בחירת התקני הגנה מפני נחשולי מתח עבור מערכות פוטו-וולטאיות - התקנת SPD

1. גורמים המשפיעים על התקנת SPD

מתח יתר במערכות פוטו-וולטאיות (PV) על גג נגרם בעיקר מפגיעות ברק ישירות (על הבניין או על ציוד PV עם LPS או בסמוך לו), מתח מושרה משינויים בשדה חשמלי הקשורים לברקים, או פעולות מיתוג ברשתות חלוקת חשמל AC/DC. כדי להעריך את הצורך בהגנה מפני נחשולי מתח ולקבוע את אסטרטגיית ההגנה המתאימה, יש להשתמש במתח עמידות הדחפים המדורג (Uw) של הציוד כנקודת ייחוס. אלא אם כן צוין אחרת בהערכת סיכונים, יש להתקין מפסקים ממוחשבים (SPDs) הן בצד הישר והן בצד החילופין של מערכת ה-PV.

התקנים בתוך מערכת פוטו-וולטאית שעשויים לדרוש הגנה כוללים:

ממירים, כולל ממשקים למערכת AC במתח נמוך ולמערכת DC, מערכי PV, חיווט פנימי של מערכת PV, רכיבים המותקנים בין הממיר למערכי PV, כגון קופסאות קומבינציה; ציוד המשמש לניטור ובקרה של מערכת PV.

בהתאם לתקן IEC 61643-12 ולסעיפים הרלוונטיים של תקן GB/T 21714, הבחירה וההתקנה של מפסקים הגנה מפני ברקים (SPD) עבור מערכות פוטו-וולטאיות תלויות במספר גורמים. אלה כוללים צפיפות הבזקי הקרקע (NG) [1/km²·שנה] או מספר ימי סופת רעמים ממוצע בשנה (T), מאפייני מערכת אספקת החשמל במתח נמוך (למשל, קווי תקורה או כבלים תת-קרקעיים) ואופי הציוד המוגן, האם מותקנת מערכת הגנה מפני ברקים חיצונית (LPS) כדי להגן על מערכת הפוטו-וולטאית מפני פגיעות ברק ישירות.

אם קיים מתחם זרימה חיצוני (LPS), דרישות ה-SPD מושפעות מרמת ההגנה (Class) של ה-LPS ומהאם נשמר מרחק ההפרדה הנדרש (S) בין ה-LPS למערכת הפוטו-וולטאית (LPS מבודד לעומת LPS לא מבודד).

2. השפעת תצורות LPS חיצוניות שונות על הגנה מפני ברקים עבור מערכות פוטו-וולטאיות

התקנת SPD עבור מערכות פוטו-וולטאיות על הגג מתחלקת בדרך כלל לשלוש קטגוריות, בהתבסס על נוכחות וסוג של מערכת LPS חיצונית:

(1) מערכות פוטו-וולטאיות ללא מערכות חימום חשמליות חיצוניות

כפי שמוצג בתרשים (לא כלול כאן), אם הבניין אינו מצויד במערכת הגנה חיצונית מפני ברקים, יש להתקין מפסקים (SPD) בהתבסס על תוצאות הערכת סיכוני ברקים. מומלץ להתקין התקני הגנה מפני נחשולי מתח הן בצד הזרם החילופין והן בצד הזרם הישר כדי להגן על רכיבים PV קריטיים.

עבור צד DC, יש להתקין מגבר DC מסוג 2 (מסומן כ-DC1) ליד קופסת קומביינר ה-PV או מערך ה-PV (אם לא נעשה שימוש בתיבת קומביינר). מגבר זה מגן על הבניין מפני נחשולי מתח חיצוניים המועברים דרך כבלי ה-PV והוא מותקן בדרך כלל מיד לאחר כניסת כבלי ה-PV לבניין. יש להתקין מגבר DC מסוג 2 נוסף (מסומן כ-DC2) ליד כניסת ה-DC של הממיר. אם אורך הכבל בין DC1 לממיר קטן מ-10 מטרים, ניתן להשמיט את DC1.

עבור צד AC, מומלץ ממסר הגנה AC מסוג 2 (המסומן כ-AC1) בכניסת רשת החשמל AC, הממוקמת בדרך כלל בלוח החלוקה הראשי. התקן זה מגן מפני נחשולי מתח המגיעים מרשת החשמל. הצורך ב-AC1 במערכת ללא הגנה חיצונית מפני ברקים תלוי בתוצאות הערכת סיכוני ברקים. כדי להגן על ממיר יקר, בדרך כלל מותקן ממסר הגנה AC מסוג 2 (המסומן כ-AC2) ליד יציאת ה-AC של הממיר. אם אורך הכבל בין AC1 ל-AC2 קטן מ-10 מטרים, ניתן להשמיט את AC2. אנא עיין בטבלת התצורה לקבלת הנחיות מפורטות.

(2) מערכות פוטו-וולטאיות עם מערכת LPS חיצונית העומדת במרחק ההפרדה הנדרש (מערכת LPS מבודדת)

כפי שמוצג בתרשים, כאשר בבניין יש מערכת הגנה חיצונית מפני ברקים (כגון מוטות או סרטי סגירת אוויר) ומערך הפוטו-וולטאיים על הגג מוגן על ידי מערכת זו תוך שמירה על מרחק הפרדה מתאים, מערכת הפוטו-וולטאית נחשבת כמצוידת במערכת LPS מבודדת. גם במקרה זה, התקנת מגדלי SPD עדיין נחוצה.

