Предохранители для фотовольтаических установок, являются ли достаточной защитой и как их подобрать?

В последнее время фотоэлектрическая технология стремительно развивается. На данный момент она является наиболее сбалансированной и перспективной, что привлекает интерес. Однако, крайне важно, чтобы на каждой установке применялись соответствующие меры защиты. Как и все электроэнергетические системы, фотовольтаика так же подвержена перегрузкам и перенапряжениям.

Eaton постоянно сотрудничает с производителями солнечных панелей. Благодаря данному сотрудничеству, нашим инженерам удалось создать инновационные предохранители для фотоэлектрических систем, которые прошли все испытания для защиты фотоэлектрических систем.

Международная электротехническая комиссия признаёт, что данные системы требуют иного подхода к защите по сравнению со стандартными электрическими системами. Это отражено в стандарте IEC 60269-6, определяющим критерия, которым обязан соответствовать предохранитель для защиты фотоэлектрических систем: необходимо использовать плавкие вставки класса gPV.

Предохранители серии Bussmann от Eaton – это решение, разработанное согласно всем стандартам и предназначенное для фотоэлектрических установок. Плавкие вставки PV Eaton Bussmann не только соответствуют IEC 60269-6, но и превышают требуемые нормы, поскольку они работают при токах, превышающих номинальные значения в 1,35 раз. Они также отвечают требованиям UL 2579, поэтому подходят для защиты фотоэлектрических модулей в случае возникновения обратного тока.

Фотоэлектрические панели – конструкция и обозначения:

  • Ячейка PV обычно составляет от 4 до 6 квадратных дюймов.
  • Несколько отдельных ячеек, соединённых в одной конструкции, называют модулем (панелью).
  • Ряд фотовольтаических модулей, соединённых последовательно, называют String.
  • Несколько параллельных рядов модулей называют матрицей.

 

Фотовольтаический модуль

Выходное напряжение фотоэлектрических модулей определяется количеством последовательно соединённых ячеек, которые составляют модуль. Выходной ток модуля PV зависит от поверхности ячейки.

Наиболее часто используемые солнечные модули изготовлены из 4, 5 и 6-дюймовых поликристаллических кремниевых элементов.

Ток при данной конфигурации, в которой используются 6-дюймовые ячейки, может достигать около 8 А на модуль в максимальной точке мощности при выходном напряжении 30 В. С тонкоплёночной технологией выходные характеристики составляют: 2,5 А и 40 В.

Ток при максимальной мощности Impp варьируется у разных производителей с одинаковыми размерами солнечных элементов. Чтобы правильно подобрать предохранители для фотоэлектрических установок, следует использовать указанные производителем характеристики тока короткого замыкания (Go) и обратного тока.

Для установки выходных токов и напряжений модулей в ожидаемых условиях для предлагаемой установки необходимо ознакомиться со спецификациями, предоставленными продуцентом модуля. Эти условия также зависят от температуры окружающей среды, угла падения света и количества солнечной энергии, поступающей на модуль. Как правило, это указывается в качестве специальных коэффициентов в спецификациях производителя.

Защита рядов модулей (стрингов)

В зависимости от желаемой эффективности системы может быть установлено несколько параллельных фотоэлектрических цепей для достижения более высоких токов и большей мощности. Фотоэлектрические системы, которые имеют три или более рядов модулей(>3), соединенных параллельно, требуют защиты каждого из них. Системы, которые имеют менее трёх рядов (≤ 3), не будут генерировать ток, достаточный для повреждения модулей в случае неисправности. Поэтому они не представляют опасности при условии, что правильно подобран провод.

В установках, в которых установлено три или более рядов соединенных параллельно, PV-предохранители необходимы на каждом модуле для защиты кабелей и самих модулей от короткого замыкания. Плавкие вставки также изолируют поврежденный участок цепи, благодаря чему остальная часть фотоэлектрической системы может продолжить генерировать электричество.

Необходимо помнить, что выходной ток модулей изменяется вместе с их температурой и излучением солнца, которому они подвергаются. Воздействие на них зависит от интенсивности излучения, угла наклона и падающей тени на модули. Во время работы предохранители, как и все тепловые устройства, подвержены влиянию температуры среды.

Защита рядов модулей – какие предохранители выбрать?

Хотя рекомендуется полностью изучить все параметры и влияющие факторы, при выборе предохранителей можно использовать следующие коэффициенты: 1,56 для тока и 1,2 для напряжения. Они подходят для большинства типовых установок.

