סכנת בטיחות אש
בשנים האחרונות התרחשו תכופות תאונות שריפה של תחנות כוח PV, אשר לא רק מאבדות את רכוש תחנת הכוח ואת הכנסות מייצור החשמל, אלא גם גורמות לנזקי מבנים ופציעות אישיות, ואף מתפשטות לסביבה הסובבת, וכתוצאה מכך שורה של אסונות משניים. .
קשת DC היא תופעת התקלה הנפוצה ביותר בתחנת כוח PV. קשתות יתרחשו עקב נשירת מגע, הזדקנות המכשיר, קרע בבידוד והארקה לקויה. יתרה מכך, הנזק של קשת DC גדול בהרבה מזה של קשת AC, מכיוון שאין נקודת חצייה אפס בקשת DC, ברגע שהיא מתרחשת, היא תמשיך להישרף, קשה לכבות אותה, וקל מאוד לגרום לתאונות שריפה. על פי הסטטיסטיקה, יותר ממחצית מתאונות השריפה בתחנות כוח PV נגרמות על ידי קשתות DC. ככל שהמפרט של מודולי PV גדלים, הכוח והזרם של המערכת בצד DC גדלים. לפי חוק ג'ול Q=I²Rt, הזרם מכפיל את עצמו, וההשפעה התרמית של נקודת הקצר גדלה פי 4, גם הסיכון לגרימת שריפה גדל מאוד.
סיווג קשת DC
בניגוד למוצרי חשמל מסורתיים, אין מארז אינטגרלי למודולי PV והחיווט שלהם כדי להכיל קשתות וניצוצות הנגרמים מתקלות ברכיבים ובחיווט, בעוד שמתקנים רבים של PV מסוגלים לפעול במתחי DC טיפוסיים המקיימים קשתות DC.
ישנן שלוש קטגוריות עיקריות של קשתות בהתקנות PV:
— קשתות בסדרה עשויות להיגרם מחיווט שגוי או חיווט סדרה שבור
- קשתות מקבילות עשויות להיגרם מקצרים חלקיים בין קווים סמוכים בעלי פוטנציאלים שונים
- קשתות קרקע עקב תקלת בידוד
סדרת קשת
קשת סדרה, המכונה גם קשת מצוירת. קשתות סדרתיות נגרמות בדרך כלל ממגע לקוי של תקעי כבלים בין רכיבים, וחיבור לקוי בין כבלי מיתר ותיבות קומבינר או ממירים. בשל המספר הגדול של תקעים בסדרה בתחנת הכוח PV, ישנם 2000 זוגות של תקעים בתחנת כוח PV על הגג של 1MW. קשה להבטיח שכל התקעים יהיו באיכות טובה עם כל כך הרבה זוגות של פלאגים. סכנות אלו מובילות למגע לקוי ולהיווצרות קשתות DC.
נכון להיום, כמה ממירים משלבים את פונקציית ההגנה על קשתות, אך יש שתי בעיות עיקריות בהגנה זו: ראשית, אם יש תקלת קשת במחרוזת אחת, המהפך כולו ייסגר, ויגרום לנזק גדול. אובדן ייצור חשמל; שנית, ללא פונקציית מיקום תקלות הקשת, צוות התפעול והתחזוקה לא יכול למצוא את מיקום הקשת בזמן ובדיוק, וזה בעצם לא פתרון. הגנת האיפוס הטכנית היחידה שהם יכולים לעשות היא להשאיר את המהפך פועל. מנקודת מבט זו, פונקציית ההגנה על שרטוט הקשת המשולבת במהפך אינה יכולה באמת לפתור ביעילות את בעיית התקלה של שרטוט הקשת.
קשת מקבילה
קשתות מקבילות נגרמות בעיקר מקצר של מוליכים חיוביים ושליליים הנגרמים מפגיעה בקו, או מקצר בין כבלי מיתר. כאשר כבלי המיתרים נלחצים או שחוקים באופן מכאני, תתרחש קשתות בין האלקטרודות החיוביות והשליליות, או בין מיתרים שונים, שהיא תקלה בקשת מקבילה. יש מצב נוסף שיכול להוביל גם לקשתות מקבילות. כאשר הקשתות הסדרתיות במערכת אינן מטופלות בזמן, החום של קשתות הסדרות שורף את בידוד הכבלים, ויוצר קשתות מקבילות.
כאשר מתרחשת קשת מקבילה בין המוליכים הראשיים של המערך הריבועי של הרכיב, מכיוון שהקשת יכולה לקבל מספיק אנרגיה, קשה יותר לכבות אותה, מה שיגרום לתאונת שריפה גדולה. ניתן לכבות את קשת התקלה הסדרתית על ידי ניתוק אפיק ה-DC או המחרוזת המקבילה של מערכת ה-PV, אך לא ניתן לכבות את קשת התקלה המקבילה, ואף עלולה לגרום לזרם גדול יותר לעבור בנתיב הקשת, מה שהופך את הקשת לאינטנסיבית יותר.
נכון לעכשיו, פונקציית הגנת הקשת המשולבת במהפך אינה יכולה לזהות קשתות מקבילות וקשתות קרקע, אך כוח ההרס של קשתות מקבילות הוא לרוב פי 10 מזה של קשתות סדרתיות, והסכנה הבטיחותית גדולה אף יותר.
