Fot. 1. Wkładka topikowa cylindryczna (10x38) CH 10 DC.Przy pozyskiwaniu energii elektrycznej z energii słonecznej używa się krzemowych (monokrystalicznych lub polikrystalicznych) ogniw słonecznych, które generują energię elektryczną kiedy są oświetlane słońcem. Najmniejsze ogniwo słoneczne PV (cela PV) wielkości ok. 12×12 cm generuje w przybliżeniu napięcie 0,6 V i największy prąd do 3,5 A. Cele PV połączone elektrycznie mogą osiągnąć powierzchnię od 1 do 2,5 m2. Taki moduł PV generuje napięcie stałe DC od 20 do ok. 50 V.
Poprzez szeregowe połączenie modułów PV, można uzyskać napięcie wyjściowe całego rzędu od 100 do 1000 V DC. To napięcie nie jest ciągle jednakowe i nie jest tak duże w przypadku, kiedy promienie słoneczne nie oświetlają modułu baterii PV.
Każdy moduł PV generuje także prąd wyjściowy w wysokości od 4 do 9 A, w zależności od typu modułu PV. Aby osiągnąć wyższe prądy obciążenia, a tym samym moc zestawu, łączy się moduły PV równolegle. Otrzymane w ten sposób moduły można obciążyć prądem w zakresie od 80 do 300 A. Ten prąd zasila przekształtnik (falownik), który jest urządzeniem energoelektronicznym, i przetwarza prąd stały DC w prąd przemienny AC, wykorzystywany do zasilania konkretnych urządzeń lub ogólnej sieci elektroenergetycznej. Ogniwa słoneczne różnią się zasadniczo od innych źródeł energii. Ich prąd zwarciowy jest tylko o ok. 15-20% większy od prądu znamionowego In. W związku z tym w tego typu instalacjach bezcelowe jest stosowanie popularnych bezpieczników topikowych lub wyłączników nadprądowych, wymagających do zadziałania kilkakrotnie większego prądu niż znamionowy.
W instalacji fotowoltaicznej zacienienie (nawet częściowe) jednego z modułów powoduje w tym panelu stan zwarcia i przepływ prądu zwarciowego Isc będącego sumą prądów pochodzących z innych łańcuchów paneli PV. Ponadto uszkodzenie wewnętrzne falownika może spowodować przepływ prądu zwarciowego (którego źródłem może być sieć publiczna) do układu modułów PV. Istnieje więc niebezpieczeństwo uszkodzenia instalacji PV oraz porażenia prądem elektrycznym. W celu uniknięcia powyższych zagrożeń, stosuje się dwa poziomy ochrony za pomocą bezpieczników topikowych w systemach PV, a mianowicie:
Przeznaczone są do zabezpieczania przed prądem zwarciowym DC modułów PV – bezpośrednio przy modułach PV, specjalnie zaprojektowanych i zbadanych bezpieczników topikowych cylindrycznych 10×38 mm CH 10 DC gPV (fot. 1). Bezpieczniki CH 10 DC przeznaczone są do pracy w rozłącznikach PCF 10 DC lub VLC 10 DC. Poziom I bezpieczników umożliwia odłączenie każdego pojedynczego rzędu modułów PV. Rozłączniki PCF i VLC są zainstalowane zarówno w biegunie „+”, jak i w biegunie „–” obwodu łańcucha modułów PV.
Fot. 2. Wkładki topikowe NV DC 750 – 1100 V przeznaczone do zabezpieczania instalacji fotowoltaicznej PV.Rozłączniki PCF, VLC i wkładki topikowe dla systemów PV, przeznaczone są na znamionowe napięcie 900 V i 1000 V DC. Bezpieczniki te posiadają specjalną charakterystykę czasowo-prądową t-I przypominającą charakterystykę gR bezpieczników Ultra- -Quick do zabezpieczania elementów półprzewodnikowych. Ich znamionowe całki Joule’a przedłukowe i wyłączania są bardzo niskie. Aby prawidłowo dobrać bezpieczniki CH 10 DC do zabezpieczenia łańcucha paneli PV należy znać dopuszczalny prąd zwarciowy (Isc) modułu PV, i jego napięcie w stanie nieobciążonym (Uoc) oraz liczbę zastosowanych modułów PV w jednym rzędzie. Gdy w instalacji występują tylko 2 rzędy modułów PV, nie ma potrzeby stosowania bezpieczników CH 10 DC. W przypadku występowania większej ilości łańcuchów paneli PV prąd znamionowy (Inb) wkładki CH 10 DC do zabezpieczenia jednego łańcucha paneli PV wyznacza się z zależności:
1,4 × Isc ≤ Inb ≤ 2,4 × Isc.
Natomiast napięcie znamionowe Unb wkładki CH 10 DC wyznacza się z zależności:
Unb = 1,2 × Uoc × ilość modułów PV w rzędzie
Zastosowany współczynnik 1,2 wynika ze zmienności napięcia generowanego przez moduł PV na skutek zmienności natężenia naświetlenia lub temperatury zewnętrznej.