Если же фотоэлектрическая система подвергается воздействию высокого облучения, работает при низких температурах или находится на экстремальной высоте – пожалуйста, обратитесь к специалистам Eaton, которые помогут вам в выборе правильного решения.

Выбор предохранителя производится по следующим критериям:

Isc: ток короткого замыкания в стандартных условиях, который был получен опытным путём. Эти данные должны быть предоставлены производителем фотоэлектрических панелей.

Voc: напряжение разомкнутой цепи одного модуля в SCT – данные, предоставленные производителем.

Ns: количество модулей в одном ряду.

Np: количество параллельных рядов модулей на одну матрицу.

Imod_max_OCPR : максимальное значение номинального тока фотоэлектрического модуля, указанное в стандарте IEC 61730-2 (часто указывается производителями, как максимальное значение последовательной защиты). 

Если Np ≤ 3 и 1.56 x Isc

Компания Eaton рекомендует использовать предохранители во всех фотоэлектрических системах. В случае отказа инвертора, когда аккумуляторы подключены к цепям, могут возникать непредвиденные токи помех.

Номинальный ток на предохранителе ≤ токовой нагрузки монтажных кабелей.

Если Np > 3

Номинальное значение предохранителя необходимо подобрать, учитывая следующие условия:

  • Номинальное напряжение ≥ 1.20 x Voc x Ns.
  • Номинальный ток ≥ 1.56 x Isc.
  • Необходимо проверить токовую нагрузку на выбранном предохранителе в случае понижения номинальных значений, учитывая температуру окружающей среды, при которой предохранитель по-прежнему соответствует вышеуказанным критериям.
  • Номинальный ток ≤ I mod_max_OCPR.
  • Номинальный ток ≤ Iz = токовой нагрузке монтажных кабелей.

 

Защита цепей рядов модулей – пример расчёта

График  – Предохранители для PV – токовая нагрузка в зависимости от температуры окружающей среды

 

Данные производителя фотоэлектрических модулей:

  • Максимальное напряжение системы: 1000 В.
  • Напряжение разомкнутой цепи (Voc): 43,1 В.
  • Ток короткого замыкания (Isc): 5,37 A.
  • Максимальное номинальное значение предохранителя: (Imod_max_OCPR): 15 A.

Конфигурация фотовольтаической установки:

  • 18 модулей в одном ряду (Ns = 18).
  • Максимальная температура модуля 60°C.
  • Минимальная температура модуля -30°C.
  • Максимальная температура окружающей среды 45°C для 4 рядов в матрице.
  • Провод: 2.5 мм2 ≥ Iz = 11.5 A при 60°C (данные производителя).

Расчёты:

  1. Провод ≥ 1.56 x Isc = 1.56 x37 = 8.38 A. Выбранный провод Iz = 11.5 A → Выбранный провод подходит.
  2. Максимальный ток короткого замыкания для ряда Isc string = (Np -1) x25* x Isc = (4 - 1) x 1.25* x 5.37 = 20.1 A.
  3. Isc_string1 A > Iz (11.5 A) → для защиты рядов необходимы предохранители.
  4. Минимальный номинальный ток предохранителя In ≥ 1.56 x Isc = 1.56 x37 = 8.38 A.
  5. Максимальный номинальный ток предохранителя In ≤ Imod_max_OCPR = 15 A.
  6. In ≤ Iz провода = 11.5 A.
  7. Минимальное номинальное значение напряжения предохранителя Un ≥ 1.2 x Voc x Ns = 1.2 x1 x 18 = 931 В.

Итог: необходим предохранитель, имеющий номинальные параметры 10 А и 1000 В.

Согласно каталогу EATON Bussmann это предохранитель, имеющий номер артикула: PV-10A10F.

Выбранный предохранитель имеет токовую нагрузку 9,3 А, при температуре окружающей среды 45°C, которая превышает минимальный номинальный ток предохранителя (8,38 А). Таким образом, выбранная вставка защитит провода и модули от повреждений, вызванных обратными токами.


  Компания EATON является мировым лидером в области распределения электроэнергии и защиты электросетей, обеспечения резервного электропитания, автоматизации и контроля, осветительного оборудования и безопасности, конструктивных решений и коммутационных устройств, решений для неблагоприятных и опасных условий эксплуатации, а также инжиниринговых услуг. Eaton обладает широкими возможностями по всему миру для решения наиболее критичных задач, связанных с управлением электроэнергией.