เหตุใดอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจึงจำเป็นสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ PV

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ทั่วโลก พลังงานแสงอาทิตย์ (PV) ได้กลายเป็นโซลูชันพลังงานสะอาดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับองค์กร สวนอุตสาหกรรม อาคารพาณิชย์ และลูกค้าที่อยู่อาศัย อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับระบบจำหน่ายแบบเดิม ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มักถูกติดตั้งบนหลังคาอาคาร ในพื้นที่เปิดโล่ง หรือในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ ส่งผลให้ระบบสัมผัสกับสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติเป็นเวลานาน ทำให้มีความเสี่ยงต่อการเกิดฟ้าผ่าและไฟกระชากของโครงข่ายไฟฟ้า

ในฐานะผู้ผลิตอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เราพบว่าความล้มเหลวของระบบ PV จำนวนมากไม่ได้เกิดจากตัวโมดูล แต่มาจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวที่สร้างความเสียหายให้กับอินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์ตรวจสอบ หรือระบบการสื่อสาร ดังนั้นในการออกแบบโครงการ PV สมัยใหม่ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจึงไม่ใช่ทางเลือกอีกต่อไป แต่เป็นองค์ประกอบสำคัญในการรับรองการทำงานที่ปลอดภัยของระบบ

แล้วเหตุใดระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จึงต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก? บทความนี้จะวิเคราะห์สิ่งนี้จากมุมมองของการใช้งานจริง

1. ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีความอ่อนไหวต่อผลกระทบจากฟ้าผ่ามากกว่า
แตกต่างจากอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในอาคารทั่วไป อุปกรณ์ส่วนใหญ่ในระบบ PV ได้รับการติดตั้งกลางแจ้งเป็นเวลานาน
ตัวอย่างเช่น:
โมดูลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
กล่องรวม
ระบบโยก
สายไฟ DC
อินเวอร์เตอร์
มักตั้งอยู่ในพื้นที่ขนาดใหญ่และใกล้จุดสูงสุดของอาคาร
เมื่อเกิดฟ้าผ่า แรงดันไฟกระชากที่ทรงพลังสามารถถูกสร้างขึ้นได้โดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แม้ว่าจะไม่กระทบกับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์โดยตรงก็ตาม
แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวนี้แพร่กระจายอย่างรวดเร็วไปตามวงจรและส่งผลร้ายแรงต่ออุปกรณ์ระบบ
ดังนั้น ระบบ PV จึงเป็นสถานการณ์การใช้งานทั่วไปที่มีความเสี่ยงฟ้าผ่าสูง

2. การปกป้องอุปกรณ์หลัก เช่น อินเวอร์เตอร์
อินเวอร์เตอร์มักเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่มีคุณค่าและสำคัญที่สุดในระบบ PV ทั้งหมด
หน้าที่หลักคือการแปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC ที่สร้างโดยชุดประกอบ PV เป็นไฟฟ้ากระแสสลับและเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า)
อย่างไรก็ตาม อินเวอร์เตอร์ได้รวมเอาส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนจำนวนมากเข้าไว้ด้วยกัน
ตัวอย่างเช่น:
โมดูล IGBT
วงจรควบคุม
โมดูลการสื่อสาร
ระบบการตรวจสอบ
ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้มีความไวต่อแรงดันไฟฟ้าเกินอย่างมาก
เมื่อได้รับผลกระทบจากไฟกระชาก อาจทำให้เกิด:
การปิดระบบ
การหยุดชะงักของการสื่อสาร
การสูญเสียพลังงาน
ความเสียหายของอุปกรณ์
การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถลดผลกระทบจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวบนอินเวอร์เตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. ป้องกันความเสียหายต่อโมดูล PV และกล่อง Combiner
หลายๆ คนคิดว่าฟ้าผ่าจะส่งผลต่ออินเวอร์เตอร์เท่านั้น
ในความเป็นจริง ส่วนประกอบ PV และกล่อง Combiner ก็มีความเสี่ยงเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงการผลิตไฟฟ้าภาคพื้นดินขนาดใหญ่-:
พื้นที่อาเรย์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่
ความยาวของสายเคเบิล
มีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดฟ้าผ่า
เมื่อไฟกระชากเคลื่อนที่ไปตามเส้น DC อาจทำให้เกิด:
ประสิทธิภาพของโมดูลลดลง
กล่องรวม
ขั้วเผา
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากด้านข้าง DC สามารถปล่อยพลังงานได้อย่างรวดเร็วก่อนที่ไฟกระชากจะเข้าสู่อุปกรณ์ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหาย

4.ลดการหยุดทำงานของระบบและการสูญเสียการผลิตไฟฟ้า
สำหรับโครงการพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม การหยุดทำงานของระบบหมายถึงการสูญเสียทางเศรษฐกิจโดยตรง
ตัวอย่างเช่น:
รายได้จากการผลิตไฟฟ้าลดลง
การหยุดชะงักของการผลิต
ค่าบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้น
หากอุปกรณ์สำคัญได้รับความเสียหายจากไฟกระชาก การซ่อมแซมและเปลี่ยนทดแทนมักจะใช้เวลานาน
เมื่อเกิดไฟกระชาก SPD จะตอบสนองอย่างรวดเร็วเพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัย
ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความต่อเนื่องของระบบและลดความเสี่ยงของการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิด

5. ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มีความเสี่ยงทั้งไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง
เมื่อเปรียบเทียบกับระบบไฟฟ้าทั่วไป ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จะมีโครงสร้างที่มีเอกลักษณ์มากกว่า
ประกอบด้วย:
ฝั่งดีซี
รวมถึง:
โมดูลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
สายไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
กล่องรวม
อินพุตอินเวอร์เตอร์
ด้านการสื่อสาร
รวมถึง:
เอาท์พุทอินเวอร์เตอร์
ตู้จำหน่าย
ระบบสร้างกริดที่เชื่อมต่อกัน
พายุฝนฟ้าคะนองสามารถเข้าสู่ระบบได้จากทั้งฝั่ง DC และ AC
ดังนั้น โซลูชั่นป้องกันฟ้าผ่าจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบสมบูรณ์จึงมักต้องการ:
ดีซี เอสพีดี
เอซี เอสพีดี
การป้องกันสองเท่า
สิ่งนี้สร้างระบบการป้องกันทั้งหมด

6. การปฏิบัติตามข้อกำหนดเฉพาะทางอุตสาหกรรมและวิศวกรรม
ด้วยกฎระเบียบที่เพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ ประเทศและภูมิภาคจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ต้องการให้โครงการต่างๆ ติดตั้งมาตรการป้องกันไฟกระชาก
โดยเฉพาะ:
โครงการไฟฟ้าโซลาร์เซลล์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม
โรงไฟฟ้าที่ติดตั้งภาคพื้นดินขนาดใหญ่-
ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ในอาคารสาธารณะ
ในขั้นตอนการออกแบบ มักจะจำเป็นต้องคำนึงถึง:
การประเมินความเสี่ยงจากฟ้าผ่า
แผนการกำหนดค่า SPD
การออกแบบระบบสายดิน
ข้อกำหนดมาตรฐานไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงความปลอดภัยของระบบ แต่ยังปรับปรุงอัตราการยอมรับของโครงการอีกด้วย

7. การคุ้มครองระบบเฝ้าระวังและการสื่อสาร
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สมัยใหม่ไม่เพียงแต่พึ่งพาการทำงานของอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังต้องการอุปกรณ์ตรวจสอบอัจฉริยะจำนวนมากอีกด้วย
ตัวอย่างเช่น:
อุปกรณ์เก็บข้อมูล
ระบบตรวจสอบสิ่งแวดล้อม
โมดูลการสื่อสาร
แพลตฟอร์มการตรวจสอบระยะไกล
โดยทั่วไปอุปกรณ์เหล่านี้ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แรงดันต่ำ-
พวกมันเสี่ยงต่อไฟกระชากมากกว่าอุปกรณ์ไฟฟ้า
ดังนั้นการป้องกันไฟกระชากจึงไม่เพียงแต่ปกป้องระบบผลิตไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังปกป้องการทำงานที่เสถียรของเครือข่ายการตรวจสอบทั้งหมดอีกด้วย

