Túlfeszültség-védelmi eszközök kiválasztása fotovoltaikus rendszerekhez - túlfeszültség-védő készülékek telepítése
1. Az SPD telepítését befolyásoló tényezők
A tetőre szerelt fotovoltaikus (PV) rendszerek túlfeszültségeit elsősorban közvetlen villámcsapások (az épületen vagy annak közelében, illetve LPS-sel ellátott PV berendezésen), villámcsapás okozta elektromos térváltozásokból eredő indukált feszültség, vagy az AC/DC elosztóhálózatok kapcsolási műveletei okozzák. A túlfeszültség-védelem szükségességének felméréséhez és a megfelelő védelmi stratégia meghatározásához a berendezés névleges lökőfeszültségét (Uw) kell referenciaként használni. Hacsak a kockázatértékelés másként nem rendelkezik, a PV rendszer mind az egyenáramú, mind az AC oldalán SPD-ket kell telepíteni.
A fotovoltaikus rendszeren belüli védelemre szoruló eszközök a következők:
Inverterek, beleértve az alacsony feszültségű váltakozó áramú rendszerhez és az egyenáramú rendszerhez való interfészeket, napelemtáblák, a napelemes rendszer belső kábelezése, az inverter és a napelemtáblák közé telepített alkatrészek, például az összekötő dobozok; a napelemes rendszer felügyeletére és vezérlésére használt berendezések.
Az IEC 61643-12 szabvány és a GB/T 21714 szabvány vonatkozó szakaszai szerint a fotovoltaikus rendszerek túlfeszültség-védelmi eszközeinek (SPD) kiválasztása és telepítése több tényezőtől függ. Ezek közé tartozik a talajvillám-sűrűség (NG) [1/km²·év] vagy az átlagos zivataros napok száma évente (T), a kisfeszültségű tápellátó rendszer jellemzői (pl. szabadvezetékek vagy földkábelek), valamint a védendő berendezés jellege, és hogy van-e külső villámvédelmi rendszer (LPS) a fotovoltaikus rendszer közvetlen villámcsapások elleni védelmére.
Külső LPS (védelmi áramforrás) esetén az SPD-követelményeket az LPS védelmi szintje (osztálya), valamint az befolyásolja, hogy betartják-e az LPS és a fotovoltaikus rendszer közötti szükséges elválasztási távolságot (S) (izolált vagy nem izolált LPS).
2. Különböző külső LPS-konfigurációk hatása a fotovoltaikus rendszerek villámvédelmére
A tetőtéri fotovoltaikus rendszerek túlfeszültség-levezetőinek telepítése általában három kategóriába sorolható a külső LPS megléte és típusa alapján:
(1) Külső LPS nélküli fotovoltaikus rendszerek
Amint az ábrán látható (itt nem szerepel), ha az épület nincs felszerelve külső villámvédelmi rendszerrel, akkor a villámkockázat-értékelés eredménye alapján túlfeszültség-védelmi eszközöket kell telepíteni. A kritikus fotovoltaikus komponensek védelme érdekében ajánlott mind az AC, mind az DC oldalon túlfeszültség-védelmi eszközöket telepíteni.
Egyenáramú oldalon egy 2-es típusú egyenáramú levezetőt (DC1-nek jelölve) kell telepíteni a PV egyesítődoboz vagy a PV-tömb közelébe (ha nem használnak egyesítődobozt). Ez az SPD megvédi az épületet a PV-kábeleken keresztül terjedő külső túlfeszültségektől, és jellemzően közvetlenül a PV-kábelek épületbe való belépése után telepítik. Egy másik 2-es típusú egyenáramú levezetőt (DC2-nek jelölve) kell telepíteni az inverter DC-bemenete közelébe. Ha a DC1 és az inverter közötti kábelhossz kevesebb, mint 10 méter, a DC1 elhagyható.
AC oldalon egy 2-es típusú AC SPD (AC1 jelölésű) ajánlott a hálózati bemenetnél, amely általában a fő elosztópanelen található. Ez az eszköz védelmet nyújt a közműhálózatból érkező túlfeszültségek ellen. Az, hogy szükség van-e AC1-re egy külső villámvédelem nélküli rendszerben, a villámkockázat-felmérés eredményétől függ. A drága inverter védelme érdekében általában egy 2-es típusú AC SPD-t (AC2 jelölésű) telepítenek az inverter AC kimenetének közelében. Ha az AC1 és AC2 közötti kábelhossz kevesebb, mint 10 méter, az AC2 elhagyható. Részletes útmutatásért lásd a konfigurációs táblázatot.
(2) Külső LPS-sel ellátott fotovoltaikus rendszerek, amelyek megfelelnek az előírt elkülönítési távolságnak (elkülönített LPS)
Amint az az ábrán látható, ha egy épület külső villámvédelmi rendszerrel (például felfogó rudakkal vagy szalagokkal) rendelkezik, és a tetőn elhelyezett fotovoltaikus rendszert ez a rendszer védi megfelelő távolság betartásával, akkor a fotovoltaikus rendszert elszigetelt villámvédelmi rendszerrel (LPS) ellátottnak tekintjük. Még ebben az esetben is szükséges levezető áramkörök (SPD-k) telepítése.
