คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับระบบโซลาร์เซลล์ (SPD)

ฉันมักรู้สึกเครียดเมื่อเห็นโครงการพลังงานแสงอาทิตย์เสียหายจากไฟกระชากฉับพลัน ดังนั้นฉันจึงพึ่งพา... อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เพื่อรักษาเสถียรภาพของทุกระบบ

เอ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ช่วยปกป้องระบบโซลาร์เซลล์โดยการเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้ากระชากที่เป็นอันตรายออกจากแผงโซลาร์เซลล์ อินเวอร์เตอร์ และวงจรไฟฟ้า ช่วยลดเวลาหยุดทำงาน ป้องกันอุปกรณ์เสียหาย และรับประกันความปลอดภัยในระยะยาวสำหรับทั้งด้านกระแสสลับและกระแสตรงของระบบโซลาร์เซลล์

ในคู่มือนี้ ผมจะอธิบายทุกส่วนของระบบป้องกันไฟกระชากสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อให้คุณสามารถตัดสินใจทางเทคนิคได้อย่างมั่นใจสำหรับโครงการโซลาร์เซลล์ทุกประเภท

SPD คืออะไร และทำไมระบบโซลาร์เซลล์จึงต้องการมัน

ผมเคยเห็นระบบโซลาร์เซลล์ล้มเหลวเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกินที่คาดไม่ถึง ดังนั้นตอนนี้ผมจึงไม่เคยออกแบบโครงการใดๆ โดยปราศจากสิ่งที่ถูกต้อง อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับระบบโซลาร์เซลล์ (Solar SPD) ช่วยปกป้องระบบ PV โดยการดูดซับหรือเบี่ยงเบนไฟกระชากจากฟ้าผ่า ไฟกระชากจากการสวิตช์ และไฟรบกวนจากระบบไฟฟ้า ก่อนที่จะส่งผลกระทบต่อชิ้นส่วนที่ไวต่อความเสียหาย ช่วยป้องกันความเสียหายของอินเวอร์เตอร์ ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และรับประกันความเสถียรของระบบ

ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบ PV นั้นติดตั้งอยู่กลางแจ้ง จึงต้องเผชิญกับความเสี่ยงทางไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องจากฟ้าผ่า ความผิดพลาดของระบบไฟฟ้า และการสลับวงจร เนื่องจากแผงโซลาร์เซลล์และอินเวอร์เตอร์ใช้ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ จึงมีความไวต่อแรงดันไฟฟ้าเกินแม้เพียงเล็กน้อย ในการทำงานกับโรงงานและบริษัท EPC ต่างๆ ผมพบว่าความเสียหายก่อนกำหนดเกือบทั้งหมดเกิดจากการสัมผัสกับไฟกระชากมากกว่าการเสื่อมสภาพตามปกติ นั่นเป็นเหตุผลที่ผมถือว่าการป้องกันไฟกระชากเป็นข้อกำหนดหลักในการออกแบบ ไม่ใช่เพียงอุปกรณ์เสริม

นิยามของ SPD ในระบบไฟฟ้าและพลังงานแสงอาทิตย์

อุปกรณ์ป้องกันไฟเกินชั่วขณะ (SPD) คืออุปกรณ์ที่เปลี่ยนเส้นทางแรงดันไฟเกินชั่วขณะไปยังระบบสายดิน ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ อุปกรณ์นี้จะป้องกันสายไฟ DC, อินเวอร์เตอร์, กล่องรวมสายไฟ, ระบบจ่ายไฟ AC และสายสื่อสาร

สาเหตุทั่วไปของการเกิดไฟกระชากในระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ต้องเผชิญกับไฟกระชากจาก:
• ฟ้าผ่า (โดยตรงหรือโดยเหนี่ยวนำ)
• การดำเนินการสลับ
• ความผิดปกติของระบบโครงข่ายไฟฟ้า
• สายเคเบิลยาวที่ทำให้แรงดันไฟฟ้าชั่วขณะเพิ่มสูงขึ้น

เหตุใดการป้องกันไฟกระชากจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแผงโซลาร์เซลล์และอินเวอร์เตอร์

