1. Jelenlegi állapot a fotovoltaikus (napenergia) iparágban

1.1 A globális fotovoltaikus piac gyors növekedése

Az elmúlt években a globális fotovoltaikus iparág robbanásszerű növekedésnek indult. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) adatai szerint 2023-ban a fotovoltaikus energia globális új beépített kapacitása meghaladta a 350 GW-ot, az összesített beépített kapacitás pedig az 1,5 TW-ot. Az olyan országok és régiók, mint Kína, az Egyesült Államok, Európa és India váltak a fotovoltaikus piac fő hajtóerejévé.

- Kína: A világ legnagyobb napelemes fotovoltaikus piacaként Kína több mint 200 GW napelemes fotovoltaikus kapacitással bővült 2023-ban, ami a globális új telepített kapacitás több mint 57%-át teszi ki. A kormányzati politikai támogatás, a technológiai fejlődés és a költségcsökkentés a kínai napelemes fotovoltaikus iparág fejlődésének kulcsfontosságú tényezői.

- Európa: Az orosz-ukrán konfliktus által sújtott Európa felgyorsította az energetikai átállást. 2023-ban az újonnan telepített fotovoltaikus napelemes kapacitás meghaladta a 60 GW-ot, jelentős növekedéssel olyan országokban, mint Németország, Spanyolország és Hollandia.

- Egyesült Államok: Az inflációcsökkentési törvény (IRA) által ösztönözve az amerikai napelemes fotovoltaikus piac tovább nőtt, 2023-ban körülbelül 40 GW új beépített kapacitással.

- India: Az indiai kormány erőteljesen támogatja a megújuló energia fejlesztését. 2023-ban a napelemes fotovoltaikus rendszerek újonnan telepített kapacitása meghaladta a 20 GW-ot, a cél pedig az, hogy 2030-ra elérjék az 500 GW megújuló energia telepített kapacitást.

1.2Folyamatos fejlődés a fotovoltaikus technológiában

A fotovoltaikus technológia folyamatos innovációja a napenergia-termelés hatékonyságának növekedéséhez és költségeinek csökkenéséhez vezetett:

- Nagy hatékonyságú akkumulátortechnológiák, mint például a PERC, a TOPCon és a HJT: A PERC (passzivált emitter és hátsó érintkező) cellák továbbra is a főáramúak, de a TOPCon (alagút-oxid passzivált érintkező) és a HJT (heteroátmenetes) technológiák fokozatosan bővítik piaci részesedésüket magasabb konverziós hatékonyságuk (>24%) miatt.

- Perovszkit napelemek: A következő generációs fotovoltaikus technológiaként a perovszkit cellák több mint 33%-os laboratóriumi hatékonyságot értek el, és várhatóan a jövőben kereskedelmi szempontból is életképesek lesznek.

- Kétoldalas modulok és követő tartók: A kétoldalas modulok 10-20%-kal növelhetik az energiatermelést, míg a követő tartók optimalizálják a napfény beesési szögét, tovább növelve a rendszer hatékonyságát.

1.3A A fotovoltaikus energiatermelés költsége továbbra is csökken

Az elmúlt évtizedben a fotovoltaikus energiatermelés költsége több mint 80%-kal csökkent. Az IRENA (Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség) szerint a fotovoltaikus energia globálisan kiegyenlített villamosenergia-költsége (LCOE) 2023-ra 0,03-0,05 USD/kWh-ra esett vissza, ami alacsonyabb, mint a szén- és földgáztüzelésű energiatermelés költsége, így az egyik legversenyképesebb energiaforrássá vált.

1.4 Az energiatárolás és a fotovoltaikus rendszerek összehangolt fejlesztése

A fotovoltaikus energiatermelés szakaszos jellege miatt az energiatároló rendszerek (például lítium akkumulátorok, nátrium-ion akkumulátorok, áramlási akkumulátorok stb.) együttes használata trenddé vált. 2023-ban a globális fotovoltaikus és energiatároló projektek újonnan telepített kapacitása meghaladta a 30 GW-ot, és várhatóan a következő évtizedben is magas növekedési ütemet fog fenntartani.