Szigetelt villámvédelemmel (LPS) rendelkező rendszerek esetén az SPD (túlfeszültség-levezető) elrendezése hasonló a külső villámvédelem nélküli rendszerekhez. Egy 2-es típusú egyenáramú túlfeszültség-levezetőt (SPD) kell telepíteni a csatlakozódoboz közelébe, vagy ha nem használnak csatlakozódobozt, a fotovoltaikus tömb közelébe. Egy másik 2-es típusú egyenáramú túlfeszültség-levezetőt (SPD) az inverter DC oldalának közelébe, és egy 2-es típusú váltakozó áramú túlfeszültség-levezetőt (SPD) az inverter AC oldalának közelébe kell elhelyezni. Mivel azonban a fotovoltaikus rendszer be- és kicsatlakozik az épületbe, egy 1-es típusú váltakozó áramú túlfeszültség-levezetőre (SPD) is szükség van a fő váltakozó áramú elosztótáblán, ahol a hálózati áram belép az épületbe. Részletes elrendezési útmutatóért lásd a konfigurációs táblázatot.
(3) Külső LPS-sel ellátott fotovoltaikus rendszerek, amelyek nem felelnek meg az előírt elkülönítési távolságnak (nem elszigetelt LPS)
A tetőre szerelt napelemes rendszerekben, ahol a panelek túl közel vannak a külső villámvédelmi rendszerhez (LPS), és nem tudják betartani a szükséges biztonsági távolságot, a rendszer összes fém részét az LPS-hez kell csatlakoztatni a megfelelő villámkiegyenlítés biztosítása érdekében. Ez a tetőkre szerelt villámvédelem esetében általánosan alkalmazott megközelítés. Ebben a beállításban mind az AC, mind az DC kábeleket párhuzamos vezetőként kezelik a kötési rendszerben, ami azt jelenti, hogy közvetlenül befolyásolhatja őket a villámáram. Ezért az IEC 1-es típusú túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD-k) használatát javasolja – általában 2-es típusú SPD-kkel együtt – a rendszer kulcsfontosságú pontjain: ahol a napelemes kábelek belépnek az épületbe, valamint a fontos eszközök, például az inverter AC és DC oldalán.
Amint az ábrán látható, a DC1-et a lehető legközelebb kell telepíteni az elosztódobozhoz, vagy ha nincs elosztódoboz, a napelemes rendszer közelébe. A DC2-t és az AC2-t az inverter közelében kell elhelyezni a jobb védelem érdekében. A legtöbb esetben az AC1-re (a fő panelen) és az AC2-re (az inverter közelében) is szükség van. De ha az inverter a fő panelen belül van telepítve, és közös földelést osztanak meg, a kábelhossz legfeljebb 0,5 méter, akkor az AC2-re esetleg nincs szükség. A részletes telepítési útmutatóért tekintse meg a táblázatot.
1：A DC1 a következő feltételek mellett elhagyható: Ha a DC1 és az inverter közötti kábelhossz kevesebb, mint 10 méter, és az AC2 feszültségvédelmi szintje (Up) kisebb vagy egyenlő a PV tömb névleges lökőfeszültségének (Uw) 0,8-szorosával; vagy ha az AC2 Up értéke kisebb vagy egyenlő az Uw 0,5-szeresével, és a PE (védőföld) vezető a DC kábelek közelében van elvezetve.
2：Az AC2 a következő feltételek mellett elhagyható: Ha az AC1 és AC2 közötti kábelhossz kevesebb, mint 10 méter; vagy ha az inverter és a fő elosztótábla ugyanazt a földelőelektródát használja, és az SPD csatlakozókábelei egyenként nem hosszabbak 0,5 méternél – például, ha az inverter a fő elosztópanel belsejében van felszerelve.
3. A túlfeszültség-védelmi eszközök földelővezetőinek minimális keresztmetszeti területe: 2-es típusú túlfeszültség-védelmi eszközök esetén a réz földelővezető keresztmetszete nem lehet kisebb 6 mm²-nél; 1-es típusú túlfeszültség-védelmi eszközök esetén pedig legalább 16 mm².
A tetőre szerelt fotovoltaikus rendszerekben az egyenáramú oldali túlfeszültség-levezetők (SPD-k) kiválasztása főként attól függ, hogy az épület hogyan védett a villámtól, és hogyan van bekötve a rendszer. A konfigurációs táblázat és az IEC szabványok szerint mindig kell lennie egy túlfeszültség-védőnek az inverter egyenáramú oldalán. De az összekötő doboz közelében – vagy a fotovoltaikus panelek közelében, ha nincs összekötő doboz – csak akkor van szükség extra túlfeszültség-levezetőkre, ha a panelek és az inverter közötti kábel hosszabb, mint 10 méter.
Ennek ellenére nem mindenhol így működik. Néhány országban – például Németországban – alapvetően fordítottak a szabályok. Ott az egyenáramú túlfeszültség-védelmet mindig közvetlenül a napelemek mellé telepítik, és csak akkor kell az inverter közelében egyet hozzáadni, ha a kábelhossz meghaladja a 10 métert.