Od redakcji 4/2018

Ei4 I oklSzanowni Państwo,

zachęcam do sięgnięcia po 4 zeszyt „Elektroinstalatora”. Przygotowaliśmy w nim wiele ciekawych informacji.

Najtańszym sposobem przesyłu energii elektrycznej jest budowa napowietrznych linii przesyłowych z wykorzystaniem przewodów roboczych gołych (nieizolowanych).

Więcej…

Aparatura firmy NOARK do zabezpieczania instalacji fotowoltaicznych

Instalacje fotowoltaiczne stają się coraz powszechniej używanymi alternatywnymi źródłami energii elektrycznej. Specyficzne wymagania w porównaniu do innych aplikacji prądu stałego wymuszają rozwój nowej generacji urządzeń DC, współpracujących z tego typu instalacjami.

 

Istnieją trzy główne różnice pomiędzy aplikacją fotowoltaiczną a innym tradycyjnym systemem DC. Pierwsza z nich związana jest z wyższym napięciem, zwykle dla instalacji fotowoltaicznych jest to 400-1000 V DC. Kolejna różnica wynika z faktu, iż prąd zwarciowy modułów fotowoltaicznych jest bliski ich prądowi znamionowemu. Ostatnią i najważniejszą różnicą jest zmiana polaryzacji prądu płynącego przez wyłącznik lub rozłącznik podczas nieprawidłowej pracy systemu PV. Wszystkie te trzy kwestie stawiają zupełnie nowe wymagania dotyczące projektowania, budowy i działania elementów DC, takich jak wyłączniki lub rozłączniki.

 

Zasada działania systemu fotowoltaicznego

Systemy fotowoltaiczne ze względu na różne parametry można podzielić na kilka grup. Podstawowym podziałem jest sposób połączenia systemu PV z odbiorcą energii. Istnieją dwa rodzaje rozwiązań – system podłączony do sieci (on grid) oraz system autonomiczny (off grid). Z technologicznego punktu widzenia nie ma między nimi prawie żadnej różnicy w części DC całego systemu PV (tylko jeden system może wymagać uziemienia). Główna różnica pomiędzy tymi systemami opiera się na inwerterze, przekształcającym prąd stały DC na prąd przemienny AC. Systemy off grid są zaopatrzone w akumulator, dzięki czemu wytworzonej energii nie trzeba natychmiast wykorzystywać. Schemat ideowy systemu PV podłączonego do sieci jest przedstawiony na rys. 1.

 

2013-10-63-1

Rys. 1. Schemat ideowy systemu PV podłączonego do sieci

 

Pierwszym elementem każdego systemu PV jest oczywiście zestaw modułów fotowoltaicznych. W zależności od całkowitej mocy zainstalowanej poszczególne moduły mogą być połączone szeregowo, tworząc tzw. łańcuchy (ang. strings) lub inaczej rzędy, albo równolegle celem zwiększenia prądu (w konsekwencji mocy). Obecnie moduły są najczęściej wykonywane z krzemu polikrystalicznego. Ten typ zapewnia najlepszą relację ceny do jakości, zachowując jednocześnie wysoką wydajność. Dostępne są również moduły monokrystaliczne. Ich główną zaletą jest wysoka wydajność, jednak wyższa cena sprawia, że nie są popularne. Ostatnią najnowszą technologią są ogniwa cienkowarstwowe, których głównymi zaletami są niska waga oraz dostępność w różnych rozmiarach.

Druga część systemu PV to urządzenia zabezpieczające i kontrolujące. Są to zabezpieczenia nadprądowe (wyłączniki, bezpieczniki), rozłączniki oraz ograniczniki przepięć. W dużych aplikacjach fotowoltaicznych może być także stosowany system kontrolujący lub pomiarowy. Konfiguracja urządzeń zależy od rozmiaru systemu, liczby rzędów, ich połączenia oraz innych wymagań. Urządzenia te są zazwyczaj instalowane w specjalnych obudowach DC (string box, combiner box, array box, junction box), a w dużych systemach mogą być częścią głównego inwertera.

Ostatnim segmentem części stałoprądowej systemu jest inwerter. Przetwarza on prąd stały na prąd przemienny. Inwertery można podzielić ze względu na wielkość mocy wejściowej i wyjściowej, liczbę faz po stronie wyjścia, typ zastosowanego systemu – uziemiony lub nieuziemiony, system połączony z siecią lub działający autonomicznie.

 

Zabezpieczenia nadprądowe po stronie prądu stałego systemu fotowoltaicznego

Pierwszym zagadnieniem, o którym należy pamiętać przy projektowaniu systemu PV jest cel stosowania zabezpieczeń nadprądowych. Będzie on różny przy zabezpieczaniu pojedynczego rzędu oraz przy zabezpieczaniu wielu rzędów połączonych równolegle.

