Sumber: iaeimagazine.org
Badai sempurna Lightning untuk kehancuran ada di lapangan matahari. Panel surya 'besar - dan sering diekspos dan terisolasi - lokasi membuat perlindungan lonjakan penting untuk bertahan hidupnya.
Petir adalah pelepasan listrik di atmosfer. Saat kilat menyikat, kebakaran rentan terjadi karena pelepasan energi. Awan Nimbus (awan hujan) memiliki konsentrasi muatan listrik, dan akumulasi mereka menciptakan ionisasi udara. Ionisasi udara yang ada di antara tanah dan awan Nimbus menciptakan pembuangan dari awan ke tanah. Awan Nimbus menyebabkan lonjakan terbesar karena mereka adalah yang menghasilkan kilat.
Serangan petir tidak langsung merusak. Pengamatan anekdotal tentang aktivitas petir biasanya merupakan indikator yang buruk dari tingkat petir - yang diinduksi overvoltage dalam array PV1. Serangan petir tidak langsung dapat dengan mudah merusak komponen sensitif dalam peralatan PV, yang sering memiliki biaya tinggi untuk memperbaiki atau mengganti komponen yang rusak dan mempengaruhi keandalan sistem PV1. Tegangan berlebih tergantung pada kondisi pengaturan masing -masing sistem PV dan kabel.
Sistem PV terpapar di ruang terbuka yang besar, biasanya di bidang atau di bagian atas bangunan. Awan hujan bermuatan yang menumpuk di atas ladang terbuka seperti itu memiliki kecenderungan untuk melepaskan muatan dalam bentuk petir. Ketika ini terjadi, lonjakan tegangan kemungkinan terjadi. Semakin luasnya lapangan, semakin besar kemungkinan kerusakan terjadi.
Peralatan elektronik dapat dengan mudah rusak ke titik kegagalan bencana oleh lonjakan. Jika terjadi lonjakan ketika ada personel, itu akan membahayakan keselamatan mereka juga. Serangan petir tidak langsung bisa berakibat fatal jika orang tersebut berada dalam jarak 60 kaki dari titik sambungan petir [2]. Ketika sistem PV terletak di situs industri, operasi dan peralatan bisnis juga dalam bahaya. Inverter mahal, tetapi untuk aplikasi industri, kegagalan yang bahkan lebih mahal adalah biaya downtime.
Ketika Lightning menyerang sistem PV surya, itu menyebabkan arus transien yang diinduksi dan tegangan dalam loop kawat sistem PV surya. Arus dan tegangan sementara ini akan muncul di terminal peralatan dan kemungkinan menyebabkan kegagalan isolasi dan dielektrik dalam komponen listrik dan elektronik PV surya seperti panel PV, peralatan inverter, kontrol dan komunikasi2, serta perangkat di instalasi bangunan3. Kotak array, inverter, dan perangkat MPPT (Power Point Tracker) memiliki titik kegagalan tertinggi.
Untuk mencegah energi tinggi melewati elektronik dan menyebabkan kerusakan tegangan tinggi pada sistem PV, lonjakan tegangan harus memiliki jalur ke tanah. Untuk melakukan ini, semua permukaan konduktif harus ditumbuhkan langsung dan semua kabel yang masuk dan keluar dari sistem (seperti kabel Ethernet dan listrik AC) digabungkan ke ground melalui perangkat pelindung lonjakan (SPD).
SPD diperlukan untuk setiap kelompok string di dalam kotak array, kotak Recombiner, serta pemutusan DC.
Klasifikasi Perangkat Perlindungan Lonjakan
SPD memberikan perlindungan terhadap bahaya yang disebabkan oleh lonjakan.
UL 1449 [4] mendefinisikan tipe 1, tipe 2, dan tipe 3 SPD:
Tipe 1:Satu port, SPD yang terhubung secara permanen, kecuali untuk watt - hour meter soket selungkup, dimaksudkan untuk pemasangan antara sekunder transformator layanan dan sisi garis perangkat overcurrent peralatan servis, serta sisi load, termasuk watt {- soket meter yang diinstal ke eksternal dan spds yang diinstalasi. Tipe 1 SPD untuk digunakan dalam sistem PV dapat dihubungkan antara array PV dan pemutusan layanan utama.
