(1) gdzie I sc jest prądem zwarciowym w warunkach normalnych, a mnożnik 1,25 bierze pod uwagę ryzyko 25% wzrostu promieniowania powyżej 1 kw/m 2.

Transkrypt

1 Katarzya JARZYŃSKA ABB Sp. z o.o. PRODUKTY NISKONAPIĘCIOWE W INSTALACJI PV Streszczeie: W ormalych warukach pracy każdy moduł geeruje prąd o wartości zbliżoej do prądu zwarciowego I sc, który powiększa się o 25% ze względu a ryzyko wzrostu promieiowaia. Dla maksymalego ograiczeia strat mocy przyjmuje się, że spadek apięcia a kablach istalacji PV powiie wyosić 1 do 2%. Zasłoięty strig absorbuje i rozprasza eergię elektryczą wytwarzaą przez ie strigi połączoe rówolegle i współpracujące z tym samym przemieikiem częstotliwości, a płyący przez iego prąd rewersyjy może uszkodzić moduły. Jeżeli do zabezpieczeia strigów stosujemy wyłącziki lub wkładki bezpieczikowe, to ich prąd zamioowy I, powiie być ie miejszy iż 1,25 I sc i ie większy od wartości podaej przez produceta, a przy braku określoych zaleceń ie większy od 2,0 I sc. 1. Wprowadzeie Istalacja ogiw fotowoltaiczych musi być zaprojektowaa i wykoaa zgodie ze wszystkimi obowiązującymi ormami i rozwiązaiami techologiczymi gwaratującymi możliwie ajbezpiecziejsze działaie oraz ajpewiejszą ochroę ludzi, którzy będą pracować przy obsłudze systemu. Aby moża było uzać system fotowoltaiczy za dobrą iwestycją, musi o sprawie fukcjoować, przez co ajmiej 20 lat, w różych warukach pogodowych. Działaie każdego urządzeia powio pozostać iezmieioe w ciągu całego cyklu życia systemu. Sprzęt elektryczy do ochroy, sterowaia, rozłączaia i izolacji urządzeń oraz okablowaie ma zapewić odpowiedi poziom produkcji eergii w ciągu roku oraz ochroę ludzi i budyków. W ormalych warukach pracy każdy moduł geeruje prąd o wartości zbliżoej do prądu zwarciowego, dlatego zakłada się, że prąd obwodu pojedyczego strigu wyosi: I = 1, 25 (1) b I sc gdzie I sc jest prądem zwarciowym w warukach ormalych, a możik 1,25 bierze pod uwagę ryzyko 25% wzrostu promieiowaia powyżej 1 kw/m Kable łączące moduły PV Kable łączące moduły mocowae są do elemetów, których temperatury mogą osiągać wartości 70 C do 80 C. Najczęściej stosuje się kable jedożyłowe a apięcie 0,6/1 kv o maksymalej temperaturze pracy ie iższej iż 90 C i wysokiej odporości a promieiowaie UV. Produceci podają obciążalość kabli I o p. w temperaturze 30 C w powietrzu. Ze względu a temperaturę pracy i sposób istalacji obciążalość kabli używaych do łączeia modułów wymaga stosowaia Nr

2 współczyików korekcyjych (wyoszących awet 0,52). Przekrój kabla istalacji fotowoltaiczej powiie spełiać dwa waruki: jego obciążalość prądowa I z ie powia być miejsza od projektowaego prądu I b i jeżeli waruek te jest spełioy, to ie jest wymagae zabezpieczeie kabla przed przeciążeiem, spadek apięcia powiie mieścić się w określoym przedziale. Po stroie DC istalacji PV spadek apięcia a kablach jest powiązay jedyie z ich rezystacją i odpowiada procetowej stracie mocy: Poieważ dążymy do maksymalego ograiczeia strat mocy, przyjmuje się, że spadek apięcia a kablach powiie wyosić 1 do 2% (a ie 4% jak to ma miejsce w iych istalacjach). Małe istalacje PV składające się z jedego lub dwóch strigów ie wymagają zabezpieczeia kabli przed zwarciem. W istalacjach większych, w których strigów jest podłączoych do przemieika częstotliwości, kabel powiie być zabezpieczoy przed zwarciem jeżeli jego obciążalość I z < (-1) 1,25 I sc Prądy rewersyje Biorąc pod uwagę obszar zajmoway przez moduły fotowoltaicze, część z ich (jedo lub więcej ogiw) może zaleźć się w cieiu drzew, liści opadłych, komiów, chmur, śiegu lub paeli fotowoltaiczych zaistalowaych w pobliżu. W przypadku zasłoięcia ogiwa fotowoltaicze przestają produkować eergię i stają się elemetami bierymi. Zachowują się wtedy jak diody, które blokują przepływ prądu wytwarzaego przez ie połączoe szeregowo ogiwa, zagrażając całości produkcji modułu. W teorii rozwiązaiem dla tej sytuacji byłoby wstawieie diody by-passu rówolegle do każdego, pojedyczego ogiwa. Byłoby to jedak zbyt uciążliwe i kosztowe. Dlatego zazwyczaj istalowae są 2 4 diody obejściowe dla każdego modułu. Zasłoięty strig absorbuje i rozprasza eergię elektryczą wytwarzaą przez ie strigi połączoe rówolegle i współpracujące z tym samym przemieikiem częstotliwości. Płyie przez iego prąd rewersyjy w kieruku przeciwym do stadardowego. Prąd te może uszkodzić moduły. Moduły fotowoltaicze są w staie wytrzymać prądy rewersyje o wartości od 2,5 do 3 I sc. Jeżeli do jedego iwertera podłączoych jest rówolegle strigów, to prąd rewersyjy wyosi I iv = (-1)1,25I sc. Zabezpieczaie strigów ie jest koiecze, jeżeli I iv 2,5I sc. W te sposób otrzymujemy zależość: (-1)1,25I sc 2,5I sc, a z iej 3. Nie ma więc potrzeby stosowaia zabezpieczeia przed prądami rewersyjymi, jeżeli ilość strigów ie jest większa od Dobór wkładek bezpieczikowych i wyłączików Do zabezpieczeń strigów projektaci istalacji solarych ajczęściej stosują bezpiecziki, które w przeciwieństwie do diod w przypadki awarii, przerywają ob- 22 U UI P U % = 100% = 100% = 100% = P% U U I P (2)