แผงโซลาร์เซลล์และอินเวอร์เตอร์เสียหายได้ง่ายจากไฟกระชากชั่วขณะ เมื่อผมไปเยี่ยมชมโรงงานต่างๆ อินเวอร์เตอร์ที่เสียหายส่วนใหญ่มักมีร่องรอยไฟกระชากชัดเจนที่ส่วนอินพุต อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ที่เหมาะสมจะช่วยลดความเสี่ยงนี้ได้อย่างมาก

เทคโนโลยี MOV ทำงานอย่างไรภายในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

ผมจำได้ว่าครั้งแรกที่ผมเปิด SPD ที่เสียนั้น บล็อก MOV บอกเล่าเรื่องราวทั้งหมดว่าระบบเผชิญกับไฟกระชากครั้งใหญ่ได้อย่างไร

เทคโนโลยี MOV ช่วยให้สามารถ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าสูงโดยการเปลี่ยนจากความต้านทานสูงไปเป็นความต้านทานต่ำภายในเวลาเพียงไม่กี่ไมโครวินาที มันจะดูดซับพลังงานส่วนเกินและส่งลงดินอย่างปลอดภัยก่อนที่อุปกรณ์จะได้รับความเสียหาย

MOV (Motor Valve) เป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบ SPD (อุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว) ในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ผมมักอธิบายให้ทีมจัดซื้อฟังว่า คุณภาพของ MOV เป็นตัวกำหนดความเสถียรในระยะยาว MOV ที่อ่อนแอหมายถึงการเสื่อมสภาพเร็วและระดับการป้องกันที่ไม่สามารถคาดเดาได้ นั่นคือเหตุผลที่โรงงานต่างๆ ต้องการ MOV ที่เชื่อถือได้ ระบบป้องกันไฟกระชากสำหรับโรงงาน ควรทดสอบพฤติกรรมของ MOV ภายใต้รอบการทดสอบความเครียดซ้ำๆ ก่อนอนุมัติซัพพลายเออร์เสมอ

MOV คืออะไร และทำงานอย่างไร

MOV (Metal Oxide Varistor) ทำงานคล้ายกับตัวต้านทานที่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าปกติ มันจะบล็อกกระแสไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงเกินระดับเกณฑ์ มันจะนำกระแสไฟฟ้าส่วนเกินลงสู่พื้นดินทันที

พฤติกรรมของ MOV ในระหว่างแรงดันไฟฟ้ากระชาก

ในช่วงที่เกิดไฟกระชาก ความต้านทานของ MOV จะลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดเส้นทางที่ปลอดภัยสำหรับกระแสไฟกระชาก หลังจากที่กระแสไฟถูกจำกัดแล้ว ความต้านทานก็จะกลับสู่ระดับสูงอีกครั้ง

โหมดความล้มเหลวและข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยของ MOV

สาเหตุความล้มเหลวที่พบบ่อยของ MOV ได้แก่ ความร้อนสูงเกินไป การสึกหรอ และการเกิดความร้อนสูงเกินควบคุม นั่นเป็นเหตุผลที่ผมแนะนำให้ใช้โมดูลตัดการเชื่อมต่อด้วยความร้อนสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) ของแผงโซลาร์เซลล์เสมอ

ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ใช้ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์

หลังจากทำงานตรวจสอบโรงงานและโครงการพลังงานแสงอาทิตย์มาหลายปี ผมได้เรียนรู้ว่าการเลือกประเภทอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ที่ถูกต้องนั้นเป็นตัวกำหนดว่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะทนทานต่อฤดูฟ้าผ่าได้หรือไม่

ประเภทที่ 1 ประเภท 2และอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิด Type 1 และ Type 3 ให้การป้องกันที่แตกต่างกันต่อฟ้าผ่าและไฟกระชากจากการสวิตช์ Type 1 รับมือกับฟ้าผ่าโดยตรง Type 2 รับมือกับแรงดันไฟเกิน และ Type 3 ป้องกันอุปกรณ์ปลายทางและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความเสียหาย

ทีมจัดซื้อจัดจ้างหลายทีมมักให้ความสำคัญกับความแตกต่างของราคาอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) แต่ละประเภท แต่ผมมักอธิบายว่าแต่ละประเภทมีบทบาทที่แตกต่างกัน ระบบจะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อมีการประสานงานกันเป็นห่วงโซ่การป้องกันที่สมบูรณ์ บริษัท EPC โซลาร์เซลล์ที่ละเลยอุปกรณ์ประเภทใดประเภทหนึ่งมักประสบปัญหาอินเวอร์เตอร์เสียซ้ำซากระหว่างเกิดพายุ ด้านล่างนี้คือการเปรียบเทียบโดยย่อ:

ตารางที่ 1 – ประเภทของ SPD และหน้าที่ของแต่ละประเภท

อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าชนิดที่ 1 (SPD Type 1)

ใช้บริเวณทางเข้าระบบไฟฟ้าเพื่อระบายกระแสฟ้าผ่าขนาดใหญ่

อุปกรณ์ป้องกันไฟเกินชนิดที่ 2 (SPD Type 2) สำหรับป้องกันแรงดันไฟเกิน

ติดตั้งไว้ใกล้กับอินเวอร์เตอร์เพื่อป้องกันการสลับวงจรและไฟกระชากที่เกิดขึ้น

อุปกรณ์ป้องกันอุปกรณ์ปลายทางชนิดที่ 3 (Type 3 SPD for Terminal Device Protection)

ใช้ภายในวงจรควบคุมที่มีความละเอียดอ่อน

การเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) ที่เหมาะสมสำหรับงานระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ผมจะเลือกประเภทของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าให้เหมาะสมกับระดับฟ้าผ่า แรงดันไฟฟ้าในการติดตั้ง ความไวของอุปกรณ์ และสภาพการต่อสายดินเสมอ

คู่มือการติดตั้ง SPD สำหรับแผงโซลาร์เซลล์และอินเวอร์เตอร์

ผมเคยเห็นโครงการหลายโครงการล้มเหลวเพียงเพราะติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) ในตำแหน่งที่ไม่เหมาะสม แม้ว่าตัวอุปกรณ์เองจะมีคุณภาพสูงก็ตาม

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ต้องติดตั้งใกล้กับอุปกรณ์ที่ต้องการป้องกัน โดยใช้สายเคเบิลสั้นๆ มีขั้วถูกต้อง ต่อสายดินอย่างเหมาะสม และใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ถูกต้องทั้งด้าน AC และ DC ของระบบ PV

การติดตั้งที่ถูกต้องสำคัญกว่ายี่ห้อ แม้แต่ตัวป้องกันไฟรั่ว (SPD) ระดับอุตสาหกรรมที่ดีที่สุดก็ไร้ประสิทธิภาพหากสายไฟยาวเกินไป ผมมักจะแสดงให้ช่างเทคนิคเห็นว่าสายไฟที่ยาวเกินไปเพียง 20 เซนติเมตร สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตกค้างเป็นสองเท่า ซึ่งอาจทำลายแผงวงจรอินพุตของอินเวอร์เตอร์ได้

ตำแหน่งที่ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) ในระบบโซลาร์เซลล์

อุปกรณ์ SPD ต้องติดตั้งที่ กล่องรวมสายไฟ DCอินพุต DC ของอินเวอร์เตอร์, เอาต์พุต AC ของอินเวอร์เตอร์ และระบบจ่ายไฟ AC หลัก

ขั้นตอนการติดตั้ง SPD ด้าน DC

• เชื่อมต่อกับอินพุตสตริงแต่ละรายการ
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วตรงกัน
• ควรจำกัดความยาวสายเคเบิลไว้ไม่เกิน 0.5 เมตร

ขั้นตอนการติดตั้ง SPD ด้าน AC

• ติดตั้งใกล้กับขั้วต่อเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์
• เชื่อมต่อกับสายดิน PE
• ปฏิบัติตามกฎการเดินสายระบบ TN/TT

ข้อผิดพลาดในการติดตั้งที่พบบ่อยซึ่งควรหลีกเลี่ยง

ข้อผิดพลาดที่ร้ายแรงที่สุด ได้แก่ สายไฟยาวเกินไป การไม่ต่อสายดิน การใช้ SPD ประเภทที่ไม่ถูกต้อง และการกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้อง

ข้อกำหนดการป้องกันไฟกระชาก DC และ AC สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ผมมักตรวจสอบไซต์ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ที่ค่าพิกัด SPD ไม่ตรงกับแรงดันไฟฟ้าวงเปิดของแผง ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงแฝงต่อระบบทั้งหมด

