Kazi ya Ushirikiano ya Vilinda vya Kuongezeka kwa Joto, Vivunja Mzunguko na Fusi katika Mifumo ya Photovoltaic: Uchambuzi wa Utendaji na Majadiliano ya Umuhimu

Utangulizi

Kwa maendeleo ya haraka ya tasnia ya volteji ya jua duniani, usalama na uthabiti wa mifumo ya uzalishaji wa umeme wa jua umekuwa kitovu cha umakini wa tasnia. Mifumo ya volteji ya jua huwekwa wazi nje kwa muda mrefu na iko katika hatari ya vitisho kama vile milio ya radi, mabadiliko ya gridi ya umeme, na hitilafu za vifaa, ambazo zinaweza kusababisha uharibifu wa vifaa au hata moto. Vilinda vya mawimbi (SPD), vivunja mzunguko, na fyuzi ni vifaa muhimu vya ulinzi ambavyo kila kimoja hufanya kazi zake na kushirikiana ili kuhakikisha uendeshaji salama wa mfumo. Makala haya yatachambua kwa undani kazi zake, mifumo ya uratibu, na umuhimu wa kutoa marejeleo kwa watumiaji wa tasnia.

I. Mifumo ya "Muuaji Asiyeonekana" Inayokabiliana na Voltae ya Mwanga

Vituo vya umeme vya photovoltaic ni kama "mashujaa wa chuma" wanaofanya kazi hewani, wakivumilia majaribio mbalimbali makali kila mara.

1.1 Masuala ya kupigwa na radi:

Hasa, katika Mashariki ya Kati na Kusini-mashariki mwa Asia, msimu mmoja wa mvua unaweza kudhoofisha mifumo ambayo haina ulinzi.
1.2 Mabadiliko ya gridi ya umeme:
Katika mradi wa Chile niliokuwa nikisimamia, vifaa kadhaa viliungua kutokana na ongezeko la ghafla la volteji ya gridi.

1.3 Hatari ya mzunguko mfupi:
Mwaka jana, mradi nchini Ujerumani ulipitia mzunguko mfupi kutokana na nyaya kuzeeka, na karibu kusababisha moto.

Hatari hizi si za kutia chumvi. Kulingana na International Photovoltaic Safety Alliance, zaidi ya 60% ya hitilafu za mfumo wa photovoltaic husababishwa na ulinzi duni wa umeme.

II. Kazi Kuu za Vifaa vya Kulinda Upanuzi (SPD)

2.1 Kanuni ya Utendaji Kazi
SPD huelekeza overvoltage ya muda mfupi ardhini kupitia varistors za oksidi za metali (MOV) au mirija ya kutoa gesi (GDT), na kupunguza voltage ndani ya safu salama. Katika mifumo ya photovoltaic, SPD kwa kawaida huwekwa katika maeneo yafuatayo:
Upande wa DC (kati ya moduli na kibadilishaji umeme): Ili kulinda dhidi ya milipuko inayosababishwa na radi.
Upande wa AC (kati ya kibadilishaji umeme na gridi): Ili kukandamiza volteji kupita kiasi kutoka upande wa gridi.

2.2 Vigezo Muhimu
Volti ya juu zaidi ya uendeshaji endelevu (Uc): Lazima ilingane na kiwango cha volteji cha mfumo wa fotovoltaiki (kama vile 1000V DC au 1500V DC).
Mkondo wa kutoa umeme (In/Iimp): Huakisi uwezo wa kutoa umeme wa umeme, na mifumo ya photovoltaic kwa kawaida huhitaji 20kA au zaidi.
Kiwango cha ulinzi wa volteji (Juu): Huamua ukubwa wa volteji iliyobaki na lazima iwe chini kuliko volteji inayostahimili ya vifaa vilivyolindwa.

2.3 Umuhimu
Zuia vifaa vya gharama kubwa kama vile vibadilishaji umeme na visanduku vya kuchanganya umeme visiharibiwe na mawimbi.
Kuzingatia viwango vya kimataifa (kama vile IEC 6164331, UL 1449) na mahitaji ya kukubalika kwa vituo vya umeme vya photovoltaic.

Ⅲ. Utendaji na uteuzi wa vivunja mzunguko na fyuzi

3.1 Kivunja Mzunguko
Kazi:
•Ulinzi wa Kuzidisha Uzito: Wakati mkondo unazidi thamani iliyowekwa (kama vile mara 1.3 ya mkondo uliokadiriwa), utaratibu wa safari ya joto hufanya kazi.
•Ulinzi wa Mzunguko Mfupi: Utaratibu wa safari ya sumakuumeme hukata mkondo wa mzunguko mfupi (kama vile 10kA) ndani ya milisekunde.

• Sifa za Matumizi kwa Photovoltaic:
Kivunja mzunguko maalum cha DC (kama vile DC 1000V/1500V) kinahitaji kuchaguliwa.
Uwezo wa kuvunja unapaswa kufanana na mkondo wa mzunguko mfupi wa mfumo (kawaida ≥ 15kA).