Tipe 2:SPD yang terhubung secara permanen yang dimaksudkan untuk pemasangan di sisi beban perangkat arus kelebihan peralatan servis; termasuk SPD yang terletak di panel cabang dan cetak SPDS. Nilai IMAX adalah arus pelepasan tunggal maksimum yang diwakili oleh bentuk gelombang 8/20 μs yang dapat didukung SPD.
Tipe 3:Titik pemanfaatan SPD, dipasang pada panjang konduktor minimum 10 meter dari panel layanan listrik ke titik pemanfaatan, misalnya kabel terhubung, steker langsung - di, jenis wadah dan SPD yang dipasang pada peralatan pemanfaatan yang dilindungi. Jarak (10 meter) tidak termasuk konduktor yang disediakan atau digunakan untuk memasang SPD.
Tipe 1 SPD melindungi terhadap sambaran petir langsung dan ditandai dengan gelombang saat ini 10/350 μs. Tipe 1 SPD digunakan di inverter pusat.
Tipe 2 SPD melindungi terhadap sambaran petir tidak langsung, yang ditandai dengan bentuk gelombang 8/20 μs. Bentuk gelombang 8/20 μs berarti bahwa pemogokan memiliki waktu kenaikan 8 μs dan durasi menjadi satu - setengah puncak 20 μs. Tipe 2 SPD mencegah penyebaran tegangan berlebih menjadi instalasi dan peralatan listrik. Mereka juga melindungi terhadap efek elektromagnetik Lightning yang menyebarkan lonjakan di dalam kawat.
Tipe 2 SPD harus digunakan pada setiap MPPT dan di dalam inverter string dan kotak array.
Kotak -kotak di mana lonjakan terjadi biasanya rusak akibat pemogokan yang tidak langsung. Bukan hanya jenis bahan dan tinggi, tetapi juga bentuk yang mempengaruhi kemampuan objek untuk menarik sambaran petir. Jika bentuk kotak atau bahan memiliki kecenderungan untuk menarik sambaran petir, maka tipe 1 SPD atau batang petir harus digunakan.
Tinggi, bentuk runcing, dan isolasi adalah karakteristik dominan yang menentukan di mana serangan petir. Ini adalah mitos bahwa logam menarik petir. Namun, penting untuk dicatat bahwa di mana pun peternakan PV berada, atau bentuk benda di dekatnya, SPD sangat penting untuk setiap sistem PV karena kerentanan yang melekat pada pemogokan langsung dan tidak langsung.
Pemilihan dan pemasangan perangkat perlindungan lonjakan untuk sistem PV
Sistem PV memiliki karakteristik yang unik, yang karenanya memerlukan penggunaan SPD yang dirancang khusus untuk sistem PV.
Sistem PV memiliki tegangan sistem DC tinggi hingga 1500 volt. Titik daya maksimum mereka beroperasi hanya pada beberapa persentil di bawah arus sirkuit pendek sistem.
Untuk menentukan modul SPD yang tepat untuk sistem PV dan pemasangannya, Anda harus tahu:
kepadatan flash bulat petir;
suhu operasi sistem;
tegangan sistem;
peringkat arus pendek sirkuit sistem;
tingkat bentuk gelombang yang harus dilindungi terhadap (kilat tidak langsung atau langsung); Dan
arus pelepasan nominal.
Persyaratan SPD untuk instalasi yang dilindungi oleh sistem perlindungan petir eksternal (LPS) tergantung pada kelas LPS yang dipilih dan apakah jarak pemisahan antara LPS dan instalasi PV terisolasi atau tidak - terisolasi [4]. IEC 62305-3 merinci persyaratan jarak pemisahan untuk LPS eksternal.
