Tại sao mỗi hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời nên bao gồm một thiết bị chống sét lan truyền năng lượng mặt trời?

Hệ thống quang điện mặt trời (PV) phải đối mặt với các xung điện có thể gây ra thiệt hại tốn kém và mất điện. Bài viết này giải thích lý do tại sao mọi hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời đều cần có thiết bị chống sét Solar Surge - một thiết bị bảo vệ các thiết bị quan trọng khỏi tình trạng quá điện áp nhất thời.

1. Thế nào làThiết bị chống sét mặt trời?

Thiết bị chống sét, còn được gọi là thiết bị chống sét lan truyền (SPD), là một bộ phận điện bảo vệ hệ thống khỏi quá điện áp. Thiết bị chống sét không dừng hoặc hấp thụ các xung do sét gây ra. Thay vào đó, chúng bỏ qua hoặc phóng điện để hạn chế hư hỏng các thiết bị điện bên trong nhà. Những thiết bị này ngăn chặn dòng điện cao áp tiếp tục chảy bằng cách hướng chúng xuống đất.

Khi xung điện đi qua dây dẫn, thiết bị chống sét sẽ ngắt lớp cách điện của nó để xung điện có thể truyền xuống đất. Khi mức điện áp trở lại bình thường, lớp cách điện giữa dây dẫn và mặt đất sẽ được phục hồi. Dòng điện hướng về mặt đất sau đó dừng lại.

Thiết bị chống sét Solar Surge là một SPD được thiết kế đặc biệt để lắp đặt quang điện. Nó bảo vệ các hệ thống năng lượng mặt trời khỏi quá điện áp nhất thời và quá điện áp vĩnh viễn do lỗi dây dẫn hoặc hỏng máy biến áp.

Quá điện áp nhất thời là hiện tượng điện áp tăng vọt tạm thời lên hơn 10% so với giá trị danh nghĩa của mạng phân phối trong vài chu kỳ. Trong trường hợp quá điện áp vĩnh viễn, mức điện áp duy trì ở mức cao vĩnh viễn.

Một hệ thống chống sét hoàn chỉnh bao gồm các thiết bị đầu cuối không khí (cột thu lôi), dây dẫn sét, thiết bị chống sét, liên kết đẳng thế và hệ thống nối đất. Đây là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sét đánh trực tiếp.

2. Tại sao hệ thống năng lượng mặt trời cần thiết bị chống sét lan truyền?

Hệ thống năng lượng mặt trời dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tăng điện, có thể gây hư hỏng tốn kém cho thiết bị và dẫn đến mất điện tạm thời. Sự tăng điện có thể do các yếu tố bên ngoài như sét đánh, trục trặc bên trong hoặc sự dao động của lưới điện.

Sự tiếp xúc vật lý khiến hệ mặt trời dễ bị tổn thương

Các mảng năng lượng mặt trời thường được lắp đặt ở các khu vực mở, trên mái nhà hoặc trên các cánh đồng rộng lớn, nơi chúng có thể tiếp xúc với các điều kiện môi trường. Diện tích bề mặt lớn và các vị trí lộ thiên, chẳng hạn như trên mái nhà hoặc trên mặt đất trong không gian mở, khiến các tấm pin mặt trời dễ bị sét đánh và có thể rút ngắn tuổi thọ của chúng.

Ngay cả khi mảng năng lượng mặt trời không bị sét đánh trực tiếp, hoạt động sét gần đó có thể tạo ra điện áp nguy hiểm có thể làm hỏng các bộ phận quan trọng. Khi sét đánh vào các công trình gần đó, đường dây tiện ích hoặc mặt đất, trường điện từ sinh ra có thể tạo ra điện áp nhất thời trong hệ thống dây điện của hệ mặt trời. Những xung điện cảm ứng này có thể di chuyển khắp nơi lắp đặt và làm hỏng thiết bị ở xa vị trí sét đánh ban đầu.

Hệ thống cáp mở rộng tạo ra đường dẫn cho xung điện

Bởi vì các hệ thống quang điện thường bao gồm hệ thống cáp DC rộng rãi và các thiết bị điện được kết nối với nhau, nên chúng cung cấp nhiều đường dẫn để dòng điện đột biến lan truyền. Mạng lưới dây dẫn rộng khắp của chúng có thể hoạt động như dây dẫn, đưa điện áp nhất thời vào hệ thống.

Cả hai bên DC và AC đều cần được bảo vệ

Một đặc điểm độc đáo của hệ thống quang điện là chúng hoạt động trên cả mạch điện DC và AC. Xung điện có thể xâm nhập qua cả hai phía của hệ thống. Các chiến lược bảo vệ chống đột biến điện mặt trời hiệu quả sẽ giải quyết cả mạch DC và AC để cung cấp phạm vi phủ sóng toàn diện.

Phía DC bao gồm: mô-đun năng lượng mặt trời, dây nối, hộp tổ hợp, ngắt kết nối DC và đầu vào biến tần. Phía AC bao gồm: đầu ra biến tần, thiết bị phân phối, máy biến áp, kết nối tiện ích và hệ thống điện của cơ sở.

Chỉ bảo vệ một phần của hệ thống có thể khiến các thiết bị quan trọng khác dễ bị hư hại.

Bảo vệ chống sét thường bị bỏ qua

Nhiều chủ sở hữu hệ thống năng lượng mặt trời tập trung vào hiệu suất của tấm pin, lựa chọn biến tần và dự báo sản lượng năng lượng. Việc bảo vệ điện thường bị bỏ qua cho đến khi xảy ra sự cố tốn kém. Sự cố đột biến có thể xảy ra bất ngờ và gây hư hỏng nặng cho thiết bị năng lượng mặt trời, dẫn đến thời gian ngừng hoạt động, chi phí sửa chữa và mất năng lượng sản xuất.

Sự cố đột biến có thể dẫn đến chi phí thay thế thiết bị, chi phí nhân công, thời gian ngừng hoạt động của hệ thống, giảm sản xuất năng lượng, bỏ lỡ cơ hội doanh thu, tăng yêu cầu bảo trì và yêu cầu bảo hiểm.

Một số nhà phát triển có thể chọn không đưa vào các thiết bị chống đột biến điện để giảm chi phí ban đầu của dự án. Tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến chi phí bảo trì cao hơn nếu thiết bị bị hư hỏng do đột biến điện áp và cần được sửa chữa hoặc thay thế.

Trường hợp tài chính cho việc bảo vệ đột biến

Đầu tư vào hệ thống chống sét lan truyền từ năng lượng mặt trời thường chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí dự án. Tuy nhiên, nó có thể giúp ngăn chặn những tổn thất vượt xa chi phí của chính các thiết bị bảo vệ. Đối với việc lắp đặt ở quy mô thương mại và quy mô tiện ích, thời gian ngừng hoạt động có thể nhanh chóng chuyển thành tổn thất doanh thu đáng kể. Ngay cả một sự gián đoạn ngắn trong hoạt động cũng có thể ảnh hưởng đến mục tiêu sản xuất và hiệu quả tài chính.

3. Điều gì xảy ra khi sét đánh vào hệ thống điện mặt trời?

Sét gây ra rủi ro đáng kể về việc phá hủy hoàn toàn hoặc một phần các trang trại năng lượng mặt trời ngay lập tức do tấn công trực tiếp hoặc thông qua thiệt hại thoái hóa do tấn công gián tiếp.

Sét đánh trực tiếp

Sét đánh trực tiếp có thể tạo ra lượng năng lượng khổng lồ có khả năng gây ra thiệt hại thảm khốc. Khi sét đánh vào một mảng pin mặt trời, nó sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng tức thời trong các vòng dây của hệ thống. Điều này dẫn đến hư hỏng lớp cách nhiệt, bảng điều khiển, biến tần và thiết bị liên lạc.

Hiệu ứng sét gián tiếp

Hiệu ứng sét gián tiếp thường phổ biến hơn và có thể gây ra nhiều vấn đề như nhau. Quá điện áp có thể ảnh hưởng đến việc lắp đặt hệ thống bảng năng lượng mặt trời theo nhiều cách:

• Từ sét đánh trực tiếp đến hệ thống chống sét bên ngoài của một công trình, gần công trình đó và thậm chí đến chính hệ thống lắp đặt quang điện

• Từ dòng điện do sét phân phối vào mạng điện

• Do quá điện áp truyền từ mạng điện có nguồn gốc khí quyển (sét) hoặc do hoạt động

• Từ sự biến đổi của điện trường do sét

• Từ lưới điện, nếu sét đánh vào dây dẫn trung thế hoặc hạ thế

• Từ mặt đất, nếu sét đánh gần bộ biến tần của PV

• Từ phía DC, nếu sét đánh vào mô-đun PV

Thiệt hại cho các thành phần chính

Nếu nhà máy điện mặt trời gặp sự cố đột biến và không được bảo vệ bằng thiết bị chống sét hoặc chống đột biến, nó có thể bị hư hỏng thiết bị, từ các lỗ cháy do sét trên tấm pin đến sự xuống cấp của mô-đun và bộ biến tần hoặc hệ thống thứ cấp như thiết bị giám sát và bộ điều khiển theo dõi.

Các bộ phận cụ thể có nguy cơ hỏng hóc cao nhất bao gồm hộp tổ hợp và MPPT (thiết bị theo dõi điểm công suất tối đa). Một số hệ thống quang điện mặt trời có thể chịu được hư hỏng vật lý hoặc hư hỏng mạch đối với các tấm pin của chúng. Tuy nhiên, bộ điều khiển mạch và thiết bị lưu trữ năng lượng của chúng sẽ ngay lập tức không thể sử dụng được sau khi bị sét đánh.

Hiệu ứng dài hạn tiềm ẩn

Ngay cả khi không có sự cố mất điện ban đầu, việc lắp đặt vẫn có thể chịu những ảnh hưởng thứ cấp do hư hỏng thiết bị. Những điều này có thể làm giảm lượng điện năng mà hệ thống có thể tạo ra. Những ảnh hưởng này đôi khi bị nhầm lẫn là do lỗi thiết bị hoặc lỗi sản xuất nếu người ta không nhận ra ngay rằng chúng là do đột biến điện áp gây ra.

Nếu mô-đun PV bị hỏng, nó sẽ dẫn đến mất nguồn điện đầu ra từ chuỗi. Biến tần bị hư hỏng có thể cắt hoặc hạn chế đầu ra từ một phần lớn của hệ thống lắp đặt.

Tầm quan trọng của việc đặt SPD thích hợp

Mạng chống sét lan truyền phải được lắp đặt trên toàn bộ mạng phân phối nguồn DC và AC của hệ thống năng lượng mặt trời để bảo vệ các mạch quan trọng. Tổng số SPD cần thiết trong hệ thống quang điện mặt trời thay đổi tùy thuộc vào khoảng cách giữa các tấm pin và bộ biến tần.

Hướng dẫn cài đặt chung bao gồm:

• Trong các đường dây AC, cần triển khai biện pháp bảo vệ chống đột biến điện trên mỗi dây dẫn điện nối đất.

• Nếu chiều dài cáp giữa các tấm pin mặt trời dưới 10 mét thì nên lắp đặt một SPD ở bộ biến tần, hộp tổ hợp hoặc gần các tấm pin mặt trời hơn.

• Khi lắp đặt cáp DC trên 10 mét, sẽ cần thêm thiết bị chống sét lan truyền ở cả đầu cáp biến tần và mô-đun năng lượng mặt trời.

• Trong hệ thống năng lượng mặt trời dân dụng có bộ biến tần vi mô có cáp DC ngắn nhưng cáp AC dài hơn, nên lắp đặt SPD tại hộp tổ hợp để bảo vệ ngôi nhà khỏi các xung điện đột ngột.

Nên lắp đặt SPD trên các bộ biến tần để bảo vệ đầu vào DC và đầu ra AC, với khả năng nối đất trên cả đường dây DC dương và âm. Bộ kết hợp và mạch điều khiển, cũng như hệ thống giám sát và theo dõi, cần được bảo vệ để tránh nhiễu dòng điện và mất dữ liệu.

4. Tóm tắt

Mỗi hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời phải bao gồm một thiết bị chống sét Solar Surge. Các hệ thống năng lượng mặt trời phải đối mặt với tình trạng tăng điện do sét đánh, dao động lưới điện và trục trặc bên trong.

Sự cố đột biến có thể làm hỏng bộ biến tần, bảng điều khiển, hộp tổ hợp, thiết bị giám sát và thiết bị lưu trữ năng lượng. Thiệt hại có thể dẫn đến chi phí thay thế thiết bị, thời gian ngừng hoạt động của hệ thống, giảm năng lượng sản xuất và mất doanh thu.

Ngay cả khi không nhìn thấy hư hỏng ngay lập tức, các xung đột biến có thể gây ra sự suy giảm tiềm ẩn làm giảm công suất đầu ra theo thời gian. Những ảnh hưởng này thường bị nhầm lẫn với lỗi sản xuất.

Bảo vệ chống đột biến năng lượng mặt trời không phải là một lựa chọn - đó là một điều cần thiết. Việc lắp đặt SPD trên cả hai phía DC và AC của hệ thống, với việc nối đất thích hợp, sẽ giúp bảo vệ các thiết bị quan trọng và duy trì quá trình sản xuất năng lượng đáng tin cậy.

Chống sét lan truyền là một thành phần cần thiết trong bất kỳ hệ thống lắp đặt điện nào, nhưng nó không thay thế giải pháp chống sét thích hợp. Một hệ thống chống sét hoàn chỉnh bao gồm các thiết bị đầu cuối không khí, dây dẫn sét, thiết bị chống sét, liên kết đẳng thế và hệ thống nối đất là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sét đánh trực tiếp.

YRO cam kết cung cấp các thiết bị chống sét lan truyền đáng tin cậy cho việc lắp đặt quang điện. Để được bảo vệ tối ưu, hãy luôn tham khảo các quy định của địa phương, tham khảo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất và sử dụng các bộ phận được chứng nhận.

Việc chọn thiết bị chống sét phù hợp sẽ bảo vệ khoản đầu tư vào năng lượng mặt trời của bạn. Nó ngăn ngừa thiệt hại tốn kém và đảm bảo sản xuất năng lượng lâu dài, đáng tin cậy.