8. ปรับปรุงผลตอบแทนจากการลงทุนโดยรวมของระบบ
จากมุมมองของการลงทุนในโครงการ ค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากมักจะเป็นเพียงเศษเสี้ยวเล็กน้อยของการลงทุนทั้งหมดในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
อย่างไรก็ตามมูลค่าที่พวกเขานำมานั้นมีมหาศาล
รวมถึง:
ลดความเสี่ยงต่อความเสียหายต่ออุปกรณ์
ค่าบำรุงรักษาที่ต่ำกว่า
เพิ่มความพร้อมใช้งานของระบบ
การยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
ปรับปรุงเสถียรภาพของรายได้จากการผลิตไฟฟ้า
การกำหนดค่า SPD ที่สมเหตุสมผลเป็นการลงทุน-ที่คุ้มค่าสำหรับโรงไฟฟ้า PV ที่มีอายุการใช้งานการออกแบบมากกว่า 20 ปี
เหตุใดโครงการไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จึงเน้นการกำหนดค่า SPD มากขึ้นเรื่อยๆ
ด้วยระดับสติปัญญาที่เพิ่มขึ้นของอินเวอร์เตอร์และขนาดที่เพิ่มขึ้นของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ มูลค่าของอุปกรณ์และความซับซ้อนของระบบก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
ในกรณีที่เกิดความเสียหายจากไฟกระชาก ไม่เพียงแต่จะทำให้อุปกรณ์ขัดข้องเพียงเครื่องเดียวเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบต่อการทำงานของทั้งโรงงานด้วย
เป็นผลให้มีโครงการต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ ที่รวมการป้องกันไฟกระชากเข้ากับการออกแบบโดยรวมตั้งแต่ขั้นตอนแรกของการก่อสร้าง
เครื่องป้องกันไฟกระชาก (SPD) มีความสำคัญต่อระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สมัยใหม่พอๆ กับเซอร์กิตเบรกเกอร์และฟิวส์
บทสรุป:
ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ทำงานกลางแจ้งเป็นเวลานานและเผชิญกับความเสี่ยงต่างๆ เช่น ฟ้าผ่า ความผันผวนของโครงข่ายไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากไฟฟ้าลัดวงจร การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากไม่เพียงแต่ปกป้องอินเวอร์เตอร์ ส่วนประกอบ PV และอุปกรณ์ตรวจสอบจากความเสียหายจากไฟกระชาก แต่ยังช่วยลดเวลาหยุดทำงาน ลดต้นทุนการบำรุงรักษา และปรับปรุง-ความน่าเชื่อถือในระยะยาวของระบบผลิตไฟฟ้า การกำหนดค่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากด้านข้าง AC อย่างเหมาะสมได้กลายเป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับเจ้าของที่ต้องการรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยและผลตอบแทนจากการลงทุนสำหรับโครงการ PV

ระบบ PV จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือไม่?
สำหรับโครงการ PV ส่วนใหญ่ ขอแนะนำให้ติดตั้งอุปกรณ์ระบายออกเพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบกลางแจ้งและพื้นที่ที่มีฟ้าผ่าสูง
ระบบ PV ต้องใช้ SPD จำนวนเท่าใด
โดยปกติจะต้องติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทั้งด้าน DC และ AC เพื่อสร้างระบบป้องกันที่สมบูรณ์
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถป้องกันฟ้าผ่าโดยตรงได้หรือไม่?
SPD (เครื่องตรวจจับแรงดันไฟฟ้าแบบยั่งยืน) ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อจำกัดแรงดันไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่า การป้องกันฟ้าผ่าโดยตรงยังต้องใช้สายล่อฟ้าและระบบสายดินด้วย
เหตุใดอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จึงไวต่อคลื่นขนาดใหญ่
อินเวอร์เตอร์ประกอบด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่มีความไวสูงต่อแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการป้องกันแบบรวมศูนย์
SPD สามารถปกป้องอุปกรณ์ต่อไปหลังจากเกิดความล้มเหลวได้หรือไม่
ไม่ ควรเปลี่ยนระบบทันทีหลังจากหมดอายุหรือทำงานผิดปกติ มิฉะนั้น ระบบจะสูญเสียความสามารถในการป้องกันไฟกระชากที่มีประสิทธิผล