè)SPD，以提供分層防護(hù)。

考慮到系統(tǒng)規(guī)模及整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)連接的電纜線路長度，建議直流光伏系統(tǒng)安裝分層SPD保護(hù)。通常，如果太陽能電池板和逆變器之間的電纜長度小于 10 米，則可以在逆變器附近安裝直流光伏浪涌保護(hù)器 DC SPD T1+T2 TRS3-C40。對于較長的電纜長度（超過 10 米），請?jiān)谔柲茈姵匕逑浠騾R流箱附近安裝額外的 SPD。

在逆變器后安裝 T2 TRS2 AC SPD 系列以保護(hù)交流電輸出?？紤]在服務(wù)入口處安裝主電涌保護(hù)器以保護(hù)整個(gè)電氣系統(tǒng)。

此外，SPD 必須與系統(tǒng)的工作溫度、電壓和短路電流額定值兼容。了解是否需要針對直接或間接雷擊進(jìn)行保護(hù)也很重要，同時(shí)了解標(biāo)稱放電電流，這表明 SPD 處理浪涌的能力。

選擇合適的太陽能斷路器：

環(huán)境溫度：在光伏系統(tǒng)中，電纜通常安裝在室外，室外溫度通常高于室內(nèi)。環(huán)境溫度升高會降低斷路器的載流量，這意味著它能處理的電流小于其標(biāo)稱額定值。因此，選擇在這些條件下能有效運(yùn)行的斷路器至關(guān)重要。

斷路器相互加熱：在多個(gè)逆變器同時(shí)輸入最大電流的系統(tǒng)中，相鄰的斷路器可能會更快升溫，從而導(dǎo)致過早跳閘。為了降低發(fā)生這種情況的可能性，應(yīng)在各個(gè)太陽能斷路器之間保持較大的間隙，以確保足夠的散熱?；蛘?，使用額定值更高的斷路器或增加斷路器之間的距離可以防止過熱。

熱損失校正系數(shù)：太陽能斷路器的技術(shù)數(shù)據(jù)通常包括熱損失校正系數(shù)。例如，一排九個(gè)設(shè)備可能具有 0.77 的校正系數(shù)。這意味著 50A 斷路器實(shí)際上會像 38.5A 斷路器一樣工作（50A x 0.77）。如果降低的容量不夠，則應(yīng)使用額定值更高的斷路器。此外，請確保連接電纜具有適當(dāng)?shù)妮d流能力，以防止過熱。

其他注意事項(xiàng)

電纜容量：確保所用電纜能夠處理降額電流。如果不能，請考慮升級為橫截面積更大的電纜。

斷路器間距：增加太陽能斷路器之間的距離可以幫助更有效地散熱，防止意外跳閘。為太陽能電池板系統(tǒng)選擇斷路器時(shí)，必須考慮設(shè)置的具體要求。以下是一些一般準(zhǔn)則：

100 瓦太陽能電池板：通常需要 15 安培斷路器。

200 瓦太陽能電池板：通常需要 30 安培斷路器。

一般經(jīng)驗(yàn)法則是選擇額定功率為系統(tǒng)總瓦數(shù) 1.25 到 1.5 倍的太陽能斷路器。光伏 (PV) 斷路器有額定電壓為 600 和 1000Vdc 的型號，可選擇 80% 或 100% 的額定容量。了解這兩個(gè)額定容量之間的區(qū)別對于優(yōu)化您的 PV 系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

80% 額定斷路器

對于 80% 額定斷路器，光伏源電路的總載流量使用降額系數(shù) 1.56 計(jì)算，涉及多步驟過程：短路電流（Isc）計(jì)算：從模塊的 Isc 開始。第一次降額：將 Isc 乘以 1.25，以解決潛在的過流情況。第二次降額：將結(jié)果再次乘以1.25，以確保安全裕度。并聯(lián)串?dāng)?shù)調(diào)整：最后乘以并聯(lián)串?dāng)?shù)。這種方法提高了斷路器處理最大預(yù)期電流的能力，不會過熱或過早失效。但是，它要求斷路器尺寸過大，這會導(dǎo)致框架尺寸更大、導(dǎo)體更粗，外殼可能也更大，從而增加成本并降低系統(tǒng)效率。