2. A fontosság a fotovoltaikus iparágban

2.1 Az éghajlatváltozás kezelése változás és a karbonsemlegességi célok előmozdítása

A világ országai felgyorsítják az energetikai átállást az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése érdekében. A napenergia, mint a tiszta energia alapvető eleme, kulcsszerepet játszik a „karbonsemlegességi” cél elérésében. A Párizsi Megállapodás szerint 2030-ra a megújuló energia globális részesedésének el kell érnie a 40%-ot, és a napenergia az egyik fő energiaforrássá válik.

2.2 Energiabiztonság és függetlenség

A hagyományos energiaforrásokat (mint például az olaj és a földgáz) nagymértékben befolyásolja a geopolitika, míg a napenergia-források széles körben elterjedtek, és csökkenthetik az importált energiától való függőséget. Európa például nagyméretű fotovoltaikus erőművek telepítésével csökkentette az orosz földgáz iránti keresletét, ezáltal növelve energia-autonómiáját.

2.3 A gazdasági növekedés és a foglalkoztatás előmozdítása

A fotovoltaikus iparág láncolata számos elemet foglal magában, mint például a szilícium anyagok, szilícium ostyák, akkumulátorok, modulok, inverterek, konzolok és energiatárolás, amelyek világszerte több millió munkahelyet teremtettek. Kína fotovoltaikus iparágában a közvetlen alkalmazottak száma meghaladja a 3 milliót, és az európai és amerikai fotovoltaikus iparágak is gyorsan bővülnek.

2.4 Vidéki villamosítás és a szegénység enyhítése

A fejlődő országokban a fotovoltaikus mikrohálózatok és a háztartási napelemes rendszerek távoli területeket látnak el árammal, és javítják a lakosok életkörülményeit. Például Afrikában a „napelemes otthoni rendszerek” több tízmillió embernek segítettek megszabadulni az áramszünetből.

3.A túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) szükségessége fotovoltaikus rendszerekben

3.1 Fotovoltaikus rendszerek villámcsapás- és túlfeszültség-kockázatai

A fotovoltaikus erőműveket általában nyílt területeken (például sivatagokban, háztetőkön és hegyekben) telepítik, és nagyon érzékenyek a villámcsapásokra és a túlfeszültség hatásaira. A főbb kockázatok a következők:

- Közvetlen villámcsapás: A fotovoltaikus modulokat vagy tartókat érő közvetlen villámcsapás, amely a berendezés károsodását okozza.

- Indukált villámlás: A villámlás elektromágneses impulzusa magas feszültséget indukál a kábelekben, ami károsítja az elektronikus eszközöket, például az invertereket és a vezérlőket.

- Hálózati ingadozások: A hálózati oldalon fellépő üzemi túlfeszültségek (például kapcsolók működése, rövidzárlatos hibák) átterjedhetnek a fotovoltaikus rendszerre.

3.2 A túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) funkciója

A túlfeszültség-védők a fotovoltaikus rendszerek villámvédelmének és túlfeszültség-védelmének kulcsfontosságú berendezései. Fő funkcióik a következők:

- Tranziens túlfeszültségek korlátozása: Villámcsapások vagy hálózati ingadozások által generált magas feszültségek biztonságos tartományon belüli szabályozása.

- Túlfeszültség-áramok levezetése: A túlzott áramok gyors elvezetése a talajba a downstream berendezések védelme érdekében.

- A rendszer megbízhatóságának növelése: A villámcsapások vagy túlfeszültségek okozta berendezéshibák és állásidő csökkentése.

3.3 SPD alkalmazása fotovoltaikus rendszerekben

A fotovoltaikus rendszerek túlfeszültség-védelmét több szinten kell megtervezni:

- Védelem az egyenáramú oldalon (a fotovoltaikus moduloktól az inverterig):

- Szereljen fel II. típusú túlfeszültség-védelmi eszközt a fúrósor bemeneti végére az indukált villámlás és az üzemi túlfeszültségek megelőzése érdekében.

- Szereljen fel I. + II. típusú túlfeszültség-védelmi eszközt az inverter egyenáramú bemeneti végére a közvetlen és indukált villámcsapás együttes veszélyének kiküszöbölésére.

- Védelem a váltakozó áramú oldalon (az invertertől a hálózatig):

- Szereljen fel II-es típusú túlfeszültség-levezetőt az inverter kimeneti végére a hálózatoldali túlfeszültség-behatolás megakadályozása érdekében.

- Szereljen be III-as típusú túlfeszültség-védelmi készüléket az elosztószekrénybe az érzékeny berendezések pontos védelme érdekében.