3 wód elektryczy. Bezpiecziki są rozwiązaiem prostym w użytkowaiu, ale ależy zwrócić uwagę a ich właściwy dobór i uwzględić pewe podstawowe wymagaia: muszą posiadać charakterystykę wyzwalaia gpv odpowiedią do ochroy fotowoltaiczych obwodów, zgodie z ormą IEC , muszą być dobrae do wartości prądu, tj. ie miej iż 1,25I sc i ie więcej od wartości wskazaej przez ich produceta dla ochroy modułów. Przy braku określoych zaleceń ależy dobrać wartość bezpieczika a wartość prądu 2,0I sc lub miej, wkładki bezpieczikowe ależy zamotować w dedykowaych rozłączikach bezpieczikowych, będących w staie rozproszyć eergię, która wytworzy się w krańcowo złych warukach roboczych. Rys. 1. E 9F PV Rys. 2. E90/32PV Jeżeli do zabezpieczeia strigów stosujemy wyłącziki, to ich prąd zamioowy I, tak jak dla wkładek bezpieczikowych, powiie być ie miejszy iż 1,25I sc i ie większy od wartości podaej przez produceta, a przy braku określoych zaleceń ie większy od 2,0I sc. Wytrzymałość zwarciowa wyłączików zabezpieczających strigi ie powia być miejsza od prądu zwarciowego z pozostałych -1 strigów podłączoych do tego samego przemieika częstotliwości: cu ( 1) 1, I sc I 25 (3) Dla wyłączików wyposażoych tylko w zabezpieczeie magetycze jest koiecze, jeżeli to możliwe, astawieie fukcji zabezpieczeia a wartość I z w celu ustaleia zadziałaia urządzeia, jeżeli prąd przekroczy obciążalość zabezpieczaego kabla. Oprócz tego możliwe jest zastosowaie zabezpieczeia magetyczego, jeżeli ilość strigów ie przekracza 3. Przy większej liczbie ależy stosować zabezpieczeia termomagetycze. Nr