100% 額定斷路器

相比之下，100% 額定斷路器的優(yōu)勢在于可以充分利用其全部銘牌容量。光伏源電路的總載流量使用更簡單的降額系數(shù) 1.25 來計(jì)算：短路電流 (Isc) 計(jì)算：從模塊的 Isc 開始。降額：將 Isc 乘以 1.25 以考慮潛在的過流情況。并聯(lián)串調(diào)整：將結(jié)果乘以并聯(lián)串的數(shù)量。能夠使用直流斷路器的全部容量意味著您可以潛在地減少所需的載流量、框架尺寸、導(dǎo)體尺寸甚至外殼尺寸，從而可以節(jié)省成本并實(shí)現(xiàn)更緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

太陽能 SPD 和光伏斷路器的安裝和接線

對于包含外部防雷系統(tǒng) (LPS) 的安裝，SPD 要求取決于 LPS 等級以及 LPS 與 PV 系統(tǒng)之間的間隔距離。國際電工委員會 (IEC) 62305-3 為這些間隔距離提供了指導(dǎo)方針，以支持正確安裝 SPD 以提供最佳保護(hù)。

同樣重要的是，SPD 的電壓保護(hù)水平應(yīng)至少比終端設(shè)備的介電強(qiáng)度低 20%，以防止浪涌期間的損壞。此外，SPD 的短路耐受電流應(yīng)大于太陽能電池陣列的短路電流，以安全處理潛在故障。雷擊會對光伏系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p壞，尤其是逆變器，而逆變器通常是最昂貴的組件。因此，在交流和直流線路上正確安裝 SPD 是防止此類損壞的關(guān)鍵。在直流側(cè)，光伏系統(tǒng)具有獨(dú)特的電流和電壓特性，需要專門為直流應(yīng)用設(shè)計(jì)的專用 SPD。所選的 SPD 必須能夠處理光伏系統(tǒng)典型的非線性電流和長期電弧持續(xù)性。在交流側(cè)，浪涌保護(hù)同樣重要，SPD 應(yīng)專門針對交流應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提供最佳保護(hù)和使用壽命。

安裝 SPD 時(shí)，遵循特定準(zhǔn)則至關(guān)重要。SPD 應(yīng)始終安裝在其所保護(hù)設(shè)備的上游。關(guān)鍵安裝值包括最大連續(xù)工作電壓（即 SPD 激活時(shí)的電壓）和電壓保護(hù)水平（必須低于設(shè)備的過壓類別）。標(biāo)稱放電電流也很重要，因?yàn)樗硎?SPD 可以承受的波形峰值。對于帶有集成保險(xiǎn)絲盒的逆變器，應(yīng)繞過內(nèi)部保險(xiǎn)絲，并連接外部串保險(xiǎn)絲。對于戶外應(yīng)用，SPD 應(yīng)安裝在逆變器外部的 NEMA 3R 型或更高級別的外殼中，并且 SPD 電纜應(yīng)盡可能短（小于 2.5 米）以實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)。最后，對于具有多個(gè)最大功率點(diǎn) (MPP) 跟蹤器的逆變器，規(guī)劃 SPD 組合是必要的。每個(gè)輸入都應(yīng)該有一個(gè)可靠的 SPD，特別是如果它與串二極管熔斷。

計(jì)算太陽能光伏系統(tǒng)中的太陽能斷路器

計(jì)算太陽能斷路器的尺寸涉及一個(gè)簡單的過程。逆變器的最大連續(xù)輸出電流乘以安全系數(shù)，以確定所需的斷路器尺寸。例如，如果逆變器的最大輸出電流為 30A，則將其乘以 1.25 可得到 37.5A。然后將該值四舍五入為最接近的標(biāo)準(zhǔn)斷路器尺寸，通常為 40A 斷路器。