Val av överspänningsskydd för PV-system - installation av överspänningsskydd

1. Faktorer som påverkar installationen av SPD

Överspänningar i solcellssystem på taket orsakas främst av direkta blixtnedslag (på eller nära byggnaden eller PV-utrustning med överspänningsskydd), inducerad spänning från blixtrelaterade förändringar i det elektriska fältet eller kopplingsoperationer i AC/DC-kraftdistributionsnät. För att bedöma behovet av överspänningsskydd och bestämma lämplig skyddsstrategi bör utrustningens nominella impulsspänning (Uw) användas som referens. Om inget annat anges i en riskbedömning bör överspänningsskydd installeras på både DC- och AC-sidan av PV-systemet.

Enheter i ett PV-system som kan behöva skydd inkluderar:

Växelriktare, inklusive gränssnitt till både lågspännings-växelströmssystemet och likströmssystemet, solcellspaneler, intern ledningsdragning i solcellssystemet, komponenter installerade mellan växelriktaren och solcellspanelerna, såsom kombinationsboxar; utrustning som används för övervakning och styrning av solcellssystemet.

Enligt IEC 61643-12 och relevanta avsnitt i GB/T 21714 beror valet och installationen av blixtskydd för solcellssystem på flera faktorer. Dessa inkluderar blixttätheten i marken (NG) [1/km²·år] eller det genomsnittliga antalet åskväderdagar per år (T), egenskaper hos lågspänningssystemet (t.ex. luftledningar eller jordkablar) och typen av utrustning som skyddas, samt huruvida ett externt åskskyddssystem (LPS) är installerat för att skydda solcellssystemet från direkta blixtnedslag.

Om en extern LPS finns, påverkas SPD-kraven av LPS:ens skyddsnivå (klass) och huruvida det erforderliga separationsavståndet (S) mellan LPS:en och PV-systemet upprätthålls (isolerad vs. icke-isolerad LPS).

2. Inverkan av olika externa LPS-konfigurationer på åskskydd för PV-system

SPD-installation för takmonterade PV-system delas vanligtvis in i tre kategorier, baserat på närvaron och typen av extern LPS:

(1) PV-system utan extern LPS

Som visas i diagrammet (ej inkluderat här), om byggnaden inte är utrustad med ett externt åskskyddssystem, bör överspänningsskydd installeras baserat på resultatet av en blixtriskbedömning. Det rekommenderas att installera överspänningsskydd på både AC- och DC-sidan för att skydda kritiska PV-komponenter.

För likströmssidan bör en typ 2 DC-skyddsbrytare (betecknad DC1) installeras nära PV-kombinationsboxen eller PV-panelen (om ingen kombinationsbox används). Denna skyddsbrytare skyddar byggnaden från externa överspänningar som överförs genom PV-kablarna och installeras vanligtvis precis efter att PV-kablarna kommer in i byggnaden. En annan typ 2 DC-skyddsbrytare (betecknad DC2) bör installeras nära växelriktarens likströmsingång. Om kabellängden mellan DC1 och växelriktaren är kortare än 10 meter kan DC1 utelämnas.

För växelströmssidan rekommenderas en typ 2 AC-överspänningsskydd (betecknad AC1) vid växelströmsingången, vanligtvis placerad vid huvudfördelningscentralen. Denna anordning skyddar mot överspänningar från elnätet. Huruvida AC1 behövs i ett system utan externt åskskydd beror på resultatet av en blixtriskbedömning. För att skydda den dyra växelriktaren installeras vanligtvis en typ 2 AC-överspänningsskydd (betecknad AC2) nära växelriktarens växelströmsutgång. Om kabellängden mellan AC1 och AC2 är kortare än 10 meter kan AC2 utelämnas. Se konfigurationstabellen för detaljerad vägledning.

(2) PV-system med extern LPS som uppfyller det erforderliga separationsavståndet (isolerad LPS)

Som visas i diagrammet, när en byggnad har ett externt åskskyddssystem (t.ex. luftintagsstavar eller -band) och takmonteringen av solpaneler skyddas av detta system med korrekt separationsavstånd, anses solpanelssystemet vara utrustat med en isolerad strömförsörjningsenhet (LPS). Även i detta fall är det fortfarande nödvändigt att installera SPD:er.

