ایمنی و حفاظت سیستم های فتوولتائیک

 
در این مقاله در مورد ایمنی و حفاظت سیستم های فتوولتائیک یا سیستم های خورشیدی صحبت خواهیم کرد. به طور کلی، یکی از مهم ترین نکاتی که با آن روبرو هستیم این است که خطر انرژی خورشیدی دست کم گرفته می شود یا اغلب فراموش می شود. سیستم‌های فتوولتائیک معمولاً در نزدیکی و در محدوده دید کاربر قرار دارند و برای مصرف‌کننده عادی میتوانند خطرناک باشند. بنابراین، در سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه برق؛ استانداردهای ایمنی مصرف کننده باید از دیدگاه اتصالات الکتریکی رعایت شود. با ما همراه باشید تا شما را بیشتر با ایمنی و حفاظت سیستم های فتوولتائیک آشنا کنیم.

حفاظت از سیستم های خورشیدی در برابر انواع اضافه ولتاژ و جریان

سیستم فتوولتائیک دارای دو بخش AC و DC است که هر قسمت به سیستم حفاظت الکتریکی نیاز دارد. اهمیت این حفاظت بسیار زیاد است زیرا تعدادی آتش سوزی در سراسر جهان در سیستم های خورشیدی بدون حفاظت یا با سیستم های حفاظتی ضعیف گزارش شده است. بدیهی است که حفاظت جریان و ولتاژ در هر دو بخش ضروری است. همانطور که می دانیم باید در برابر جریان اتصال کوتاه و ولتاژ بیش از حد ناشی از صاعقه مستقیم یا غیرمستقیم محافظت شود؛ بنابراین ادوات زیر، برای سیستم های حفاظت فتوولتائیک مهم هستند:

1. فیوز های فتوولتائیک
2. برقگیر یا سرج ارستر های فتوولتائیک
3. سیستم زمین یا ارتینگ

تجهیزات حفاظتی سیستم های فتوولتائیک کدامند؟

سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه دارای تابلوهای DC و AC هستند. تجهیزاتی مانند فیوز مخصوص فتوولتائیک، برقگیر های DC فتوولتائیک، فیوز ها و کلیدهای مینیاتوری یا به اختصار MCB و کلید اتوماتیک AC یا به اختصار MCCB و برقگیر های AC در درون این تابلوها جای دارند.

رعد و برق یکی از دلایل اصلی خرابی سیستم های فتوولتائیک است. رعد و برق می تواند تأثیر مخربی بر روی سیستم خورشیدی ما از فواصل دور یا نزدیک داشته باشد. اما خبر خوب این است که بیشتر صدمات ناشی از صاعقه به لطف تکنیک های توسعه یافته توسط مهندسان برق در دهه های اخیر قابل پیشگیری هستند. ارتینگ سیستم های فتوولتائیک، یکی از اساسی ترین روش برای محافظت در برابر صاعقه می باشد، ما نمی توانیم جلوی صاعقه را بگیریم، اما می توانیم این ولتاژ را به زمین منحرف کنیم تا به تجهیزات سیستم فتوولتائیک ما آسیب نرساند.
 

 
برق گیر یا سرج ارستر های فتوولتائیک برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی سیستم خورشیدی با جذب موج های مخرب صاعقه ساخته شده اند. با این حال، فقط این صاعقه گیرها نیستند که سیستم فتوولتائیک ما را از برخورد صاعقه نجات می دهند آنها فقط در کنار سیستم اتصال به زمین، موثر عمل می کنند.

حفاظت‌های متداول در سیستم های فتوولتائیک

به طور کلی حفاظت های رایج در این زمینه به دو دسته حفاظت غیرفعال و فعال تقسیم می شوند:

1.حفاظت های فعال

حفاظت‌های فعال با استفاده از اصلاحات یا اغتشاشاتی به شبکه، با بررسی پاسخ حاصله سعی در تشخیص عملکرد جزیره‌ای دارند. این عملکرد نمی تواند توسط مدار قدرت انجام شود و مدار حفاظتی بین سیستم فتوولتائیک و شبکه وظیفه تشخیص فعالیت جزیره ای و تصمیم گیری برای قطع برق است.

2.حفاظت های غیرفعال

حفاظت غیر فعال پارامترهای شبکه مانند ولتاژ و فرکانس را بررسی می کند. در بیشتر موارد، نظارت بر ولتاژ و فرکانس شبکه برای تشخیص جزیره کافی است. با این حال، نمونه هایی بررسی شده است که در آن این دو حفاظت در تشخیص عملکرد جزیره ناموفق بودند. حفاظت های فعال برای جلوگیری از چنین شرایطی توصیه می شود.

یکی از فعال ترین روش ها برای تعیین عملکرد جزیره ای ENS یا MSD است. این روش با تایید استاندارد DIN-VDE-0126 در تولید انبوه بسیاری از نمونه های صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. MSD از دو کلید یا رله سری تشکیل شده است که به طور مستقل کنترل می شوند. هر یک از این دو کلید باید به طور مداوم ولتاژ، فرکانس و امپدانس اندازه گیری شده را کنترل کنند. در این روش جریان کمی به شبکه وارد شده و تغییر امپدانس AC مشاهده می شود.

حفاظت سیستم های فوتوولتائیک (photovoltaic) در برابر صاعقه

از آنجایی که سیستم‌های انرژی خورشیدی در محیط‌های بیرونی نصب می‌شوند، خطر صاعقه برای آن ها، چه به صورت ضربه مستقیم و یا القائات ناشی از آن بسیار زیاد است. علاوه بر این، از آنجا که این سیستم ها (PV) به نوعی به سیستم الکتریکی ساختمان متصل هستند، اثرات صاعقه روی ژنراتورهای فتوولتائیک نیز بر ساختمان تأثیر می گذارد. بنابراین، برای جلوگیری از آسیب و افزایش عمر آن، باید برای هر سیستم PV نصب شده، اقدامات حفاظتی در برابر صاعقه و فراتاخت های ولتاژ در نظر گرفته شود.

 
انتخاب و نصب سیستم های حفاظت در برابر صاعقه بر اساس مفهوم منطقه حفاظتی تعریف شده در استاندارد EN/IEC 62305 است و شامل موارد زیر است:

• سیستم حفاظتی خارجی شامل واحد جذب، هادی نزولی (Down-Conductor) و شبکه زمین
• سیستم حفاظت داخلی شامل هم پتانسیل سازی، استفاده از ارسترهای حفاظتی (SPDs) و رعایت فاصله ایمنی (distance safety)

تجزیه و تحلیل آسیب پذیری طبق استاندارد بین المللی EN/IEC 2-62305 تعیین می کند که آیا یک سیستم حفاظت خارجی مورد نیاز است یا خیر؛ و نتایج این تحلیل مفاهیم حفاظت در برابر صاعقه را از جنبه فنی و اقتصادی نشان می دهد. فراتاخت های ولتاژ (surges)، زرگترین عامل آسیب به سیستم های PV است. اگر اینورتر یک سیستم خورشیدی آسیب ببیند، بازسازی آن هزینه زیادی را تحمیل می کند و در زمان تعمیر، استفاده از سیستم به تاخیر می افتد. بنابراین، حفاظت از اینورترها بسیار مهم است.