Güneş Enerjisi Sistemleri için Aşırı Gerilim Koruma Cihazları Seçimi - Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Kurulumu

1. Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD) Montajını Etkileyen Faktörler

Çatı üstü fotovoltaik (PV) sistemlerdeki aşırı gerilimler, öncelikle doğrudan yıldırım düşmesi (bina üzerinde veya yakınında ya da yıldırım koruma sistemli PV ekipmanına), yıldırım kaynaklı elektrik alan değişikliklerinden kaynaklanan indüklenen gerilim veya AC/DC güç dağıtım şebekelerindeki anahtarlama işlemlerinden kaynaklanır. Aşırı gerilim korumasına duyulan ihtiyacı değerlendirmek ve uygun koruma stratejisini belirlemek için, ekipmanın nominal darbe dayanım gerilimi (Uw) referans olarak kullanılmalıdır. Risk değerlendirmesiyle aksi belirtilmedikçe, aşırı gerilim koruma cihazları (SPD'ler) PV sisteminin hem DC hem de AC taraflarına kurulmalıdır.

Fotovoltaik sistem içindeki korunmaya ihtiyaç duyabilecek cihazlar şunlardır:

İnvertörler (düşük voltajlı AC sistemine ve DC sistemine arayüzler dahil), fotovoltaik paneller, fotovoltaik sistemin dahili kablolaması, inverter ile fotovoltaik paneller arasına monte edilen bileşenler (örneğin, birleştirici kutular); fotovoltaik sistemin izlenmesi ve kontrolü için kullanılan ekipmanlar.

IEC 61643-12 ve GB/T 21714'ün ilgili bölümlerine göre, fotovoltaik (PV) sistemler için aşırı gerilim koruma cihazlarının (SPD) seçimi ve kurulumu birçok faktöre bağlıdır. Bunlar arasında yer yıldırım yoğunluğu (NG) [1/km²·yıl] veya yıllık ortalama fırtınalı gün sayısı (T), düşük voltajlı güç kaynağı sisteminin özellikleri (örneğin, havai hatlar veya yer altı kabloları) ve korunan ekipmanın niteliği, ayrıca PV sistemini doğrudan yıldırım çarpmalarından korumak için harici bir Yıldırım Koruma Sistemi (LPS) kurulup kurulmadığı yer almaktadır.

Harici bir LPS mevcutsa, SPD gereksinimleri, LPS'nin koruma seviyesinden (Sınıf) ve LPS ile PV sistemi arasında gerekli ayırma mesafesinin (S) korunup korunmadığından (izole edilmiş veya izole edilmemiş LPS) etkilenir.

2. Farklı Harici Yıldırım Koruma Sistemi Konfigürasyonlarının Fotovoltaik Sistemler için Yıldırımdan Koruma Üzerindeki Etkisi

Çatı üstü fotovoltaik sistemler için aşırı gerilim koruma cihazı (SPD) kurulumu, harici düşük voltaj koruma cihazının (LPS) varlığına ve türüne bağlı olarak genellikle üç kategoriye ayrılır:

(1) Harici LPS Olmayan PV Sistemleri

Şemada gösterildiği gibi (burada yer almamaktadır), bina harici yıldırım koruma sistemi ile donatılmamışsa, yıldırım risk değerlendirmesinin sonucuna göre aşırı gerilim koruma cihazları (SPD'ler) kurulmalıdır. Kritik fotovoltaik bileşenleri korumak için hem AC hem de DC taraflarına aşırı gerilim koruma cihazları takılması önerilir.

DC tarafı için, PV birleştirme kutusunun veya PV dizisinin (birleştirme kutusu kullanılmıyorsa) yakınına bir Tip 2 DC aşırı gerilim koruma cihazı (DC1 olarak adlandırılır) takılmalıdır. Bu aşırı gerilim koruma cihazı, binayı PV kabloları aracılığıyla iletilen harici aşırı gerilimlerden korur ve genellikle PV kabloları binaya girdikten hemen sonra takılır. İnverterin DC girişinin yakınına başka bir Tip 2 DC aşırı gerilim koruma cihazı (DC2 olarak adlandırılır) takılmalıdır. DC1 ile inverter arasındaki kablo uzunluğu 10 metreden az ise, DC1'e gerek duyulmayabilir.

AC tarafı için, genellikle ana dağıtım panosunda bulunan AC şebeke girişine Tip 2 AC aşırı gerilim koruma cihazı (AC1 olarak adlandırılır) takılması önerilir. Bu cihaz, şebekeden gelen aşırı gerilimlere karşı koruma sağlar. Harici yıldırım koruması olmayan bir sistemde AC1'e ihtiyaç duyulup duyulmadığı, yıldırım risk değerlendirmesinin sonuçlarına bağlıdır. Pahalı invertörü korumak için, genellikle invertörün AC çıkışına yakın bir yere Tip 2 AC aşırı gerilim koruma cihazı (AC2 olarak adlandırılır) takılır. AC1 ve AC2 arasındaki kablo uzunluğu 10 metreden az ise, AC2'ye gerek duyulmayabilir. Ayrıntılı bilgi için lütfen yapılandırma tablosuna bakın.

(2) Gerekli Ayırma Mesafesini Karşılayan Harici LPS'li PV Sistemleri (İzole LPS)

Şemada gösterildiği gibi, bir binada harici yıldırım koruma sistemi (örneğin hava sonlandırma çubukları veya bantları) varsa ve çatıdaki fotovoltaik paneller bu sistem tarafından uygun ayırma mesafesi korunarak korunuyorsa, fotovoltaik sistemin izole bir yıldırım koruma sistemi ile donatılmış olduğu kabul edilir. Bu durumda bile, aşırı gerilim koruma cihazlarının (SPD) takılması yine de gereklidir.

İzole edilmiş bir yıldırım koruma sistemi (LPS) bulunan sistemler için, aşırı gerilim koruma cihazı (SPD) kurulumu, harici yıldırım koruması olmayan sistemlere benzerdir. Bir Tip 2 DC SPD, birleştirme kutusunun yakınına veya birleştirme kutusu kullanılmıyorsa PV dizisinin yakınına monte edilmelidir. Bir başka Tip 2 DC SPD, invertörün DC tarafına yakın bir yere ve bir Tip 2 AC SPD de invertörün AC tarafına yakın bir yere yerleştirilmelidir. Bununla birlikte, PV sistemi binaya giriş ve çıkış yaptığı için, şebeke elektriğinin binaya girdiği ana AC dağıtım panosuna da bir Tip 1 AC SPD gereklidir. Ayrıntılı yerleşim kılavuzu için yapılandırma tablosuna bakın.

(3) Gerekli Ayırma Mesafesini Karşılamayan Harici LPS'li PV Sistemleri (İzole Edilmemiş LPS)

Çatı üstü fotovoltaik (PV) sistemlerinde, panellerin harici yıldırım koruma sistemine (LPS) çok yakın olması ve gerekli güvenlik mesafesini sağlayamaması durumunda, uygun yıldırım eşpotansiyel bağlamasını sağlamak için PV sisteminin tüm metal parçalarının LPS'ye bağlanması gerekir. Bu, çatı üstü yıldırım koruması için kullanılan yaygın bir yaklaşımdır. Bu kurulumda, hem AC hem de DC kablolar, bağlama sisteminde paralel iletkenler gibi ele alınır; bu da yıldırım akımından doğrudan etkilenebilecekleri anlamına gelir. Bu nedenle IEC, sistemin kilit noktalarında (PV kablolarının binaya girdiği yerlerde ve invertör gibi önemli cihazların hem AC hem de DC taraflarında) Tip 1 aşırı gerilim koruma cihazlarının (SPD) -genellikle Tip 2 SPD'lerle birlikte- kullanılmasını önermektedir.

Şemada gösterildiği gibi, DC1, birleştirme kutusuna mümkün olduğunca yakın veya birleştirme kutusu yoksa PV dizisine yakın bir yere monte edilmelidir. DC2 ve AC2, daha iyi koruma sağlamak için invertörün yakınına yerleştirilmelidir. Çoğu durumda, AC1 (ana panelde) ve AC2 (invertörün yakınında) her ikisine de ihtiyaç duyulur. Ancak invertör ana panelin içine monte edilmişse ve aynı topraklamayı paylaşıyorlarsa, kablo uzunlukları 0,5 metreden az veya eşitse, AC2 gerekli olmayabilir. Ayrıntılı kurulum kılavuzu için tabloyu inceleyebilirsiniz.

1: Aşağıdaki koşullar altında DC1 atlanabilir: DC1 ile invertör arasındaki kablo uzunluğu 10 metreden az ise ve AC2'nin gerilim koruma seviyesi (Up), PV dizisinin nominal darbe dayanım geriliminin (Uw) 0,8 katından az veya ona eşit ise; veya AC2'nin Up değeri Uw'nin 0,5 katından az veya ona eşit ise ve PE (koruyucu topraklama) iletkeni DC kablolarına yakın bir yerden geçirilmişse.

2: AC2 aşağıdaki koşullar altında atlanabilir: AC1 ve AC2 arasındaki kablo uzunluğu 10 metreden az ise; veya invertör ve ana dağıtım panosu aynı topraklama elektrotunu paylaşıyorsa ve SPD bağlantı kablolarının her biri 0,5 metreden uzun değilse (örneğin, invertör ana panonun içine monte edilmişse).

3: Aşırı gerilim koruma cihazı (SPD) topraklama iletkenleri için minimum kesit alanı: Tip 2 SPD'ler için bakır topraklama iletkeni en az 6 mm² olmalıdır; Tip 1 SPD'ler için ise en az 16 mm² olmalıdır.

Çatı üstü fotovoltaik sistemlerde DC tarafındaki aşırı gerilim koruyucularının seçimi esas olarak binanın yıldırımdan nasıl korunduğuna ve sistemin nasıl kablolandığına bağlıdır. Konfigürasyon tablosuna ve IEC standartlarına göre, invertörün DC tarafında her zaman bir aşırı gerilim koruyucu bulunmalıdır. Ancak, paneller ile invertör arasındaki kablo 10 metreden uzunsa, birleştirme kutusunun yakınında veya birleştirme kutusu yoksa fotovoltaik panellerin yakınında ek aşırı gerilim koruyucularına ihtiyaç duyulur.

Bununla birlikte, bu her yerde böyle yapılmıyor. Bazı ülkelerde—örneğin Almanya'da—kurallar tam tersi. Orada, DC aşırı gerilim koruması her zaman güneş panellerinin hemen yanına kuruluyor ve kablo uzunluğu 10 metreyi aşarsa sadece invertörün yakınına bir tane eklemeniz gerekiyor.