Ochrona modułów PV przed prądem wstecznym

Co powoduje powstanie prądu wstecznego w łańcuchach modułów fotowoltaicznych? Najczęściej ten stan zwarcia następuje przez zaciemnienie części paneli, błędne podłączenie, zwarcie w module PV czy jakieś inne uszkodzenie. Dzieje się tak wtedy, gdy napięcie obwodu otwartego jednego łańcucha, znacząco różni się od napięcia obwodu otwartego równoległych łańcuchów podłączonych do tego samego przekształtnika PV. Prąd przepływa wówczas od sprawnych łańcuchów do uszkodzonego, zamiast płynąć do przekształtnika PV i dostarczać moc do sieci zasilającej AC.

Prąd wsteczny (Rys. 1) może prowadzić do niebezpiecznego wzrostu temperatury i pożaru w modułach fotowoltaicznych. Dlatego wytrzymałość modułów PV powinna być sprawdzana zgodnie z normą IEC 61730-2, a producent modułów PV powinien określić największą dopuszczalną wartość prądu zwrotnego (IRM).

clipboard-20191001-094813.jpeg

Największa dopuszczalna wartość prądu zwrotnego IRM określa termiczną wytrzymałość modułu PV, sprawdzaną podczas próby trwającej 2h przy wartości prądu wstecznego ITEST = 1,35 IRM , zgodnie z normą IEC 61730-2.

Ochrona przetężeniowa przed powstaniem prądu wstecznego dla łańcucha jest stosowana, jeśli całkowita liczba łańcuchów, która może zasilać jeden uszkodzony łańcuch jest wystarczająco duża, aby spowodować przepływ niebezpiecznego prądu wstecznego:

Jeśli całkowita liczba łańcuchów, która może zasilać jeden uszkodzony łańcuch jest wystarczająco duża,

1,35 IRM <  (Ns -1) ISC MAX

gdzie:

  • IRM jest największą dopuszczalną wartością prądu zwrotnego ogniwa PV zdefiniowaną w IEC 61730
  • NS jest całkowitą liczbą łańcuchów
  • ISC MAX jest największym prądem zwarciowym łańcucha PV

Nie ma ryzyka powstania prądu wstecznego, jeżeli jest zastosowany tylko jeden łańcuch. W przypadku dwóch łańcuchów o tej samej liczbie modułów PV połączonych równolegle, prąd wsteczny zawsze będzie niższy niż największa dopuszczalna wartość prądu zwrotnego. Wobec tego, jeśli instalacja PV jest wykonana tylko z jednego lub dwóch łańcuchów, nie ma potrzeby stosowania ochrony przed prądem wstecznym.

Firma Schneider Electric w zakresie prądów znamionowych do 25 A poleca stosowanie wyłączników nadprądowych serii C60PV-DC (rys. 2). Wyłączniki tej serii zostały zaprojektowane z myślą o zastosowaniu w instalacjach fotowoltaicznych o wielu łańcuchach.

Rys2. Wyłączniki nadprądowe C60PV-DC, niespolaryzowane, pozwalają na zabezpieczenie przetężeniowe instalacji PV.

Rys3. Rozłączniki izolacyjne C60NA-DC do instalacji PV.

 

Rys4. Ograniczniki przepięć serii iPRD PV-DC o największych trwałym napięciu pracy 800 i 1000 V przystosowane do pracy w instalacjach fotowoltaicznych. Rys5. Wyłącznik różnicowoprądowy iID typu B-SI polecany do stosowanie po stronie AC w sytuacji, gdy przekształtnik nie zapewnia separacji galwanicznej.

Wyłączniki te chronią przed przeciążeniami oraz zwarciami przewody zlokalizowane pomiędzy poszczególnymi łańcuchami modułów PV oraz przekształtniki. Ponieważ prąd uszkodzeniowy może płynąć w kierunku odwrotnym do prądu roboczego, wyłączniki C60PV-DC mogą wykryć i zapewniać ochronę przed prądem dwukierunkowym.

Aby zapewnić bezpieczeństwo instalacji konieczne jest, w zależności od typu instalacji PV, stosowanie wyłączników C60PV-DC łącznie z:

  • rozłącznikami C60NA-DC (rys.3) i SW60-DC stosowanymi w celu izolacji łańcucha modułów PV oraz przekształtnika od reszty instalacji fotowoltaicznej na potrzeby wykonania czynności konserwacyjnych w sposób w pełni bezpieczny,
  • ogranicznikami przepięć iPRD PV-DC do instalacji prądu stałego, które zostały zaprojektowane z myślą o ochronie wejścia DC przetwornicy oraz paneli fotowoltaicznych,
  • wyłącznikiem różnicowoprądowym po stronie AC.

Jeżeli przekształtnik nie zapewnia separacji galwanicznej, po stronie AC konieczne jest wówczas zabezpieczenie w postaci wyłącznika różnicowoprądowego. IEC 60364-712 określa zastosowanie RCD typu B, niektóre lokalne przepisy wymagają wyłączników różnicowoprądowych jak typu SI firmy Schneider Electric.

Schemat podłączenia poszczególnych zabezpieczeń wielołańcuchowej instalacji fotowoltaicznej

clipboard-20191001-094813_2.jpeg

Rys6. Schemat podłączenia zabezpieczeń instalacji PV.

Do pobrania: Acti9 – aparatura do instalacji fotowoltaicznych