Fot. 3. Ogranicznik przepięć ETITEC B-PV.Zabezpieczenie główne PV (fot. 2) jest zwykle umiejscowione po stronie DC w pobliżu zacisków przekształtnika. Wkładki topikowe NH gPV DC są zwykle przystosowane na prąd stały na napięcie znamionowe DC 750 - 1500 V i są umieszczone w podstawach bezpiecznikowych lub rozłącznikach, które umożliwiają bezpieczne i szybkie odłączenie przekształtnika od modułów PV. Aby prawidłowo dobrać bezpieczniki NH gPV DC do zabezpieczenia głównego modułów PV należy znać znamionowy prąd zwarciowy (Isc) modułu PV, i oraz liczbę rzędów modułów PV. Prąd znamionowy wkładki PV DC do zabezpieczenia wszystkich rzędów modułów PV wyznacza się z zależności:
Inb = 1,5 × Isc × ilość wszystkich rzędów modułów PV
Natomiast napięcie znamionowe Unbwkładki NH gPV DC wyznacza się z zależności:
Unb = 1,2 × Uoc × ilość modułów PV w rzędzie
Bezpieczniki PV DC montuje się w rozłącznikach bezpiecznikowych DC lub podstawach bezpiecznikowych DC (fot. 2) i instaluje się zarówno w biegunie „+”, jak i w biegunie „–” obwodu DC przekształtnika. Bezpieczniki gPV DC występują na napięcia znamionowe Un (DC) = 750, 1000, 1100 i 1500 V. Zakres prądów znamionowych Inb = 32 - 500 A w wielkościach – 0, 1C, 1, 2, 3.
Instalacje fotowoltaiczne zawierają zazwyczaj urządzenia i aparaty o niskiej wytrzymałości przepięciowej i odporności na prądy udarowe. Moduły PV umieszczone na zewnątrz obiektu – najczęściej na jego dachu narażone są na przepięcia spowodowane wyładowaniem atmosferycznym, przepięcia łączeniowe i wnikanie prądu piorunowego do wnętrza budynku. W zależności od ich położenia, moduły PV powinny być chronione przed bezpośrednim wyładowaniem atmosferycznym za pomocą zewnętrznej instalacji odgromowej. Ochronę instalacji fotowoltaicznej PV przed przepięciami zapewniają ograniczniki przepięć ETITEC B-PV oraz ETITEC C-PV (fot. 3 i 4).
Fot. 4. Ogranicznik przepięć ETITEC C-PV.Ograniczniki przepięć ETITEC B-PV są przeznaczone do montażu w instalacji obiektu wyposażonego w zewnętrzną instalację odgromową, natomiast ograniczniki ETITEC C-PV są przeznaczone do instalacji w obiektach bez zewnętrznej instalacji odgromowych.
Kiedy w zainstalowanym systemie modułów PV odległość pomiędzy zestawem modułów PV a przekształtnikiem przekracza ok. 10 m, to należy zamontować dwa ograniczniki B-PV lub C-PV.
Aby prawidłowo dobrać napięcie pracy długotrwałej Uc ograniczników przepięć ETITEC – PV do ochrony instalacji PV należy znać napięcie Uoc nieobciążonego rzędu modułów fotowoltaicznych PV. Znamionowe napięcie długotrwałe Uc ograniczników powinno wynikać z zależności:
Uc ≥ 1,2 × Uoc
Zastosowany współczynnik 1,2 również wynika ze zmienności napięcia generowanego przez moduły PV na skutek zmienności natężenia naświetlenia lub temperatury zewnętrznej.
Dla ułatwienia doboru i montażu aparatów zabezpieczających systemy PV firma ETI Polam oferuje kompletnie wyposażone rozdzielnice PV. Są to rozdzielnice szczelne o stopniu ochrony IP65, wyposażone w rozłączniki bezpiecznikowe PCF10 lub VLC10 do wkładek topikowych cylindrycznych CH gPV, ograniczniki przepięć ETITEC...- PV, rozłącznik główny DC LS...SMA do ręcznego rozłączania paneli fotowoltaicznych PV od przekształtnika. Wszystkie aparaty są fabrycznie odpowiednio ze sobą połączone przewodami. Rozdzielnice PV posiadają 3, 4, 5 lub 6 wejść do podłączenia 3, 4, 5 lub 6 rzędów szeregowo połączonych modułów PV. Ich napięcia znamionowe to 550 V DC i 1000 V DC.
Inż. Roman Kłopocki
Autor pracuje w firmie ETI Polam Sp. z o.o. w Pułtusku
Jesteś zainteresowany podobnymi produktami lub usługami?
Kliknij w wybraną wizytówkę, żeby dowiedzieć się więcej.
