A fotovoltaikus egyenáramú ívekkel kapcsolatos problémák Bevezetés és megoldások

A napelemes technológia gyors fejlődésével a fotovoltaikus energiatermelés világszerte az egyik fontos zöldenergia-megoldás lett. A fotovoltaikus rendszerek jelentős szerepet töltenek be, legyen szó lakóházak háztetőiről, ipari parkokról vagy nagyméretű-naperőművekről. Ugyanakkor a fotovoltaikus rendszerek biztonsági kérdései fokozatosan egyre nagyobb figyelmet kapnak. Az egyenáramú ív, mint elektromos jelenség, amely befolyásolhatja a fotovoltaikus rendszerek stabilitását, minden szakembernek és felhasználónak gondosan megértenie kell.

1. A DC Arc Striking jelentése

Az egyenáramú ívelés, ahogy a neve is sugallja, arra a jelenségre utal, amikor az érintkezési pontok között ív képződik, amikor az egyenáramú áramkörben az áramút hirtelen megszakad.

Az elektromos ív egyfajta gázkisülési jelenség. Amikor egy gázt ionizálnak, vezető csatornát képez, ami elektromos ívet eredményez. A fotovoltaikus egyenáramú áramkörökben, amikor egy apró rés lép fel az áramkörben, a résen áthaladó egyenfeszültség elektromos mezőt hoz létre benne. Amikor az elektromos térerősség elér egy bizonyos szintet, a levegőmolekulák ionizálódnak. A levegőmolekulák atomokból állnak, amelyek pozitív töltésű atommagokból és negatív töltésű elektronokból állnak. Erős elektromos tér hatására az elektronok elegendő energiát nyernek ahhoz, hogy kiszabaduljanak az atommagból, és szabad elektronokká váljanak. Ezek a szabad elektronok felgyorsulnak az elektromos térben, ütköznek más levegőmolekulákkal, több molekulát ionizálnak, ezáltal nagyszámú szabad elektront és pozitív iont hoznak létre. Ezt a folyamatot gázlebontásnak nevezik. Miután a gáz lebomlik, elektromos ív képződik.

Egyenáramú ívkiütési folyamat:

Az egyenáramnál, mivel nincs nulla keresztezési pontja és az áram iránya nem változik, az ív folyamatosan kaphat energiát, ami megnehezíti az önkioltást.

Az áramköri csatlakozási mód és az ív elhelyezkedése szerint az ívek soros ívekre és párhuzamos ívekre oszthatók (A földelési ív a párhuzamos ívek speciális típusának tekinthető). A soros ívek általában egyetlen feszültség alatt álló vezetőn belül fordulnak elő. Mivel a vezetékek közötti távolság kicsi, és sok vezeték van, az előfordulás gyakorisága nagyobb; sőt, mivel a soros ívjel gyenge és könnyen elfedi a zajt, nehéz észlelni, és ha nem kezelik időben, könnyen tüzet okozhat. Általában párhuzamos ívek keletkeznek a különböző feszültség alatt álló vezetők között. Mivel a vezetők közötti távolság nagy és az út összetett, az előfordulási gyakoriság kisebb. Jelenleg a védőintézkedések, például biztosítékok és megszakítók hatékonyan szabályozhatják a párhuzamos ívek hatását.

2. OkaiDC Arc Striking

2.1 Csatlakozási komponensek problémái

A csatlakozási alkatrészek az egyik leggyakoribb hibapont a fotovoltaikus rendszerekben, és egyben az egyenáramú ívképződés egyik fő oka is.

• A meglazult, oxidált vagy elkopott csatlakozók (például MC4-dugók) gyakori problémák: Hosszan tartó-használat során a csatlakozók meglazulhatnak olyan tényezők miatt, mint a rezgés és a hőmérséklet-változások. A laza csatlakozók növelhetik az érintkezési ellenállást, és nagy mennyiségű hőt termelnek, amikor az áram áthalad rajta, ami a csatlakozó hőmérsékletének emelkedését okozza. A magas hőmérséklet felgyorsítja a csatlakozó oxidációját és kopását, ördögi kört hozva létre, amely végül hézagokhoz vezet, ami ívképződést válthat ki.

• A kábelcsatlakozások krimpelése nem felel meg a szabványnak: Az elégtelen krimpelőerő vagy szivárgás rossz érintkezéshez vezethet a kábelcsatlakozásoknál, ami szintén növeli az érintkezési ellenállást, magas hőmérsékletet generál, és ennek következtében ívképződést okozhat.