3.4 A túlfeszültség-védők kiválasztásának főbb szempontjai

- Feszültségszint illesztés: Az SPD maximális folyamatos üzemi feszültségének (Uc) magasabbnak kell lennie, mint a rendszerfeszültség (például egy 1000 Vdc fotovoltaikus rendszerhez Uc ≥ 1200 V értékű SPD szükséges).

- Áramterhelhetőség: Az egyenáramú oldali túlfeszültség-védelmi eszköz névleges kisülési áramának (In) ≥ 20 kA-nek, a maximális kisülési áramnak (Imax) pedig ≥ 40 kA-nek kell lennie.

- Védelmi szint: A kültéri telepítésnek IP65 vagy magasabb védelemmel kell rendelkeznie, amely alkalmas zord környezeti körülményekre.

- Tanúsítási szabványok: Megfelel az IEC 61643-31 (fotovoltaikus SPD-kre vonatkozó szabvány), az UL 1449 és más nemzetközi tanúsítványoknak.

3.5 Az SPD telepítésének elmaradásának lehetséges kockázatai

- Berendezések károsodása: A precíziós elektronikus eszközök, mint például az inverterek és a felügyeleti rendszerek, érzékenyek a túlfeszültség-hatásokra, és a javítási költségek magasak.

- Áramtermelési veszteség: A villámcsapások rendszerleállásokat okoznak, ami befolyásolja az áramtermelés profitját.

- Tűzveszély: A túlfeszültség elektromos tüzet okozhat, ami veszélyezteti az erőmű biztonságát.

4. Globális PV túlfeszültség-védő piaci trendek

4.1 Piaci kereslet növekedése

A fotovoltaikus telepítési kapacitás gyors növekedésével párhuzamosan a túlfeszültség-védők piaca is bővült. A becslések szerint a globális fotovoltaikus túlfeszültség-védelmi piac mérete 2025-re meghaladja a 2 milliárd amerikai dollárt, 15%-os összetett éves növekedési ütemmel (CAGR).

4.2 Technológiai innovációs irány

- Intelligens levezető védelem: Áramfigyelő és hibajelzési funkciókkal felszerelt, valamint távoli működtetést támogató.

- Magasabb feszültségszintek: A magasabb feszültségbesorolású (például 1500 V) túlfeszültség-levezetők váltak elterjedtté.

- Hosszabb élettartam: Új, érzékeny anyagok (például cink-oxid kompozit technológia) használata a túlfeszültség-levezetők tartósságának növelése érdekében.

4.3 Szabályzat és standard promóció

- Az olyan nemzetközi szabványok, mint az IEC 62305 (villámvédelmi szabvány) és az IEC 61643-31 (fotovoltaikus túlfeszültség-védelmi szabvány), előírják, hogy a fotovoltaikus rendszereket túlfeszültség-védelemmel kell ellátni.

- A kínai „Fotovoltaikus erőművek villámvédelmére vonatkozó műszaki előírások” (GB/T 32512-2016) egyértelműen előírják az SPD kiválasztási és telepítési követelményeit.

5.Következtetés: A fotovoltaikus ipar nem nélkülözheti a túlfeszültség-védőket

A fotovoltaikus ipar gyors fejlődése erőteljes lendületet adott a globális energiaátállásnak. A villámcsapások és a túlfeszültség-kockázatok azonban nem hagyhatók figyelmen kívül. A túlfeszültség-védők, mint a fotovoltaikus rendszerek biztonságos működésének kulcsfontosságú garanciái, hatékonyan csökkenthetik a berendezések károsodásának kockázatát, javíthatják az energiatermelés hatékonyságát és meghosszabbíthatják a rendszer élettartamát. A jövőben, a fotovoltaikus berendezések folyamatos növekedésével és az intelligens hálózatok fejlődésével, a nagy teljesítményű és rendkívül megbízható túlfeszültség-levezetők (SPD-k) a fotovoltaikus erőművek alapvető alkotóelemeivé válnak.

A fotovoltaikus befektetők, az EPC-cégek, valamint az üzemeltetési és karbantartási csapatok számára a nemzetközi szabványoknak megfelelő, kiváló minőségű túlfeszültség-védők kiválasztása kulcsfontosságú intézkedés az erőmű hosszú távú stabil működésének biztosítása és a befektetés megtérülésének maximalizálása érdekében.