Untuk memiliki efek perlindungan, tingkat perlindungan tegangan SPD (UP) harus 20 % lebih rendah dari kekuatan dielektrik peralatan terminal sistem.
Penting untuk menggunakan SPD dengan arus rangkaian pendek yang lebih besar dari arus sirkuit pendek dari string array surya yang terhubung dengan SPD. SPD yang disediakan pada output DC harus memiliki DC MCOV sama dengan atau lebih besar dari tegangan sistem fotovoltaik maksimum panel.
Ketika petir menyerang pada titik A (lihat Gambar 1), panel PV surya dan inverter cenderung rusak. Hanya inverter yang akan rusak jika petir menyerang pada titik B. Namun, inverter biasanya merupakan komponen paling mahal dalam sistem PV, itulah sebabnya sangat penting untuk memilih dengan benar dan memasang SPD yang benar pada kedua garis AC dan DC. Semakin dekat pemogokan pada inverter, semakin rusak inverter.
Gambar 1.Lokasi Lightning Strike.
SPD untuk sisi DC sistem fotovoltaik
Sumber PV memiliki karakteristik arus dan tegangan yang sangat berbeda dari sumber DC tradisional: mereka memiliki karakteristik linier non- dan menyebabkan long - istilah kegigihan busur yang dinyalakan. Oleh karena itu, sumber arus PV tidak hanya memerlukan sakelar PV yang lebih besar dan sekering PV, tetapi juga pemutusan untuk perangkat pelindung lonjakan yang disesuaikan dengan sifat unik ini dan mampu mengatasi arus PV.
SPDS yang dipasang di sisi DC harus selalu dirancang khusus untuk aplikasi DC. Penggunaan SPD pada sisi AC atau DC yang salah berbahaya dalam kondisi kesalahan.
Ketika SPD digunakan di sisi DC, mereka juga harus digunakan pada sisi AC karena perbedaan potensial.
SPD untuk sisi AC
Perlindungan lonjakan sama pentingnya untuk sisi AC seperti halnya untuk sisi DC. Pastikan SPD dirancang khusus untuk sisi AC.
Untuk perlindungan optimal, SPD harus berukuran khusus untuk sistem. Pilihan yang tepat akan menjamin perlindungan terbaik dengan umur terpanjang.
Di sisi AC, beberapa inverter dapat dihubungkan ke SPD yang sama jika mereka berbagi koneksi grid yang sama.
Instalasi
SPD harus selalu dipasang di hulu perangkat yang akan mereka lindungi. NFPA 780 12.4.2.1 mengatakan bahwa perlindungan lonjakan harus disediakan pada output DC dari panel surya dari positif ke tanah dan negatif ke tanah, di kotak kombiner dan rekombiner untuk beberapa panel surya, dan pada output ac inverter.
Instalasi SPD yang tepat bergantung pada tiga nilai, yaitu:
Tegangan operasi kontinu maksimum: Tegangan yang akan diaktifkan SPD.
Tingkat Perlindungan Tegangan: Kategori tegangan berlebih peralatan harus lebih tinggi dari tingkat perlindungan tegangan SPD.
Arus pelepasan nominal: Nilai puncak bentuk gelombang (8/20 μs untuk SPD tipe 2) bahwa SPD mampu menahan setelah lonjakan berulang.
Kabel
Kabel dalam sistem PV sering diperluas di jarak jauh sehingga mereka dapat mencapai titik koneksi grid. Namun, panjang kabel yang panjang tidak pernah direkomendasikan, dan sistem PV jauh dari pengecualian.
Ini karena efek bidang - berbasis dan melakukan gangguan listrik yang disebabkan oleh pelepasan petir meningkat dalam kaitannya dengan meningkatnya panjang kabel dan loop konduktor. Ketika tegangan berlebih transien terjadi, penurunan tegangan induktif dalam kabel penghubung dapat melemahkan efek perlindungan SPD. Ini cenderung terjadi jika kabel dialihkan untuk sesingkat mungkin.