2.2 Vezetékproblémák

A vezetékek fontos elemei a fotovoltaikus rendszerekben az áram átvitelére, minőségük és állapotuk közvetlenül befolyásolja a rendszer biztonságos működését.

• A kábel szigetelőrétegének sérülése hézagot okozhat a vezető és a földelő testek vagy fémtartók között, ami ívképződéshez vezethet: A kábel szigetelése megsérülhet a telepítés vagy használat során olyan tényezők miatt, mint például mechanikai sérülések vagy kémiai korrózió.

• A vezetéket külső erők (például rágcsálók rágcsálása vagy mechanikai súrlódás) károsíthatják, ami helyi expozíciót eredményezhet, ami egyben az ívnyúlás egyik oka is: Egyes kültéri fotovoltaikus erőművekben időről időre előfordul, hogy rágcsálók rágcsálják a kábeleket.

2.3. Környezeti és öregedési tényezők

A környezeti tényezők és a berendezések elöregedése szintén fontos okai a fotovoltaikus rendszerek egyenáramú ívének.

• A magas hőmérsékletnek és magas páratartalomnak való hosszan tartó kitettség felgyorsíthatja az alkatrészek öregedését, ami a szigetelési teljesítmény csökkenéséhez vezethet: Magas{0}}hőmérsékletű környezetben az alkatrészek anyagai hőöregedésen mennek keresztül, amitől teljesítményük fokozatosan csökken; magas páratartalmú-környezetben az alkatrészek nedvessé válhatnak, ami befolyásolja szigetelési tulajdonságaikat.

• A csatlakozási pontokon por és korrózió halmozódik fel, ami megzavarhatja az elektromos folytonosságot és réskisülést okozhat: Erős korrozív hatású, poros környezetben a csatlakozási pontokon nagy mennyiségű por és korrozív anyag halmozódik fel. Ezek az anyagok akadályozhatják az elektromos áram átvitelét, növelhetik az ellenállást a csatlakozási pontokon, magas hőmérsékletet generálhatnak, és ívképződést okozhatnak.

3. Az egyenáramú ív észlelési technológiája és alkalmazása a fotovoltaikában

3.1 Ívhiba áramkör-megszakító (AFCI/AFDD)

Az AFCI funkciója az, hogy ív fellépésekor azonnal „érzékelje és lekapcsolja az áramellátást”, megakadályozva ezzel a tűz továbbterjedését.

Általában egyenáramú kombináló dobozokba, inverterekbe vagy megszakítókba van beépítve, hogy valós időben figyelje az áramjeleket. Amikor ív keletkezik, az aktuális hullámforma specifikus nagy{1}}frekvenciás zajt és torzítást mutat. Az AFCI algoritmusokat használ a rendellenes jel észlelésére, és gyorsan leválasztja az áramkört.

Amint az a fenti aktuális spektrum hullámformában látható, a piros az elektromos ív fellépését jelzi, egyértelműen kontrasztban a kékkel, ahol nincs ív.

Egy tipikus elektromos rendszerben a véletlenszerű háttérzaj általában csak 200 kHz feletti frekvenciákon változik észrevehetően. Ezzel szemben a kapcsolóvezérlő áramkörök, például az elektromos rendszer inverterei jellemzően 50 kHz alatti spektrumon működnek. Arról nem is beszélve, hogy maga a váltakozó áramú tápegység jele még alacsonyabb, 50/60 Hz-es frekvencián van. Ezért az FFT algoritmus használatával az észlelt kábeláramot a frekvenciatartományba konvertálva, majd elemezve a 30 kHz és 100 kHz közötti frekvenciasávot, hatékonyan meg lehet különböztetni az áramköri rendszer normál működését és a rendellenes íves állapotokat.

Fő szerkezet

Az AFCI ívhiba-megszakítók főként megszakító modulból, szivárgási modulból, teljesítménymodulból, jelkondicionáló modulból, kioldóegység-modulból és kommunikációs interfész modulból állnak.

• Tápegység modul: táplálja az AFCI/AFDD-n belüli megfelelő eszközöket.

• Jelkondicionáló modul: A főáramkörben lévő áramjel egy vonali áramváltón keresztül jut el a jelkondicionáló modulhoz. A modul felerősíti, egyenirányítja és szűri a jelet, mielőtt azt a mikrokontrollernek küldi feldolgozásra.

