الدور الحاسم للأجهزة الواقية للارتفاع (SPDS) في صناديق Combiner PV: دليل الاختيار وأفضل الممارسات

مقدمة: جوهر المصفوفات الكهروضوئية الضعيفة

تعمل صناديق Combiner الكهروضوئية كنظام عصبي لمحطات الطاقة الشمسية ، حيث تقوم بجمع مخرجات سلسلة DC متعددة قبل إطعامها في المحولات. تتعرض هذه العقد الحرجة باستمرار للتهديدات من ضربات البرق والعروض الكهربائية التي يمكن أن تشل أنظمة الكهروضوئية بأكملها. تعمل أجهزة الحماية ذات الجودة العالية (SPDS) كخط الدفاع الأول ، وحماية معدات بقيمة مئات الآلاف من الدولارات.

الفصل 1: لماذا تعتبر SPDs ضرورية لأنظمة PV

1.1 نقاط الضعف الفريدة من المصفوفات الكهروضوئية

التعرض المستمر: تتعرض الأنظمة التي يتم تثبيتها على السطح والأرض بشكل طبيعي لتصريفات الغلاف الجوي.

مخاطر دائرة التيار المستمر: على عكس أنظمة التيار المتردد ، تفتقر أقواس التيار المستمر إلى نقاط التعاقد الصفري الطبيعية ، مما يجعل أحداث الطفرة أكثر خطورة.

الإلكترونيات الحساسة: يمكن أن تتلف مكونات العزولات الحديثة من قبل الفولتية بنسبة 20 ٪ فقط أعلى من القيمة المقدرة.

1.2 عواقب عدم كفاية الحماية

أضرار فورية: يمكن تتبع 72 ٪ من حالات فشل العاكس إلى زيادة الجهد (تقرير Solaredge 2023).

التدهور الخفي: يمكن أن تقلل العصر الطفيف المتكرر عمر الوحدة النمطية بنسبة تصل إلى 30 ٪.

مخاطر الحريق: تمثل أخطاء قوس التيار المستمر 43 ٪ من الحرائق ذات الصلة بالطاقة الشمسية (بيانات NFPA 2022).

الفصل 2: ​​الاعتبارات الرئيسية لاختيار SPD في تطبيقات PV

2.1 معلمات الأداء الحرجة

الجهد المقنن: ≥1.2 ضعف الجهد الأقصى للنظام (لكل IEC 61643-31).

تيار التفريغ الاسمي (في): ≥20KA للنوع 1 SPDS (لكل 1449 ، الطبعة الرابعة).

الحد الأقصى لتيار التفريغ (IMAX): ≥40KA (لكل IEC 61643-11).

وقت الاستجابة: <25 نانو ثانية (لكل EN 50539-11).

درجة حرارة التشغيل: -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية (لكل 96 أ).

2.2 أنواع SPD للتطبيقات المختلفة

النوع 1 (الفئة الأولى): بالنسبة للمواقع ذات المخاطر المباشرة لضرب البرق (على سبيل المثال ، أنظمة السطح).

النوع 2 (الفئة الثانية): للحماية الثانوية (على سبيل المثال ، الأنظمة التجارية المحمولة على الأرض).

من النوع 1+2: مثالي للنباتات الكبيرة على نطاق المنفعة.

النماذج الخاصة DC: مصممة لتطبيقات PV مع علامات قطبية.

الفصل 3: أفضل الممارسات للتثبيت

3.1 الموضع الاستراتيجي

نقاط التثبيت الإلزامية:

محطات إدخال مربع Combiner (لكل سلسلة).

المنبع من قطع الاتصال.

محطات إدخال العاكس DC.

نقاط حماية إضافية موصى بها:

كومترز الفرعي.

على طول الكابلات الطويلة (> 30 مترًا).

3.2 معايير الأسلاك

حجم الموصل: الحد الأدنى 6 ملم² للنحاس (لـ 20KA SPDS).

طول المسار: حافظ على اتصالات SPD <0.5 متر.

متطلبات التأريض: استخدم موصلات التأريض المخصصة (≥10 مم²).

طوبولوجيا الاتصال: تكوين النجوم لتجنب حلقات الأرض.

الفصل 4: معايير الصيانة والاستبدال

4.1 الصيانة الوقائية

الشيكات الفصلية:

فحص Windows مؤشر الحالة (الأخضر/الأحمر).

أداء الحرارية بالأشعة تحت الحمراء (ارتفاع درجة الحرارة <15k).

سجل عدادات ضرب البرق (إذا تم تجهيزها).

الاختبارات السنوية:

اختبار مقاومة العزل (> 1 MΩ).

قياس مقاومة الأرض (<10 Ω).

اختبار الجهد المتبقي من قبل المهنيين.

4.2 المبادئ التوجيهية البديلة

مشغلات الاستبدال الفوري:

أضرار جسدية مرئية (تشققات ، علامات حرق).

مؤشر الحالة يتحول إلى اللون الأحمر.

يتجاوز عدد ضربات البرق القيمة المقدرة.

اختبارات الأداء الفاشلة.

فترات الاستبدال الموصى بها:

المناطق الساحلية: 5 سنوات.

المناطق ذات الإضاءة العالية: 7 سنوات.

المناطق القياسية: 10 سنوات.

الفصل 5: المفاهيم الخاطئة المشتركة وتوصيات الخبراء

5.1 سوء فهم نموذجي

الأسطورة: "قضبان البرق تقضي على الحاجة إلى SPDs."

حقيقة: قضبان البرق تحمي فقط من الإضرابات المباشرة ، وليس النضج المستحث.

فخ التكلفة: باستخدام SPDs AC غير محددة PV.

النتيجة: عدم القدرة على مقاطعة العاصمة تتبع التيارات.

5.2 نصيحة الخبراء

اعتماد بنية حماية من ثلاثة مستويات: SPDs في المصفوفة ، مربع Combiner ، ومستويات العاكس.

اختر النماذج مع جهات اتصال إشارات عن بُعد للتكامل مع أنظمة المراقبة.

بالنسبة لنظام 1500V ، تحقق من قدرة كسر DC من SPD.

إعادة تقييم سعة SPD الحالية أثناء توسعات النظام.

مع ارتفاع فولتية النظام الكهروضوئية إلى 1500 فولت ، تتطور تقنية SPD من الجيل التالي بثلاثة اتجاهات رئيسية: امتصاص الطاقة العالي (حتى 100 ألف) ، وميزات تحذير أكثر ذكاءً (المراقبة التي تدعم IoT) ، وتصميمات وحدات أكثر إدماجًا. إن اختيار المنتجات المعتمدة من قِبل TUV Rheinland لتطبيقات PV واتباع معايير IEC 62305 للحماية على مستوى النظام يضمن أن مصانع الكهروضوئية يمكنها الصمود طوال عمرها لمدة 25 عامًا. تذكر: في السلامة الكهروضوئية ، فإن حماية الطفرة عالية الجودة ليست نفقات-إنها أكثر الاستثمار في التخفيف من المخاطر فعالية من حيث التكلفة.