עבור מערכות עם ממסר LPS מבודד, הגדרת ממסר ה-SPD דומה למערכות ללא כל הגנה חיצונית מפני ברקים. יש להתקין ממסר SPD מסוג 2 DC ליד תיבת הקומבינציה, או ליד מערך ה-PV אם לא נעשה שימוש בתיבת קומבינציה. יש למקם ממסר SPD מסוג 2 DC נוסף ליד צד ה-DC של הממיר, וממסר SPD מסוג 2 AC ליד צד ה-AC של הממיר. עם זאת, מכיוון שמערכת ה-PV מתחברת אל תוך הבניין ומחוצה לו, נדרש גם ממסר SPD מסוג 1 AC בלוח חלוקת ה-AC הראשי שבו נכנס חשמל החשמל לבניין. עיין בטבלת התצורה לקבלת הנחיות פריסה מפורטות.

(3) מערכות פוטו-וולטאיות עם מערכת LPS חיצונית שאינה עומדת במרחק ההפרדה הנדרש (מערכת LPS לא מבודדת)

במערכות פוטו-וולטאיות על גגות, שבהן הפאנלים קרובים מדי למערכת הגנה מפני ברקים חיצונית (LPS) ואינם יכולים לעמוד במרחק הבטיחות הנדרש, יש לחבר את כל חלקי המתכת של מערכת ה-PV למערכת LPS כדי להבטיח חיבור פוטנציאלי תקין מפני ברקים. זוהי הגישה הנפוצה להגנה מפני ברקים על גגות. בהגדרה זו, כבלי AC ו-DC כאחד מטופלים כמוליכים מקבילים במערכת החיבור, מה שאומר שהם עלולים להיות מושפעים ישירות מזרם הברקים. זו הסיבה ש-IEC ממליצה להשתמש בהתקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPD) מסוג 1 - בדרך כלל יחד עם SPD מסוג 2 - בנקודות מפתח במערכת: היכן שכבלי ה-PV נכנסים לבניין, ובצדדי AC ו-DC של התקנים חשובים כמו הממיר.

כפי שמוצג בתרשים, יש להתקין את DC1 קרוב ככל האפשר לקופסת הקומבינציה, או ליד מערך ה-PV אם אין קופסת קומבינציה. יש למקם את DC2 ואת AC2 ליד הממיר כדי להעניק לו הגנה טובה יותר. ברוב המקרים, AC1 (בלוח הראשי) ו-AC2 (ליד הממיר) נחוצים שניהם. אבל אם הממיר מותקן בתוך הלוח הראשי והם חולקים את אותה הארקה, עם אורכי כבלים קטנים או שווים ל-0.5 מטרים, ייתכן ש-AC2 לא יהיה נחוץ. ניתן לבדוק את הטבלה לקבלת הוראות התקנה מפורטות.

1: ניתן להשמיט את DC1 בתנאים הבאים: אם אורך הכבל בין DC1 לממיר קטן מ-10 מטרים, ורמת הגנת המתח (Up) של AC2 קטנה או שווה ל-0.8 פעמים מתח עמידות הדחפים המדורג של מערך ה-PV (Uw); או אם ה-Up של AC2 קטן או שווה ל-0.5 פעמים Uw ומוליך PE (הארקה המגנה) מנותב קרוב לכבלי ה-DC.

2: ניתן להשמיט את AC2 בתנאים הבאים: אם אורך הכבל בין AC1 ל-AC2 קטן מ-10 מטרים; או אם הממיר וללוח החלוקה הראשי חולקים את אותה אלקטרודת הארקה, וכבלי חיבור ה-SPD אינם ארוכים כל אחד מ-0.5 מטרים - לדוגמה, אם הממיר מותקן בתוך הלוח הראשי.

3: שטח חתך מינימלי עבור מוליכי הארקה של SPD: עבור SPDs מסוג 2, מוליך הארקה מנחושת צריך להיות לא פחות מ-6 מ"מ²; עבור SPDs מסוג 1, הוא צריך להיות לא פחות מ-16 מ"מ².

בחירת מגבר מתח מרבי (SPD) בצד הזרם הישר (DC) במערכות פוטו-וולטאיות על גג תלויה בעיקר באופן שבו הבניין מוגן מפני ברקים ובאופן שבו המערכת חיווטה. על פי טבלת התצורה ותקני IEC, תמיד צריך להיות מגן נחשולי מתח בצד הזרם הישר של הממיר. אבל מגבר מתח מרבי נוסף ליד קופסת הקומבינציה - או ליד פאנלי ה-PV אם אין קופסת קומבינציה - נחוץ רק אם הכבל בין הפאנלים לממיר ארוך מ-10 מטרים.

עם זאת, זה לא איך שזה נעשה בכל מקום. במדינות מסוימות - גרמניה, למשל - הכללים הם בעצם הפוכים. שם, הגנה מפני נחשולי מתח DC תמיד מותקנת ממש ליד פאנלים פוטו-וולטאיים, וצריך להוסיף אחת ליד הממיר רק אם אורך הכבל עולה על 10 מטרים.