• Kioldó modul: Az AFCI ívhiba-megszakítóban a kioldómodul elektromágneses szerkezete egy új energiatakarékos technológiát alkalmaz, ami minimálisra csökkenti a kapcsoló elektromágneses rendszer magveszteségét és{1}}zárlati veszteségeit, ezáltal maximalizálja az energiamegtakarítást. Az elektromágneses rendszerre gyakorolt ​​energiahatás csökkentése érdekében egy puffereszközt adnak hozzá, javítva a kapcsoló zárási teljesítményét és meghosszabbítva élettartamát. A kioldó modul működési mechanizmusa képes fogadni a fő vezérlőchip MCU által észlelt hibajelzéseket, és vezérlő érintkezőkön keresztül megszakítja a tekercs áramkörét, miközben az elektromágneses mechanizmus megszakítja a fő áramkört. A hiba elhárítása után a kezelőgomb megnyomásával a modul alaphelyzetbe áll.

• Kommunikációs interfész modul: Ez a modul lehetővé teszi az adatok, például áram-, feszültség-, áramfázis- és ívjelek valós idejű átvitelét a terminálszámítógép felé, lehetővé téve a távfelügyeletet.

Működési elv

Az AFCI ívhiba-megszakító fő vezérlő chipje, az MCU valós időben figyeli a főáramkör áramjelét. Ha a fő áramkörben ívhibát észlel, a mikrokontroller kioldójelet küld, és a kioldó áramkör végrehajtja a kioldási műveletet.

3.2 Infravörös hőképalkotási technológia

Az infravörös hőképezési technológia infravörös kamerán keresztül érzékeli a rendellenes felmelegedést a csatlakozási pontokon, lehetővé téve a lehetséges ívkockázatok előzetes azonosítását. A gyenge érintkezést gyakran lokálisan magas hőmérséklet kíséri, és az infravörös hőképalkotás egyértelműen képes megjeleníteni ezeket a magas hőmérsékletű területeket, így a karbantartó személyzet számára intuitív referenciaként szolgál.

4. Védelmi intézkedések és végrehajtás a fotovoltaikus egyenáramú ívhibákra

4.1 Normál telepítés

A megfelelő telepítés az alapja a fotovoltaikus rendszerekben az egyenáramú ívképződés megelőzésének. A telepítés során ügyeljen arra, hogy a csatlakozók és a kábelcsatlakozások szilárdan préselve legyenek, hogy elkerülje a laza csatlakozásokat. A préselésnél professzionális szerszámokat kell használni, az előírt erővel működtetve, hogy a csatlakozási pontokon minimális érintkezési ellenállást biztosítsunk.

Ugyanakkor a mechanikai sérülések kockázatának csökkentése érdekében válasszon olyan szigetelőanyagokat, amelyek megfelelnek a szabványoknak. A kábelek felszerelésekor kerülje a túlzott hajlítást és nyújtást, hogy elkerülje a szigetelőréteg károsodását.

4.2Alkatrészek kiválasztása

Válasszon olyan csatlakozókat és kábeleket, amelyek ellenállnak az elöregedésnek és a magas hőmérsékletnek, és különösen zord körülmények között fokozzák az alkatrészek védelmi szintjét (például IP65/IP67). Az alkatrészek kiválasztásakor teljes mértékben vegye figyelembe a fotovoltaikus erőmű környezeti feltételeit, például a hőmérsékletet, a páratartalmat és a korrozív hatást.

Például a magas{0}}hőmérsékletű területeken működő fotovoltaikus erőművekben olyan csatlakozókat és kábeleket kell választani, amelyek magasabb hőmérsékleten is képesek stabil teljesítményt fenntartani; erősen korrozív környezetben, például tengerparti területeken, korrózióálló alkatrészeket kell választani.

4.3 Rendszertervezés optimalizálása

A rendszertervezés optimalizálása kulcsfontosságú a fotovoltaikus rendszerekben az egyenáramú ívképződés megelőzésében. A tervezési folyamat során fontos elkerülni a túlzottan magas egyenfeszültséget (amelynek meg kell felelnie a biztonsági előírásoknak), csökkenteni kell a hosszú kábelfutást, és minimálisra kell csökkenteni a réskisülés valószínűségét.

Ésszerűen tervezze meg a fotovoltaikus modulok elrendezését és a kábelek elvezetését, törekedve a kábelhossz minimalizálására és a kábelek hajlításainak és illesztéseinek számának csökkentésére. Ugyanakkor megfelelő védőeszközöket kell felszerelni, például biztosítékokat, megszakítókat és ívhibavédelmi eszközöket, hogy azonnal lekapcsolják az áramellátást, ha bármilyen rendellenességet észlel az áramkörben.