4 3. Izolowaie i rozłączaie W istalacji fotowoltaiczej ważą rolę odgrywa izolowaie i możliwość rozłączeia urządzeń po obu stroach przemieika częstotliwości: w obwodach prądu stałego oraz po stroie prądu przemieego. Rozłącziki izolacyje dedykowae do zastosowań fotowoltaiczych są stadardowo używae do izolacji paeli słoeczych i baterii akumulatorów. Mogą być rówież stosowae jako rozłącziki główe całego systemu fotowoltaiczego. Rozłącziki ABB mają kompaktowe wymiary, uikale fukcje bezpieczeństwa i mogą pracować przy wysokich wartościach apięcia stałego. Rozłącziki OTDC dostępe są rówież w wersji w obudowie odporej a promieiowaie UV. Rys. 3. Rozłącziki OTDC Rys. 4. Rozłącziki OTDC Rozłącziki OTDC A to obecie jedye a ryku aparaty 2-bieguowe a apięcie łączeiowe 1000 V DC. Skostruowaie takich aparatów stało się możliwe dzięki staraej optymalizacji płyt łukowych i zastosowaiu dwuprzerwowego rozłączaia z wydmuchem magetyczym. Do przerwaia prądu w rozłączikach OTDC wykorzystywaa jest elektromagetycza siła Loretza powodująca wyciągięcie i przerwaie łuku. W aparatach większych siła elektromagetycza ma wystarczającą wartość, by umożliwić przerwaie prądu. W rozłączikach miejszych powiększa się siłę Loretza wprowadzając dodatkowe pole magetycze wewątrz komór łukowych. Aparaty mają symetryczą kostrukcję, która umożliwia łączeie iezależe od polaryzacji, więc rozłączik działa jedakowo w obie stroy. Rozłącziki OTDC A DC są jedyymi tego typu aparatami a ryku z widoczą przerwą zrealizowaą przez duże oka w obudowie, które pozwalają sprawdzić położeie styków główych aparatu. Działaie rozłączika ie jest wrażliwe a skoki apięcia, a przełączaie odbywa się z prędkością iezależą od operatora (szybkie załączeie i rozłączeie). Fukcje izolowaia i rozłączaia w kategorii użytkowaia DC22B możemy zrealizować stosując Tmaxy PV pierwszą rodzię kompaktowych rozłączików dedykowaych do segmetu PV a apięcie zamioowe łączeiowe U e do 1100 V DC i zakres prądowy od 160 do 1600 A. Stosując Tmaxy PV możemy zrealizować fukcję sterowaia zdalego przy użyciu apędu silikowego. 24

5 Rys. 5. Rozłączik Tmax T1D Ochroa przepięciowa Ze względu a miejsce motażu paeli słoeczych istalacje fotowoltaicze są arażoe a bezpośredie uderzeia piorua lub a przepięcia związae z pośredim oddziaływaiem wyładowań atmosferyczych. Ochroa przepięciowa po stroie apięcia przemieego realizowaa jest zgodie ze stadardowymi zasadami obowiązującymi dla istalacji AC. Ochroa po stroie DC wymaga zastosowaia aparatów dedykowaych do istalacji PV. Ogiwa fotowoltaicze są zwykle powiązae z przemieikami częstotliwości. W przypadku przepięcia elemety elektroicze i półprzewodikowe są ajbardziej arażoe a uszkodzeie. Grupa ABB opracowała mocowae a szyie modułowej ograicziki OVR PV_, które mogą realizować ochroę przepięciową ogiw fotowoltaiczych z przemieikami częstotliwości po stroie DC. W propoowaym rozwiązaiu przepięcie zostaje ograiczoe do wymagaego poziomu ochroy dzięki zastosowaiu połączeia Warystor Warystor (Warystor tlekowy ZO MOVs Metal Oxyde Varistor ) lub Iskierik gazowy Warystor. Ograicziki OVR PV_ mogą być stosowae w elektrowiach słoeczych i w aplikacjach domowych. Nr

6 Rys. 6. Przykład istalacji fotowoltaiczej w domku jedorodziym. Ozaczeia: Pukty A, B, C to miejsca motażu ograiczików przepięć w istalacji paeli fotowoltaiczych po stroie DC. Propoowae typy ograiczików: OVR PV P TS dla U max = V, OVR PV P TS dla U max = 1000 V. Każdy warystor ma odłączik termiczy i w razie potrzeby istaluje się dodatkowe zabezpieczeie. Ograicziki przepięć do istalacji fotowoltaiczych OVR PV ie wymagają dobezpieczeia przy prądach zwarciowych do 100 A. Natomiast w przypadku wartości powyżej 100 A muszą być dobezpieczoe bezpieczikami 10 A typu gpv lub 10 A wyłączikiem S800 PV-S. Gaszeie łuku elektryczego przy prądzie stałym jest bardziej złożoe, poieważ prąd stały ie przechodzi przez zero. Ograiczik przepięć OVR PV jest w staie zgasić łuk dzięki szybkiemu rozłączeiu styków i odizolowaiu ich przez wprowadzeie specjalej przegrody, która wsuwa się między styki przerywając łuk. Ograicziki przepięć a prąd 20 ka mają średi czas życia 20 lat (iektóre lat 30, ie 5). Są to wartości statystycze dla Europy. ABB opracowała całą gamę iezawodych produktów dedykowaych do zastosowań fotowoltaiczych, które są w staie sprostać wymagaiom całej istalacji, od łańcuchów paeli fotowoltaiczych (strigów) po stroie prądu stałego aż do połączeia z siecią eergetyczą. Oferujemy pojedycze aparaty i gotowe rozwiązaia rodzię wyposażoych w aparaty, okablowaych, certyfikowaych szafek istalacyjych do zabezpieczeia od 1 do 8 strigów do zastosowaia w małych istalacjach PV i w dużych farmach słoeczych. Rys. 7. Szafka istalacyja zabezpieczajaca 1 strig 5. Literatura 1. Techical Applicatio Papers No. 10 Photovoltaic plats 11/ Low Voltage Products Solutios for solar eergy 10/