3.2 Fuse
Kazi:
Kwa kuyeyusha kipengele cha fuse, kinaweza kutenganisha haraka saketi yenye hitilafu na kulinda tawi lililounganishwa na mfululizo.

Faida:
Kasi ya kukatika ni ya kasi zaidi (katika kiwango cha microsecond), inafaa kwa hali ya juu ya mkondo wa mzunguko mfupi.
Ni ndogo kwa ukubwa na inafaa kwa masanduku ya kubeba mkondo yenye nafasi ndogo.

3.3 Ushirikiano na SPD

SPD inawajibika kwa ulinzi wa volteji, huku vivunja mzunguko/walindaji wa fuse wakiwajibika kwa ulinzi wa mkondo.
Wakati SPD inaposhindwa kutokana na kuvunjika kwa mawimbi, vivunja mzunguko au vilindaji vya fyuzi vinaweza kukata mzunguko wenye hitilafu mara moja ili kuzuia moto.

Ⅳ. Utafiti wa kifani wa mfumo wa ulinzi wa ngazi nyingi

Chukua kituo cha umeme cha 1MW cha photovoltaic kama mfano:
4.1 Ulinzi upande wa DC
Matawi ya mfululizo wa vipengele: Sakinisha fuse (kama vile aina ya 10A gPV) kwa kila mfululizo.
Kuingia kwa kisanduku cha kuchanganya: Sakinisha SPD ya Aina ya II (Juu ≤ 1.5kV) na kivunja mzunguko wa DC (63A).

4.2 Ulinzi upande wa AC
Mwisho wa kibadilishaji cha umeme: Sanidi Aina ya 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) na kivunja mzunguko wa kesi kilichoundwa (250A).

4.3 Uigaji wa hali ya hitilafu
Wakati radi inapotokea: SPD hutoa mkondo wa mawimbi na kubana volteji iliyo chini ya 2kV; ikiwa SPD itashindwa kutokana na mzunguko mfupi, kivunja mzunguko huanguka.
Wakati kuna mzunguko mfupi wa mstari: Fuse huyeyuka ndani ya 5ms ili kuzuia kuenea kwa athari ya doa la joto.

Ⅴ. Tahadhari za uteuzi na usakinishaji

5.1 Uteuzi wa SPD
Kwa upande wa DC, SPD maalum ya fotovoltaiki (kama vile PVSPD) inapaswa kuchaguliwa ili kuepuka tatizo la mkondo wa nyuma wa SPD ya kawaida ya AC.
Kiwango cha joto kinapaswa kuzingatiwa (Uc inahitaji kuacha kiwango cha joto katika mazingira yenye halijoto ya juu).

5.2 Kivunja Saketi/Ulinganishaji wa Fuse
Uwezo wa kuvunja unapaswa kuwa juu kuliko mkondo wa juu wa mzunguko mfupi wa mfumo (kama vile mkondo wa hitilafu wa kamba unaweza kufikia 1.5kA).
Mkondo uliokadiriwa wa fuse unapaswa kuwa zaidi ya mara 1.56 ya mkondo wa mzunguko mfupi wa sehemu (Isc) (kulingana na NEC 690.8).

5.3 Mapendekezo ya Ujumuishaji wa Mfumo
Urefu wa waya kati ya SPD na kivunja mzunguko unapaswa kuwa ≤ 0.5m ili kupunguza volteji iliyobaki.
Ukaguzi wa mara kwa mara wa viashiria vya hali ya SPD unapaswa kufanywa, na moduli zilizoshindwa zinapaswa kubadilishwa kwa wakati.

Ⅵ. Mitindo ya Sekta na Masasisho ya Kawaida
•Mahitaji ya volteji kubwa: Kwa kupitishwa kwa mifumo ya volteji ya 1500V, viwango vya volteji vinavyostahimili SPD na vivunja mzunguko vinahitaji kuboreshwa kwa usawazishaji.

•Ufuatiliaji wa kielimu: SPD zenye akili zinazojumuisha vitambuzi vya halijoto na kazi za mawasiliano bila waya zinatumika hatua kwa hatua ili kufikia tahadhari ya mapema ya hitilafu ya mbali.

•Uimarishaji wa kawaida: Toleo jipya la IEC 625482023 limeweka mahitaji makali zaidi ya uratibu kwenye vifaa vya ulinzi kwa mifumo ya photovoltaic.

Hitimisho
Katika mifumo ya photovoltaic, walinzi wa mawimbi, vivunja mzunguko na fyuzi huunda mfumo kamili wa ulinzi shirikishi wa "voltage-current". Uteuzi na usanidi sahihi wa vipengele hivi sio tu kwamba vinaweza kuongeza maisha ya huduma ya vifaa na kupunguza gharama za uendeshaji na matengenezo, lakini pia ni masharti muhimu ya kuhakikisha uendeshaji salama wa vituo vya umeme. Kwa maendeleo ya teknolojia, ujumuishaji na akili ya vifaa hivi vya ulinzi itaongeza zaidi uaminifu wa mifumo ya photovoltaic katika siku zijazo.