Surge Voltage adalah kontributor yang signifikan terhadap kegagalan kabel, dan setiap impuls pada kabel akan berkontribusi pada penurunan kekuatan isolasi kabel.
Jika lonjakan disuntikkan ke dudukan - sendiri sistem PV (sistem yang jauh dari jaringan listrik), operasi peralatan apa pun yang ditenagai oleh listrik matahari, seperti peralatan medis atau pasokan air, dapat terganggu.
Lokasi dan jumlah SPD untuk dipasang pada sisi DC tergantung pada panjang kabel antara panel surya dan inverter (lihat Tabel 1). Jika panjangnya kurang dari 10 meter, maka hanya satu SPD yang diperlukan dan SPD harus dipasang di sekitar yang sama dengan inverter. Jika panjang kabel lebih dari 10 meter, maka pasang satu SPD di sekitar inverter serta SPD kedua dalam kotak yang dekat dengan panel surya.
Rute kabel sedemikian rupa sehingga menghindari loop konduktor besar. Garis AC dan DC dan jalur data harus dialihkan bersama dengan konduktor ikatan ekuipotensial di sepanjang seluruh rute untuk memastikan bahwa loop konduktor tidak terbentuk dari dialihkan pada beberapa string atau ketika menghubungkan inverter ke koneksi grid.
Tabel 1.Seleksi SPD.
Cara menggabungkan SPD dengan inverter
Pertanian PV terdiri dari peralatan yang sangat sensitif yang membutuhkan perlindungan luas. Karena peternakan PV membuat kekuatan arus searah (DC), inverter (yang diperlukan untuk mengonversi daya ini dari DC ke AC) adalah komponen penting untuk produksi listrik mereka. Sayangnya, inverter tidak hanya sangat rentan terhadap sambaran petir tetapi harganya sangat mahal.
NFPA 780,Standar untuk Pemasangan Sistem Perlindungan Petir, dalam 12.4.2.3 membutuhkan SPD tambahan pada input DC inverter jika inverter sistem lebih dari 30 meter dari kotak kombiner atau rekombiner terdekat.
Pasang SPD antara sekering dan inverter jika ada pelindung string (seperti sekering, pemutus DC atau dioda string) [lihat Gambar 2].
Gambar 2.SPD terhubung dengan benar dan salah ke inverter dengan pelindung string.
Untuk menghubungkan SPD ketika ada inverter dengan kotak sekering terintegrasi, pastikan bahwa sekering internal dilewati dan bahwa sekering string eksternal terhubung (lihat Gambar 3). SPD harus dipasang di luar inverter dan dalam tipe NEMA - 3 r selungkup atau lebih tinggi jika itu adalah aplikasi di luar ruangan.
Inverter string harus dipasang sedekat mungkin dengan string. Kabel SPD yang terhubung ke jaringan L+/L -, dan antara blok terminal SPD dan busbar tanah, harus kurang dari 2,5 meter. Semakin pendek kabel koneksi, semakin efisien dan biaya - efektif perlindungan.
Untuk inverter dengan hanya satu pelacak MPP, gabungkan string sebelum inverter dan sambungkan ke SPD pada titik interkoneksi.
Kombinasi SPD harus direncanakan untuk setiap input ketika inverter memiliki beberapa pelacak MPP. SPD harus digunakan untuk setiap input yang menyatu dengan dioda string.
Gambar 3.SPD terhubung ke inverter dengan kotak sekering terintegrasi
Kesimpulan
Untuk mengoperasikan peralatan fotovoltaik tanpa perlindungan lonjakan yang tepat lebih dari sekadar bisnis yang berisiko - itu ceroboh.
Agar sistem surya menjadi masa depan dunia yang lebih hijau, mereka harus dilindungi. Terjadinya petir tidak dapat dihentikan dan dengan demikian, perlindungan sangat penting.
Kerentanan sistem fotovoltaik terhadap pemogokan petir - Keduanya langsung dan tidak langsung - berarti bahwa mereka harus dibangun dengan perlindungan lonjakan yang andal dan terinstal dengan benar.