För system med en isolerad LPS (Low-Power Power Securities) liknar SPD-installationen den för system utan externt åskskydd. En typ 2 DC SPD bör installeras nära kombinerboxen, eller nära PV-panelen om ingen kombinerbox används. En annan typ 2 DC SPD bör placeras nära växelriktarens DC-sida, och en typ 2 AC SPD nära växelriktarens AC-sida. Eftersom PV-systemet ansluts in och ut ur byggnaden krävs dock även en typ 1 AC SPD vid huvudfördelningscentralen där elnätet kommer in i byggnaden. Se konfigurationstabellen för detaljerad layoutvägledning.

(3) PV-system med extern LPS som inte uppfyller det erforderliga separationsavståndet (icke-isolerad LPS)

I solcellssystem på tak där panelerna är för nära det externa åskskyddssystemet (LPS) och inte kan uppfylla det erforderliga säkerhetsavståndet, måste alla metalldelar i solcellssystemet anslutas till LPS för att säkerställa korrekt potentialutjämning vid åsknedslag. Detta är den vanliga metoden som används för åskskydd på tak. I den här installationen behandlas både AC- och DC-kablar som parallella ledare i utjämningssystemet, vilket innebär att de kan påverkas direkt av blixtström. Det är därför IEC rekommenderar att man använder överspänningsskydd av typ 1 (SPD) – vanligtvis tillsammans med typ 2 (SPD) – vid viktiga punkter i systemet: där solcellskablarna kommer in i byggnaden, och på både AC- och DC-sidorna av viktiga enheter som växelriktaren.

Som visas i diagrammet bör DC1 installeras så nära kombinerboxen som möjligt, eller nära PV-panelen om det inte finns någon kombinerbox. DC2 och AC2 bör placeras nära växelriktaren för att ge den bättre skydd. I de flesta fall behövs både AC1 (vid huvudpanelen) och AC2 (nära växelriktaren). Men om växelriktaren är installerad inuti huvudpanelen och de delar samma jord, med kabellängder kortare än eller lika med 0,5 meter, kanske AC2 inte är nödvändig. Du kan kontrollera tabellen för detaljerad installationsanvisning.

1: DC1 kan utelämnas under följande villkor: Om kabellängden mellan DC1 och växelriktaren är kortare än 10 meter, och spänningsskyddsnivån (Up) för AC2 är mindre än eller lika med 0,8 gånger PV-anläggningens nominella impulshållfasthetsspänning (Uw); eller om Up för AC2 är mindre än eller lika med 0,5 gånger Uw och PE (skyddsjord) är dragen nära DC-kablarna.

2: AC2 kan utelämnas under följande villkor: Om kabellängden mellan AC1 och AC2 är mindre än 10 meter; eller om växelriktaren och huvudfördelningscentralen delar samma jordelektrod, och SPD-anslutningskablarna inte är längre än 0,5 meter vardera – till exempel om växelriktaren är installerad inuti huvudfördelningscentralen.

3: Minsta tvärsnittsarea för SPD-jordledare: För typ 2 SPD:er bör kopparjordledaren vara minst 6 mm²; för typ 1 SPD:er bör den vara minst 16 mm².

Valet av överspänningsskydd på DC-sidan i solcellssystem på taket beror huvudsakligen på hur byggnaden är skyddad från blixtar och hur systemet är kopplat. Enligt konfigurationstabellen och IEC-standarder bör det alltid finnas ett överspänningsskydd på växelriktarens DC-sida. Men extra överspänningsskydd nära kombinerboxen – eller nära solcellspanelerna om det inte finns någon kombinerbox – behövs bara om kabeln mellan panelerna och växelriktaren är längre än 10 meter.

Med det sagt är det inte så det görs överallt. I vissa länder – till exempel Tyskland – är reglerna i princip de motsatta. Där installeras DC-överspänningsskydd alltid precis bredvid solpanelerna, och du behöver bara lägga till ett nära växelriktaren om kabeln är över 10 meter lång.