อุปกรณ์ป้องกันไฟรั่วสำหรับระบบโซลาร์เซลล์ (PV SPDs) ต้องมีคุณสมบัติที่ตรงกับพิกัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง พิกัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ระบบสายดิน กฎการประสานงาน และประเภทการติดตั้ง เพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีการป้องกันที่เสถียรทั่วทั้งระบบโซลาร์เซลล์

ตารางเปรียบเทียบการให้คะแนนด้านล่างนี้ เป็นตารางที่ทีมจัดซื้อหลายทีมพบว่ามีประโยชน์:

ตารางที่ 2 – ข้อกำหนดด้านพิกัดกำลังไฟฟ้า (SPD) สำหรับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์

พิกัดแรงดันและกระแสสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (PV SPD)

ในอุณหภูมิต่ำ ควรปรับค่า Ucpv ของ SPD ให้ตรงกับค่า Voc สูงสุดของอาร์เรย์เสมอ

ข้อกำหนดเกี่ยวกับการต่อสายดินและการลงดิน

การต่อสายดินที่ดีช่วยลดพลังงานจากไฟกระชากได้อย่างมาก ผมตรวจสอบค่าความต้านทานของสายดินก่อนติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเสมอ

การประสานงาน SPD ระหว่างด้าน AC และ DC

ใช้ขั้วต่อแบบที่ 1 ที่แผงควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับหลัก และขั้วต่อแบบที่ 2 ใกล้กับอินเวอร์เตอร์ เพื่อการทำงานที่ประสานงานกันอย่างมีประสิทธิภาพ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) กับ อุปกรณ์กันไฟกระชาก (Surge Arrester): ความแตกต่างที่สำคัญสำหรับการป้องกันแผงโซลาร์เซลล์

ผู้ซื้อหลายรายถามผมว่าควรใช้ SPD หรืออุปกรณ์กันไฟกระชากดีกว่ากัน และคำตอบของผมก็คือ: ทั้งสองอย่างมีบทบาทที่แตกต่างกัน

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (Surge arrester) รับมือกับเหตุการณ์ฟ้าผ่าขนาดใหญ่จากภายนอก ในขณะที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ปกป้องอุปกรณ์จากแรงดันไฟฟ้าเกินทั้งจากภายนอกและภายใน ระบบโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่จะได้ประโยชน์จากการใช้อุปกรณ์ทั้งสองชนิดนี้

ตารางที่ 3 – SPD เทียบกับ อุปกรณ์ดักไฟกระชาก

วิธีการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (Surge Arrester) เทียบกับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD)

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถระบายพลังงานจากฟ้าผ่าได้มาก แต่ตอบสนองช้ากว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบอื่นๆ

แบบไหนดีกว่าสำหรับการป้องกันฟ้าผ่าแผงโซลาร์เซลล์

อุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) ช่วยปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความเสียหายได้ดีกว่า ในขณะที่อุปกรณ์กันไฟกระชาก (arrester) ช่วยปกป้องโครงสร้างของอาคาร

ควรใช้ทั้งสองแบบในระบบพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อใด

ผมมักใช้ทั้งสองแบบสำหรับโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่หรือที่มีความเสี่ยงสูงเสมอ

บทสรุป

ใช้คุณภาพสูง อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เพื่อให้มั่นใจว่าระบบโซลาร์เซลล์ทุกระบบมีความปลอดภัย เสถียร และพร้อมสำหรับการใช้งานในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ SPD, MOV และระบบป้องกันฟ้าผ่าสำหรับแผงโซลาร์เซลล์

ฉันสามารถใช้ SPD สองตัวต่ออนุกรมกันได้หรือไม่?

ใช่ครับ ตราบใดที่ปฏิบัติตามกฎการประสานงาน

แผงโซลาร์เซลล์จำเป็นต้องใช้ตัวป้องกันกระแสไฟรั่วแบบ AC หรือ DC?

ทั้งด้าน AC และ DC จำเป็นต้องมีการป้องกัน

อาการปวดกระดูกเชิงกราน (SPD) จะหายไปภายในระยะเวลานานเท่าใด?

โดยทั่วไปจะมีอายุการใช้งาน 5-10 ปี ขึ้นอยู่กับการสัมผัสกับไฟกระชาก

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออุปกรณ์ SPD ทำงานผิดปกติ?

ระบบจะตัดการทำงานภายในเพื่อป้องกันความเสี่ยงจากไฟไหม้