Varför ska varje solcellsinstallation inkludera en solöverspänningsavledare?

Solcellssystem (PV) utsätts för elektriska överspänningar som kan orsaka kostsamma skador och strömavbrott. Den här artikeln förklarar varför varje solcellsinstallation behöver en Solar Surge-avledare – en enhet som skyddar kritisk utrustning från transienta överspänningar.

1. Vad är enSolöverspänningsskydd?

En överspänningsavledare, även känd som en överspänningsskyddsanordning (SPD), är en elektrisk komponent som skyddar system från överspänningar. Överspänningsavledare stoppar eller absorberar inte överspänningar orsakade av blixtnedslag. Istället kringgår de eller laddar ur överspänningar för att begränsa skador på elektrisk utrustning inuti en fastighet. Dessa enheter förhindrar fortsatt flöde av högspänningsströmmar genom att rikta dem mot marken.

När en överspänning passerar genom en ledare avbryter avledaren sin isolering så att överspänningen kan gå till marken. När spänningsnivån återgår till det normala återställs isoleringen mellan ledaren och marken. Strömflödet mot marken stannar då.

En solskyddsavledare är en SPD speciellt designad för solcellsanläggningar. Det skyddar solcellssystem mot transienta överspänningar och permanenta överspänningar orsakade av defekter i ledaren eller fel i transformatorer.

Transienta överspänningar är tillfälliga toppar i spänningen till mer än 10 procent över distributionsnätets nominella värde under flera cykler. Vid permanenta överspänningar förblir spänningsnivån permanent hög.

Ett komplett åskskyddssystem inkluderar luftterminaler (blixtledare), nedledare, överspänningsskydd, potentialutjämning och ett jordningssystem. Detta är den första försvarslinjen mot ett direkt blixtnedslag.

2. Varför behöver solsystem ett överspänningsskydd?

Solsystem är känsliga för elektriska överspänningar, vilket kan orsaka kostsamma skador på utrustning och resultera i tillfälliga strömavbrott. Elektriska överspänningar kan orsakas av yttre faktorer som blixtnedslag, interna felfunktioner eller fluktuationer i elnätet.

Fysisk exponering gör solsystem sårbara

Solpaneler installeras vanligtvis i öppna ytor, på hustak eller över stora fält där de kan utsättas för miljöförhållanden. De stora ytorna och utsatta placeringarna, som på hustak eller på marken i öppna ytor, gör solpaneler utsatta för blixtnedslag som kan förkorta deras livslängd.

Även när en solcellspanel inte träffas direkt av blixten kan närliggande blixtaktivitet inducera farliga spänningar som kan skada kritiska komponenter. När blixten slår ner i närliggande strukturer, elledningar eller marken kan de resulterande elektromagnetiska fälten inducera transienta spänningar i solsystemets ledningar. Dessa inducerade överspänningar kan röra sig genom hela installationen och skada utrustningen långt från den ursprungliga anslagsplatsen.

Omfattande kablage skapar vägar för överspänningar

Eftersom solcellssystem ofta inkluderar omfattande DC-kablar och sammankopplad elektrisk utrustning, tillhandahåller de flera vägar för överspänningsströmmar att fortplanta sig. Deras omfattande ledningsnätverk kan fungera som ledare och introducera transienta spänningar i systemet.

Både DC- och AC-sidorna behöver skydd

En unik egenskap hos solcellssystem är att de fungerar på både DC och AC elektriska kretsar. Överspänningar kan komma in genom båda sidor av systemet. Effektiva solskyddsstrategier riktar sig till både DC- och AC-kretsar för att ge omfattande täckning.

DC-sidan inkluderar: solcellsmoduler, strängledningar, kombinerarboxar, DC-frånskiljare och inverteringångar. AC-sidan inkluderar: växelriktarutgångar, distributionsutrustning, transformatorer, nätanslutningar och anläggningselektriska system.

Att endast skydda en del av systemet kan göra att annan kritisk utrustning blir sårbar för skador.

Överspänningsskydd förbises ofta

Många solsystemägare fokuserar på paneleffektivitet, val av växelriktare och energiproduktionsprognoser. Elektriskt skydd förbises ofta tills ett kostsamt fel inträffar. Överspänningshändelser kan inträffa oväntat och orsaka omfattande skador på solenergiutrustning, vilket leder till stillestånd, reparationskostnader och förlorad energiproduktion.

En överspänningshändelse kan resultera i kostnader för utbyte av utrustning, arbetskostnader, systemavbrott, minskad energiproduktion, uteblivna intäkter, ökade underhållskrav och försäkringskrav.

Vissa utvecklare kanske väljer att inte inkludera överspänningsskyddsanordningar för att hålla nere startkostnaden för ett projekt. Detta kan dock resultera i högre underhållskostnader längre fram om utrustningen skadas av en överspänning och behöver repareras eller bytas ut.

Det ekonomiska fallet för överspänningsskydd

Att investera i solskydd är ofta en liten bråkdel av de totala projektkostnaderna. Ändå kan det hjälpa till att förhindra förluster som vida överstiger kostnaden för skyddsanordningarna själva. För kommersiella installationer och installationer i stor skala kan driftstopp snabbt leda till betydande intäktsförluster. Även ett kort avbrott i driften kan påverka produktionsmål och finansiella resultat.

3. Vad händer när blixten slår ner i ett solcellssystem?

Blixtnedslag utgör betydande risker för fullständig eller partiell förstörelse för solkraftsanläggningar antingen omedelbart från ett direkt nedslag eller genom degenerativ skada från ett indirekt nedslag.

Direkt blixtnedslag

Direkta blixtnedslag kan producera enorma mängder energi som kan orsaka katastrofala skador. När blixten slår ner i en solcellspanel orsakar den en inducerad transientström i systemets trådslingor. Detta leder till fel på isolering, paneler, växelriktare och kommunikationsutrustning.

Indirekta blixteffekter

Indirekta blixteffekter är ofta vanligare och kan vara lika problematiska. Överspänningar kan påverka en installation av solpanelssystem på flera sätt:

• Från direkta nedslag till det externa åskskyddssystemet i en struktur, nära den och till och med till själva solcellsanläggningen

• Från blixtinducerade strömmar som distribueras till elnätet

• Från överspänningar som överförs från det elektriska nätverket av atmosfäriskt ursprung (blixtnedslag) eller på grund av operationer

• Från variationer i det elektriska fältet på grund av blixtnedslag

• Från nätet, om blixten träffar medel- eller lågspänningsledare

• Från jorden, om blixten träffar nära PV:ns växelriktare

• Från DC-sidan, om blixten träffar PV-modulerna

Skador på nyckelkomponenter

Om en solcellsanläggning upplever en överspänning och inte är skyddad med åsk- eller överspänningsavledare, kan den drabbas av utrustningsskador, allt från blixtbrännande hål i panelerna till försämring av moduler och växelriktare, eller sekundära system som övervakningsutrustning och spårningskontroller.

Specifika komponenter med störst risk för misslyckande inkluderar kombinationsboxen och MPPT (maximal power point tracker-enhet). Vissa solcellssystem kan motstå fysiska eller kretsskador på sina paneler. Däremot kommer deras kretskontroller och energilagringsenheter att bli oanvändbara direkt efter ett blixtnedslag.

Dolda långtidseffekter

Även om det inte finns några initiala strömavbrott kan installationen fortfarande drabbas av sekundära effekter av skador på utrustningen. Dessa kan minska mängden ström som systemet kan generera. Dessa effekter hänförs ibland felaktigt till utrustningsfel eller tillverkningsdefekter om det inte omedelbart är uppenbart att de orsakades av en överspänning.

Om en PV-modul är skadad, resulterar det i förlust av uteffekt från en sträng. Skador på en växelriktare kan skära eller begränsa uteffekten från en stor del av installationen.

Vikten av korrekt SPD-placering

Ett överspänningsskyddsnätverk bör installeras i ett solenergisystems DC- och AC-nätverk för att skydda kritiska kretsar. Det totala antalet SPD:er som behövs i ett solcellssystem varierar beroende på avståndet mellan paneler och växelriktare.

Allmänna installationsriktlinjer inkluderar:

• I AC-ledningar bör överspänningsskydd sättas ut på varje strömledare till marken.

• Om kabellängden mellan solpaneler är under 10 meter, bör en SPD installeras vid växelriktaren, kombinerarboxarna eller närmare solpanelerna.

• I installationer med DC-kablar över 10 meter kommer fler överspänningsskydd att behövas vid både växelriktar- och solcellsmoduländen av kablarna.

• I ett solenergisystem i bostäder med mikroväxelriktare som har korta DC-kablar men längre AC-kablar, bör SPD:er installeras vid kombinerarboxen för att skydda hemmet från övergående överspänningar.

SPD:er bör installeras på växelriktare för att skydda DC-ingångarna och AC-utgångarna, med jordning på både de positiva och negativa DC-ledningarna. Kombinator- och styrkretsar, samt övervaknings- och spårningssystem, bör skyddas för att förhindra störning av elflöden och förlust av data.

4. Sammanfattning

Varje solcellsinstallation bör innehålla en solöverspänningsavledare. Solsystem utsätts för elektriska överspänningar från blixtnedslag, nätfluktuationer och interna fel.

En överspänningshändelse kan skada växelriktare, paneler, kombinationslådor, övervakningsutrustning och energilagringsenheter. Skador kan resultera i kostnader för utbyte av utrustning, systemavbrott, minskad energiproduktion och förlorade intäkter.

Även om ingen omedelbar skada är synlig, kan överspänningar orsaka dold försämring som minskar uteffekten över tiden. Dessa effekter förväxlas ofta med tillverkningsfel.

Solskydd är inte ett alternativ – det är en nödvändighet. Att installera SPD:er på både DC- och AC-sidorna av systemet, med korrekt jordning, hjälper till att skydda kritisk utrustning och upprätthålla tillförlitlig energiproduktion.

Överspänningsskydd är en nödvändig komponent i alla elektriska installationer, men det ersätter inte en korrekt åskskyddslösning. Ett komplett åskskyddssystem som inkluderar luftterminaler, nedledare, överspänningsskydd, potentialutjämning och ett jordsystem är den första försvarslinjen mot ett direkt blixtnedslag.

YRO har åtagit sig att tillhandahålla tillförlitliga överspänningsskyddsanordningar för solcellsinstallationer. För optimalt skydd, konsultera alltid lokala föreskrifter, se tillverkarens specifikationer och arbeta med certifierade komponenter.

Att välja rätt överspänningsskydd skyddar din solenergiinvestering. Det förhindrar kostsamma skador och säkerställer tillförlitlig, långsiktig energiproduktion.