การเปลี่ยนแปลงทั่วโลกไปสู่พลังงานทดแทนได้วางตำแหน่งระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) ให้เป็นรากฐานสำคัญของการผลิตไฟฟ้าที่ยั่งยืน ระบบเหล่านี้ ซึ่งมักติดตั้งในสถานที่กลางแจ้งแบบเปิดโล่งและเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้าที่กว้างขวาง โดยธรรมชาติแล้วจะมีความเสี่ยงต่อแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าไฟกระชากหรือไฟกระชาก ไฟกระชากเหล่านี้มีต้นกำเนิดจากทั้งแหล่งภายนอก เช่น ฟ้าผ่าและแหล่งภายใน เช่น การดำเนินการสวิตชิ่งภายในโครงข่ายหรืออินเวอร์เตอร์ ก่อให้เกิดภัยคุกคามที่สำคัญต่อความสมบูรณ์และอายุการใช้งานของระบบ ด้วยเหตุนี้ การบูรณาการอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) จึงไม่ได้เป็นเพียงการเพิ่มประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการรับรองความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และความอยู่รอดทางเศรษฐกิจของการติดตั้ง PV ใดๆ
แหล่งที่มาของภัยคุกคามไฟกระชากในระบบ PV
การทำความเข้าใจต้นกำเนิดของไฟกระชากเป็นกุญแจสำคัญในการดำเนินการป้องกันที่มีประสิทธิภาพ ภัยคุกคามมีสองเท่า:
ไฟกระชากภายนอก (ฟ้าผ่า): ฟ้าผ่าโดยตรงไปยังอาร์เรย์ PV หรือพื้นดินโดยรอบอาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงได้ โดยทั่วไปแล้ว การนัดหยุดงานทางอ้อมจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินขนาดใหญ่ในตัวนำไฟฟ้าและส่วนประกอบที่เป็นโลหะของระบบ แม้แต่การกระแทกจากระยะไกลก็สามารถจับคู่พัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากับการเดินสายไฟขนาดใหญ่ของการติดตั้ง PV ได้
ไฟกระชากภายใน (การสลับกระแสไฟชั่วคราว): สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นภายในระบบไฟฟ้าเอง การทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์ คอนแทคเตอร์ หรือการสลับอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังของอินเวอร์เตอร์สามารถสร้าง-แรงดันไฟฟ้าที่ความถี่สูงพุ่งสูงขึ้น นอกจากนี้ ความผันผวนของตารางสาธารณูปโภค เช่น การสลับธนาคารตัวเก็บประจุ ก็สามารถแพร่กระจายเข้าสู่ระบบ PV ได้เช่นกัน
หากไม่มีการป้องกัน แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวเหล่านี้สามารถนำไปสู่การทำลายส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนและมีราคาแพงได้ทันทีและไม่สามารถย้อนกลับได้ โดยเฉพาะโมดูล PV และอินเวอร์เตอร์ นอกจากนี้ยังสามารถทำให้เกิดการเสื่อมสภาพสะสมของฉนวนและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรและอายุการใช้งานของระบบลดลง
บทบาทและตำแหน่งของ SPD ในระบบ PV
SPD ทำหน้าที่เป็นวาล์วระบายแรงดันสำหรับระบบไฟฟ้า โดยจะจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวโดยเปลี่ยนกระแสไฟกระชากลงกราวด์อย่างปลอดภัย ดังนั้นจึงช่วยยึดแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยสำหรับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ กลยุทธ์ SPD ที่ครอบคลุมสำหรับระบบ PV เกี่ยวข้องกับแนวทางหลายขั้นตอนที่มีการประสานงานกัน ซึ่งมักเรียกว่าการแบ่งเขต:
การป้องกันด้านไฟฟ้ากระแสตรง (อาร์เรย์ PV เป็นอินเวอร์เตอร์): ด้านไฟฟ้ากระแสตรงของระบบซึ่งประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์และสายเคเบิลที่ต่อกับอินเวอร์เตอร์ มีความไวต่อไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่า-อย่างมาก
โดยทั่วไปแล้ว SPD ประเภท 1 จะถูกติดตั้งที่กล่องรวม DC หลัก ได้รับการออกแบบมาให้ทนทานต่อกระแสอิมพัลส์ที่สูงมากจากฟ้าผ่าโดยตรงหรือในบริเวณใกล้เคียง ถือเป็นแนวป้องกันแนวแรก
SPD เหล่านี้ปกป้องสายเคเบิล DC และระยะอินพุต DC ของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่มีความเสี่ยงและมีค่าใช้จ่ายสูงที่สุดในการเปลี่ยน
การป้องกันด้านไฟฟ้ากระแสสลับ (การเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์เป็นกริด): เอาต์พุต AC ของอินเวอร์เตอร์และจุดเชื่อมต่อกับกริดหลักยังต้องการการป้องกันที่แข็งแกร่งเช่นกัน
SPD ประเภท 2 ได้รับการติดตั้งที่แผงจ่ายไฟ AC ซึ่งมักจะอยู่ใกล้กับเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ บทบาทหลักของพวกเขาคือการป้องกันการสลับภาวะชั่วครู่และไฟกระชากที่เกิดจากโครงข่าย ป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายกับวงจรเอาท์พุต AC ของอินเวอร์เตอร์
อาจจำเป็นต้องใช้ SPD ประเภท 1 ที่ทางเข้าบริการหลัก หากมีการติดตั้งระบบ PV ในอาคาร ซึ่งให้การป้องกันแบบประสานงานสำหรับการติดตั้งระบบไฟฟ้าทั้งหมด
การป้องกันสายข้อมูล/การสื่อสาร: ระบบ PV สมัยใหม่มักจะมีอุปกรณ์ตรวจสอบและสื่อสารด้วย SPD สำหรับสายข้อมูล (เช่น อีเธอร์เน็ต, RS485) มีความสำคัญในการปกป้องพอร์ตสัญญาณที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้จากไฟกระชากที่เกิดขึ้นบนสายเคเบิลสื่อสาร
ข้อควรพิจารณาที่สำคัญในการเลือก SPD
การเลือก SPD ที่เหมาะสมเกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์ทางเทคนิคหลายประการ:
แรงดันไฟฟ้าใช้งานต่อเนื่องสูงสุด (Uc): ต้องสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (ทั้ง DC และ AC)
ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า (ขึ้น): นี่คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่จะปล่อยผ่านไปยังอุปกรณ์ ค่าที่ต่ำกว่าจะให้การป้องกันที่ดีกว่า แต่ต้องเข้ากันได้กับแรงดันไฟฟ้าที่ทนได้ของอุปกรณ์
กระแสคายประจุที่กำหนด (In) และกระแสอิมพัลส์ (Iimp): พิกัดเหล่านี้บ่งชี้ถึงความสามารถของ SPD ในการปล่อยกระแสไฟกระชาก SPD ประเภท 1 มีลักษณะเฉพาะโดย Iimp ในขณะที่ประเภท 2 มีลักษณะเป็น In ซึ่งสะท้อนถึงบทบาทการป้องกันที่แตกต่างกัน
โดยสรุป เนื่องจากระบบเซลล์แสงอาทิตย์กลายเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานของเรา การปกป้องการลงทุนนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่า-เพื่อลดความเสี่ยงที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว ด้วยการใช้-แผน SPD ที่ออกแบบมาอย่างดีซึ่งครอบคลุมทั้งด้าน DC และ AC ของระบบ ผู้ติดตั้งและเจ้าของจะสามารถเพิ่มเวลาทำงานของระบบได้อย่างมาก ปกป้องทรัพย์สินอันมีค่า และรับประกัน-การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่สะอาดและเชื่อถือได้ในระยะยาว ไม่สนใจคำวิจารณ์นี้