Typowe prądy zwarciowe w systemach fotowoltaicznych są tylko o ok. 10% większe od znamionowej wartości prądu modułów. Jest to zjawisko zdecydowanie odmienne od jakiegokolwiek standardowego systemu DC lub AC. Znacznie utrudnia to ochronę instalacji, ponieważ nie ma urządzeń zabezpieczających, które przy tak niewielkim wzroście prądu zadziałałyby natychmiastowo.

Najczęstszym powodem zwarcia modułów (rzędu) jest przebicie elektryczne. Uszkodzony moduł lub rząd nie produkuje wtedy energii elektrycznej, natomiast przewodzi prąd elektryczny. Moc wyjściowa inwertera jest wtedy najczęściej zerowa, ponieważ napięcie jest zbyt niskie i nie mieści się w zakresie, w którym inwerter może poprawnie pracować. Kolejnym problemem, zwłaszcza w przypadku dużej liczby połączeń równoległych rzędów (prądy rzędów się sumują), jest duże przeciążenie przewodów łączących uszkodzony rząd z innymi.

Prąd znamionowy i charakterystyka wyzwalania urządzenia zabezpieczającego zależą od parametrów modułów w danym rzędzie. Aparaty z jednej strony muszą prawidłowo zabezpieczać instalację, a z drugiej umożliwiać jej pracę w przypadku braku zakłóceń. Głównym parametrem modułu fotowoltaicznego jest prąd znamionowy Impp. Wartość tego prądu musi być mniejsza od wartości prądu zadziałania urządzenia ochronnego.

Jaka powinna być zatem wartość prądu zadziałania zabezpieczenia? Istnieją dwie wytyczne do projektowania:

  • pierwsze rozwiązanie podane jest w normie IEC 62548-1, która określa, że prąd wyzwolenia powinien zawierać się w przedziale 1,4-2,0 prądu zwarcia ISC modułu. Aby spełnić to wymaganie, należy znać charakterystykę czasowo-prądową zastosowanego urządzenia zabezpieczającego;
  • drugie pochodzi wprost od producentów modułów fotowoltaicznych. Określają oni maksymalną wartość prądu dla zabezpieczenia bezpiecznikiem. Związane jest to z maksymalnym dopuszczalnym prądem diod blokujących połączonych wewnątrz modułu.

Rozważmy przykład ochrony polikrystalicznego modułu fotowoltaicznego o mocy znamionowej Pmpp = 245 Wp. Prąd znamionowy Impp wynosi 8,2 A, a prąd zwarciowy ISC jest równy 8,62 A (CHSM6610P Astronergy), maksymalne zabezpieczenie bezpiecznikiem 15 A.

Pierwszym sposobem ochrony będzie zastosowanie wyłącznika nadprądowego (Ex9BP). Norma EN 60947–2, zgodnie z którą te wyłączniki są wykonane i przetestowane, określa prąd niezadziałania Inf = 1,05 · In oraz prąd zadziałania If = 1,30 · In. Na podstawie normy IEC 62548-1, można wyznaczyć układ równań:

 

2013-10-64-1

 

Dla prądu znamionowego In wyłącznika:

 

2013-10-64-2

 

Oznacza to, że dla modułu o mocy 245 Wp zalecany prąd znamionowy wyłącznika wynosi 11,49 A ≤ In ≤ 13,26 A. Można również zastosować wyłącznik o mniejszym prądzie znamionowym, ale w celu uniknięcia niechcianych wyzwoleń należy spełnić warunek Inf > ISC (wartość prądu ISC może zostać również osiągnięta podczas normalnej pracy w czasie załączania trackerów inwertera). Należy dodatkowo uwzględnić pewien zakres tolerancji prądu. W każdym przypadku, wartość prądu znamionowego wyłącznika musi być mniejsza od podanej wartości maksymalnego zabezpieczenia bezpiecznikiem.

 

2013-10-64-3

Rys. 2. Niespolaryzowany wyłącznik nadprądowy DC do 1000 V DC

 

Zabezpieczenie wyłącznikiem nadprądowym bezpolaryzacyjnym

Istnieją trzy główne zalety stosowania wyłączników nadprądowych. Po pierwsze w przypadku zadziałania wyłącznika może on zostać załączony ponownie bez żadnych dodatkowych kosztów, takich jak kupno nowej wkładki bezpiecznikowej. Kolejną zaletą tego typu aparatów jest możliwość dobudowy akcesoriów. Można zainstalować dodatkowe styki pomocnicze umożliwiające sygnalizację stanu położenia dźwigni, natomiast w celu zdalnego odłączania systemu PV można wykorzystać odpowiednie wyzwalacze. Trzecią główną zaletą wyłączników nadprądowych jest spełnienie funkcji rozłączającej – aparat może być obsługiwany przez osoby niewykwalifikowane. Ma to szczególne znaczenie, gdy instalacje znajdują się na dachach budynków mieszkalnych.

 

(...)

 

Marcin Gałach
NOARK Electric

 

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w Elektroinstalatorze nr 10/2013

 

Wyszukiwarka

like Newsletter!

like Nowości!

quote Na skróty

like Najczęściej czytane!

like Polecamy!

Znajdź nas na facebooku!

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem