Нов енергиен предпазител за фотоволтаични и батерийни системи: Осигуряване на бъдещето на възобновяемата енергия
Глобалното преминаване към възобновяема енергия тласна използването на фотоволтаични (PV) и системи за съхранение на батерии. Тези технологии осигуряват основата за разпределена енергия, микромрежи и-мащабни слънчеви ферми. Въпреки това, техните различни електрически свойства-като високи постоянни напрежения, разнообразни профили на тока и възможни токове на повреда с бавни темпове на нарастване-представляват големи проблеми със защитата. Новият енергиен предпазител, който е специално създаден за фотоволтаични и батерийни приложения, се очертава като важен компонент за осигуряване на безопасност, надеждност и дълготрайност на системата.
Предизвикателството за защита при фотоволтаични и батерии
За разлика от стандартните вериги с променлив ток, системите с постоянен ток в слънчеви и батерийни инсталации представляват различни опасности: Продължителни дъги: За разлика от променливотоковите дъги, дъгите с постоянен ток не се само-изгасват при пресичане на нулата, което води до продължителни високо{1}}температурни повреди, които могат да причинят пожари. Генериране на променлив ток: Фотоволтаичните масиви генерират ток, пропорционален на излъчването, което затруднява идентифицирането на проблема въз основа само на силата на тока. Характеристики на повредата на батерията: Литиево-йонните батерии могат бързо да осигурят изключително високи токове на късо- съединение, въпреки че някои химикали също могат да покажат прогресивно развитие на повреда. Стрес на околната среда: Външните инсталации подлагат компонентите на сурови температури, влажност и UV радиация, което налага висока механична и електрическа издръжливост. Конвенционалните предпазители или прекъсвачи, създадени за разпределение на променлив ток, може да не реагират правилно на тези условия, което води до недостатъчна защита или неприятно изключване.
Иновации в дизайна за нови енергийни предпазители
Съвременните предпазители за приложения за възобновяема енергия включват три основни подобрения:
1. DC-номинално охлаждане на дъгата.
Специализираните материали за пълнене и дизайн на камерата осигуряват бързо изгасване на дъгата при високо постоянно напрежение (до 1500 V DC или по-високо). Това успешно контролира топлинната енергия и предотвратява повторно-запалване на дъгата.
2. Време-текущи характеристики (TCC), адаптирани за възобновяеми енергийни източници
Кривите на предпазителите са проектирани да бъдат съвместими с капацитета на претоварване на PV инвертора и моделите на зареждане/разреждане на батерията. Те понасят безобидни ударни токове (например от облачни-ефекти или стартиране на двигателя), като същевременно реагират бързо на сериозни неизправности.
3. Откриване на частична повреда и обратен ток
Някои съвременни предпазители имат сензори или са част от защитна система, която открива частични дефекти в засенчването, заземяване или обратни токове от разреждане на батерията в повреден фотоволтаичен низ.
4. Подобрена издръжливост и наблюдение.
Използват се устойчиви-на корозия и топлоциклични материали. Освен това, индикаторни или интелигентни предпазители с дистанционни сигнали за състояние улесняват предсказуемата поддръжка и връзката със системите за управление на енергията.
Конкретни съображения-за приложението
Защита на фотоволтаични масиви
Предпазителите обикновено се използват при: Защитата на низове включва изолиране на отделни фотоволтаични низове, за да се предотврати обратно-захранване от паралелни низове към повредата. Интеграция на Combiner Box: Защита на групи от низове, преди да бъдат свързани към инвертора. DC шина и вход на инвертора: Защита на първичната DC връзка. Изборът се определя от системното напрежение, максималния ток на низа, наличния ток на повреда и температурата на околната среда. Необходима е правилна синхронизация с DC разединители и инвертори.
Защита на системата за съхранение на енергия на батерията (BESS).
Предпазителите в батерийните модули предпазват от вътрешни къси съединения на клетката, свръхток по време на разреждане и грешки в DC връзката между батерията и системата за преобразуване на енергия (PCS). Често се изискват свръхбързодействащи предпазители за прекъсване на високи токове на повреда за милисекунди, преди да възникне термично изпускане в модула на батерията.
Стандарти и съответствие
Индустриалните стандарти насърчават безопасността и оперативната съвместимост. Ключовите стандарти включват UL 248-19 (за фотоволтаични предпазители), IEC 60269-6 (gPV предпазители за слънчеви фотоволтаични енергийни системи) и UL 2579 (за изисквания за предпазители на батерии). Съответствието с тези стандарти удостоверява работата на предпазителя в тестови условия, които симулират реални DC грешки.
Бъдещето: Интеграция с цифрови мрежи.
Следващото поколение иновативни енергийни предпазители най-вероятно ще надхвърли пасивните компоненти. Вярваме, че предпазителите ще включват вградени IoT сензори за-наблюдение на тока, температурата и здравето в реално време. Комуникационните протоколи позволяват разширено сътрудничество с полупроводникови прекъсвачи в схеми за адаптивна защита. Откритията в науката за материалите осигуряват по-високи номинални стойности на напрежението и по-кратки периоди на прекъсване за следващо-поколение високо{6}}батерийни системи.
Заключение
Специализираният нов енергиен предпазител е повече от просто заместител на AC еквивалента; това е сложен механизъм за безопасност, предназначен за специфичните нужди на слънчеви и батерийни системи за съхранение. Тъй като навлизането на възобновяема енергия се увеличава и системните топологии стават по-сложни, значението на тези предпазители за предотвратяване на електрически пожари, защита на скъпо оборудване и гарантиране на цялостната надеждност на системата нараства. Изборът на правилно номинален и сертифициран предпазител и включването му в добре-разработена стратегия за защита е критична стъпка във всяка безопасна и устойчива инсталация за възобновяема енергия.