Fotoelementu līdzstrāvas loka problēmas Ievads un risinājumi

Strauji attīstoties saules tehnoloģijai, fotoelementu enerģijas ražošana ir kļuvusi par vienu no svarīgākajiem zaļās enerģijas risinājumiem visā pasaulē. Fotoelementu sistēmām ir nozīmīga loma gan uz dzīvojamo māju jumtiem, gan industriālajos parkos, gan lielās -saules elektrostacijās. Tajā pašā laikā pamazām uzmanība tiek pievērsta fotoelektrisko sistēmu drošības jautājumiem. Līdzstrāvas loks kā elektriska parādība, kas var ietekmēt fotoelektrisko sistēmu stabilitāti, ir rūpīgi jāizprot ikvienam praktiķim un lietotājam.

1. Līdzstrāvas loka izstarošanas nozīme

Līdzstrāvas loka izbūve, kā norāda nosaukums, attiecas uz parādību, kad loks veidojas starp kontaktpunktiem, kad strāvas ceļš līdzstrāvas ķēdē tiek pēkšņi pārtraukts.

Elektriskā loka ir gāzes izlādes parādības veids. Kad gāze tiek jonizēta, tā veido vadošu kanālu, kā rezultātā veidojas elektriskā loka. Fotoelementu līdzstrāvas ķēdēs, kad ķēdē rodas niecīga sprauga, līdzstrāvas spriegums pāri spraugai radīs tajā elektrisko lauku. Kad elektriskā lauka stiprums sasniedz noteiktu līmeni, gaisa molekulas kļūst jonizētas. Gaisa molekulas sastāv no atomiem, kas sastāv no pozitīvi lādētiem kodoliem un negatīvi lādētiem elektroniem. Spēcīgā elektriskā lauka ietekmē elektroni iegūst pietiekami daudz enerģijas, lai atbrīvotos no kodola un kļūtu par brīviem elektroniem. Šie brīvie elektroni paātrinās elektriskajā laukā, saduras ar citām gaisa molekulām, jonizējot vairāk molekulu, tādējādi radot lielu skaitu brīvo elektronu un pozitīvo jonu. Šis process ir pazīstams kā gāzes sadalīšana. Kad gāze ir sadalīta, veidojas elektriskā loka.

Līdzstrāvas loka trieciena process:

Līdzstrāvai, jo tai nav nulles šķērsošanas punkta un strāvas virziens nemainās, loks var nepārtraukti saņemt enerģiju, apgrūtinot tā nodzišanu.

Saskaņā ar ķēdes savienojuma metodi un loka atrašanās vietu lokus var iedalīt virknes lokos un paralēlos lokos (Zemējuma loku var uzskatīt par īpašu paralēlās loka veidu). Sērijveida loki parasti rodas vienā strāvas vadītājā. Tā kā atstatums starp vadītājiem ir mazs un vadītāju ir daudz, parādīšanās biežums ir lielāks; turklāt, tā kā virknes loka signāls ir vājš un viegli maskēts ar troksni, to ir grūti noteikt un, ja tas netiek savlaicīgi novērsts, tas var viegli izraisīt ugunsgrēkus. Paralēli loki parasti rodas starp dažādiem strāvu vadītājiem. Tā kā atstatums starp vadītājiem ir liels un ceļš ir sarežģīts, parādīšanās biežums ir mazāks. Pašlaik aizsardzības pasākumi, piemēram, drošinātāji un automātiskie slēdži, var efektīvi kontrolēt paralēlo loku ietekmi.

2. CēloņiLīdzstrāvas loka pārsteidzošs

2.1. Savienojuma komponentu problēmas

Savienojuma komponenti ir viens no visizplatītākajiem problēmu punktiem fotoelektriskajās sistēmās un arī galvenais līdzstrāvas loka cēlonis.

• Vaļīgi, oksidēti vai nodiluši savienotāji (piemēram, MC4 spraudņi) ir izplatītas problēmas: ilgstošas-lietošanas laikā savienotāji var kļūt vaļīgi tādu faktoru kā vibrācijas un temperatūras izmaiņu dēļ. Vaļīgi savienotāji var palielināt kontakta pretestību, radot lielu siltuma daudzumu, kad strāva iet cauri, izraisot savienotāja temperatūras paaugstināšanos. Augsta temperatūra paātrina savienotāja oksidēšanos un nodilumu, radot apburto loku, kas galu galā noved pie spraugām, kas var izraisīt loka izbūvi.

• Kabeļu savienojumu presēšana neatbilst standartam: Nepietiekams presēšanas spēks vai noplūde var izraisīt sliktu kontaktu kabeļu savienojumos, kas līdzīgi palielina kontakta pretestību, rada augstu temperatūru un līdz ar to var izraisīt loka veidošanos.

2.2. Problēmas ar vadītājiem

Vadi ir svarīgas sastāvdaļas fotoelementu sistēmās strāvas pārvadīšanai, un to kvalitāte un stāvoklis tieši ietekmē sistēmas drošu darbību.

• Kabeļa izolācijas slāņa bojājumi var radīt spraugu starp vadu un zemējuma korpusiem vai metāla balstiem, kas var izraisīt loka rašanos: kabeļa izolācija var tikt bojāta uzstādīšanas vai lietošanas laikā tādu faktoru dēļ kā mehāniski bojājumi vai ķīmiska korozija.

• Vadu var sabojāt ārējie spēki (piemēram, grauzēji grauž vai mehāniska berze), kā rezultātā rodas lokāla iedarbība, kas arī ir viens no loka stiepšanās cēloņiem: Dažās āra fotoelektriskajās elektrostacijās ik pa laikam grauzēji grauž kabeļus.

2.3. Vide un novecošanas faktori

Vides faktori un iekārtu novecošana ir arī svarīgi līdzstrāvas loka cēloņi fotoelektriskajās sistēmās.

• Ilgstoša augstas temperatūras un augsta mitruma iedarbība var paātrināt komponentu novecošanos, izraisot izolācijas veiktspējas samazināšanos: augstas{0}}temperatūras vidē komponentu materiāli tiek pakļauti termiskai novecošanai, izraisot to veiktspējas pakāpenisku pasliktināšanos; augsta-mitruma vidē komponenti var kļūt mitri, tādējādi ietekmējot to izolācijas īpašības.

• Savienojuma vietās uzkrājas putekļi un korozija, kas var traucēt elektrības nepārtrauktību un izraisīt spraugas izlādi: putekļainā vidē ar spēcīgu koroziju savienojuma vietās ir tendence uzkrāties daudz putekļu un kodīgu vielu. Šie materiāli var kavēt elektriskās strāvas pārvadi, palielināt pretestību savienojuma vietās, radīt augstas temperatūras un potenciāli izraisīt loka rašanos.

3. Līdzstrāvas loka noteikšanas tehnoloģija un pielietojums fotoelementā

3.1. Loka defektu ķēdes pārtraucējs (AFCI/AFDD)

AFCI funkcija ir nekavējoties “atklāt un atslēgt strāvu”, kad rodas loks, novēršot uguns izplatīšanos.

Tas parasti ir integrēts līdzstrāvas kombinētāja kastēs, invertoros vai slēdžos, lai reāllaikā uzraudzītu strāvas signālus. Kad rodas loks, pašreizējā viļņu forma uzrāda īpašu augstas{1}}frekvences troksni un kropļojumus. AFCI izmanto algoritmus, lai noteiktu šo neparasto signālu, un ātri atvieno ķēdi.

Kā parādīts iepriekš redzamajā pašreizējā spektra viļņu formā, sarkanā krāsa norāda uz elektriskā loka rašanos, skaidri kontrastējot ar zilo, kur nav loka.

Tipiskā elektriskā sistēmā fona nejaušais troksnis parasti ievērojami mainās tikai frekvencēs virs 200 kHz. Turpretim komutācijas kontrolieru ķēdes, piemēram, invertori elektriskajā sistēmā, parasti darbojas ar spektru, kas ir zem 50 kHz. Nemaz nerunājot par to, ka pats maiņstrāvas avota signāls ir vēl zemākā frekvencē 50/60 Hz. Tāpēc, izmantojot FFT algoritmu, lai pārveidotu noteikto kabeļa strāvu frekvences domēnā un pēc tam analizējot frekvenču joslu no 30 kHz līdz 100 kHz, ir iespējams efektīvi atšķirt ķēdes sistēmas normālu darbību un neparastus loka apstākļus.

Galvenā struktūra

AFCI loka bojājumu automātiskie slēdži galvenokārt sastāv no slēdža moduļa, noplūdes moduļa, barošanas moduļa, signāla kondicionēšanas moduļa, izslēgšanas bloka moduļa un sakaru interfeisa moduļa.

• Barošanas modulis: nodrošina strāvu attiecīgajām ierīcēm AFCI/AFDD iekšpusē.

• Signāla kondicionēšanas modulis: strāvas signāls galvenajā ķēdē tiek nodots caur līnijas strāvas transformatoru signāla kondicionēšanas modulim. Modulis pastiprina, izlabo un filtrē signālu pirms nosūtīšanas uz mikrokontrolleru apstrādei.

• Izslēgšanas modulis: AFCI loka defektu slēdžā izslēgšanas moduļa elektromagnētiskajā struktūrā tiek izmantota jauna enerģijas{0}}taupīšanas tehnoloģija, kas samazina slēdžu elektromagnētiskās sistēmas kodola zudumus un īsslēguma{1}}zaudējumus, tādējādi palielinot enerģijas ietaupījumu. Ir pievienota buferierīce, lai samazinātu enerģijas ietekmi uz elektromagnētisko sistēmu, uzlabojot slēdža aizvēršanas veiktspēju un pagarinot tā kalpošanas laiku. Izslēgšanas moduļa darbības mehānisms var saņemt galvenās vadības mikroshēmas MCU atklātos kļūdu signālus un pārtraukt spoles ķēdi, izmantojot vadības kontaktus, elektromagnētiskajam mehānismam pārtraucot galveno ķēdi. Pēc kļūmes novēršanas, nospiežot darbības pogu, modulis tiek atiestatīts.

• Komunikācijas interfeisa modulis: šis modulis ļauj reāllaikā{0}}pārsūtīt datus, piemēram, strāvas, sprieguma, strāvas fāzes un loka signālus uz termināļa datoru, nodrošinot attālo uzraudzību.

Darbības princips

AFCI loka defektu slēdža galvenā vadības mikroshēma MCU reāllaikā uzrauga strāvas signālu galvenajā ķēdē. Kad galvenajā ķēdē tiek atklāts loka bojājums, mikrokontrolleris nosūta izslēgšanas signālu, un izslēgšanas ķēde veic izslēgšanas darbību.

3.2. Infrasarkanās termiskās attēlveidošanas tehnoloģija

Infrasarkanās termiskās attēlveidošanas tehnoloģija savienojuma vietās ar infrasarkano staru kameru nosaka neparastu uzsilšanu, ļaujot iepriekš noteikt iespējamos loka riskus. Sliktu kontaktu bieži pavada lokāli augsta temperatūra, un infrasarkanā termiskā attēlveidošana var skaidri parādīt šīs augstas temperatūras zonas, nodrošinot apkopes personālam intuitīvu informāciju.

4. Aizsardzības pasākumi un ieviešana līdzstrāvas loka defektiem fotoelementā

4.1 Standarta uzstādīšana

Pareiza uzstādīšana ir pamats līdzstrāvas loka novēršanai fotoelektriskajās sistēmās. Uzstādīšanas laikā pārliecinieties, ka savienotāji un kabeļu savienojumi ir stingri saspiesti, lai izvairītos no vaļīgiem savienojumiem. Gofrēšanai jāizmanto profesionāli instrumenti, kas darbojas ar norādīto spēku, lai nodrošinātu minimālu kontaktu pretestību savienojuma vietās.

Vienlaikus izvēlieties standartiem atbilstošus izolācijas materiālus, lai samazinātu mehānisku bojājumu risku. Uzstādot kabeļus, izvairieties no pārmērīgas liekšanas un stiepšanas, lai novērstu izolācijas slāņa bojājumus.

4.2 Komponentu izvēle

Izvēlieties savienotājus un kabeļus, kas ir izturīgi pret novecošanos un augstām temperatūrām, un īpaši skarbos apstākļos uzlabojiet komponentu aizsardzības līmeni (piemēram, IP65/IP67). Izvēloties komponentus, pilnībā ņemiet vērā fotoelektriskās spēkstacijas vides apstākļus, piemēram, temperatūru, mitrumu un koroziju.

Piemēram, fotoelementu elektrostacijās, kurās ir augsta{0}}temperatūra, ir jāizvēlas savienotāji un kabeļi, kas var uzturēt stabilu darbību augstākā temperatūrā; ļoti korozīvā vidē, piemēram, piekrastes zonās, jāizvēlas komponenti ar izturību pret koroziju.

4.3 Sistēmas dizaina optimizācija

Sistēmas dizaina optimizācija ir ļoti svarīga, lai novērstu līdzstrāvas loka veidošanos fotoelektriskajās sistēmās. Projektēšanas procesā ir svarīgi izvairīties no pārmērīgi augsta līdzstrāvas sprieguma (kam jāatbilst drošības standartiem), samazināt garus kabeļus un līdz minimumam samazināt spraugas izlādes iespējamību.

Saprātīgi plānojiet fotoelektrisko moduļu izvietojumu un kabeļu maršrutēšanu, cenšoties samazināt kabeļa garumu un samazināt kabeļu līkumu un savienojumu skaitu. Tajā pašā laikā ir jāuzstāda atbilstošas ​​aizsargierīces, piemēram, drošinātāji, automātiskie slēdži un loka bojājumu aizsardzības ierīces, lai nekavējoties atslēgtu strāvas padevi, ja ķēdē rodas novirzes.