קשת קרקע
ההזדקנות והנזק של רכיבים או נזק מכני מובילים לפריקה מהקרקע. אם הרכיבים מונחים שטוח על גג רעפי הפלדה הצבעוני, יהיו קשתות קרקע או דליפה. לא קל לגלות תקלות מסוג זה, במיוחד בימים גשומים. נכון להיום, הפתרון הוא לכבות את המהפך ולהמתין לייבוש הקרקע לפני הפעלתו. שיטה זו אינה יכולה לבטל ביעילות סכנות ולהגביר את הסיכון להתחשמלות אישית.
מתח גבוה DC
בתחנת כוח PV, מודולי PV מחוברים בסדרה ליצירת מעגל מתח גבוה DC, המגיע בדרך כלל לכ-1000V. גם כאשר המערכת מושבתת, עדיין יש מתח DC גבוה של כ-1000 וולט במטריצת מודול ה-PV. במיוחד עבור תחנות כוח PV על הגג, כאשר מתרחשת שריפה בתחנות כוח PV ובבניינים, קשה לחלץ בבטחה; במהלך תפעול ותחזוקה שוטפת של תחנות כוח או תחזוקת נכסים, מפעילים ומפקחים נמצאים גם בסיכון להתחשמלות.
ניתוח סיכונים בתרחיש
ממשלה, בית ספר, בית חולים, גג מגורים
1. בקרה אזורית. אי אפשר להשתמש ברחפנים כדי לסרוק רכיבים לאיתור חריגות, ואי אפשר למצוא סכנה בזמן;
2. האוכלוסייה צפופה. למערך הריבועי של הרכיב יש דליפה, סיכון גבוה להתחשמלות לצוות;
3. ההצלה מוגבלת. במקרה חירום כגון שריפה, לא ניתן לכבות את המתח הגבוה של המיתר, מה שמפריע לחילוץ;
4. השפעת דעת הקהל. אם תתרחש תאונה, לדעת הקהל תהיה השפעה גדולה יותר
גג רעפי פלדה בצבעים שונים
1. קשה לבדוק. גג רעפי הפלדה הצבעוני לא נוח לבדיקה, ולא ניתן לגלות את הסכנה של בטיחות קשת בזמן;
2. ההצלה מוגבלת. במקרה חירום כגון שריפה, לא ניתן לכבות את המתח הגבוה של המיתר, מה שמפריע לחילוץ;
3. הגג שביר. ואת ניצוץ קשת DC קל לשרוף דרך אריחי הפלדה הצבעוניים ולהיכנס לחלל התחתון, ולגרום לשריפה ולנזק לרכוש
כבישים מהירים, נהרות ואזורים אחרים
1. סיכונים סביבתיים. ניצוצות קשת ספורדיים מבדלי סיגריות ורכיבים יכולים בקלות לגרום לעשבים שוטים להישרף למטה;
2. קשה לבדיקה. השטח הארוך והצר אינו נוח לבדיקה, התפעול והתחזוקה קשים ולא ניתן למצוא מפגעים בזמן;
3. קשה לחלץ. הרחק מהאזור העירוני, כמו שריפות ותאונות אחרות, קשה לחלץ;
4. תאונה משנית. כאשר הרכב או תאונה אחרת פוגעת ברכיבים, לא ניתן לכבות את המתח הגבוה של המיתר בזמן, מה שעלול לגרום לתאונה משנית קשה.
חוקים ותקנות לאומיים
ארה"ב:
על פי המהדורה האחרונה של מסמך החשמל הלאומי NEC2020:
קח את המרחק למטריצת ה-PV 305 מ"מ כגבול, מחוץ לגבול, בתוך 30S לאחר הפעלת התקן ההדק, המתח יורד מתחת ל-30V; בתוך הגבול, נדרשת "מערכת בקרת סכנות PV", או להפחית את המתח מתחת ל-80V בתוך 30S לאחר הפעלת התקן ההפעלה.
קנדה:
על פי מהדורת החשמל הקנדי 2021:
כאשר מתח הצד של ה-DC של מערכת ה-PV גדול מ-80V, יש להתקין התקן שמפריע לתקלת קשת או ציוד שווה ערך אחר.
כאשר מערכת ה-PV מותקנת בבניין או עליו, יש להתקין התקן כיבוי מהיר. במרחק של מטר אחד ממודול ה-PV, לאחר הפעלת התקן הכיבוי המהיר, יש צורך להפחית את המתח מתחת ל-30V בתוך 30S.
גֶרמָנִיָה:
לפי התקן הגרמני VDE-AR-E 2100-712:
במערכת ה-PV, אם המהפך כבוי או שהרשת נכשלת, מתח DC צריך להיות פחות מ-120V. השימוש במכשיר כיבוי מוזכר כדי להביא את מתח הצד DC מתחת ל-120V.
אוֹסטְרַלִיָה:
על פי סעיף 4.3.3 של תקן AS/NZS 5033:2021 העדכני ביותר:
כאשר מתח DC גדול מ-120Vd.c, יש להתקין התקן ניתוק בין המודול לבין המהפך.
תאילנד:
על פי סעיף 4.3.13 של תאי חשמל קוד-סולארי התקנות אספקת חשמל על הגג 2022:
נדרש כי תחנת הכוח PV על הגג חייבת להיות מצוידת בהתקן כיבוי מהיר, והמגבלה היא 300 מ"מ ממטריצת ה-PV. המתח בטווח הגבול מצטמצם מתחת ל-80V תוך 30 שניות לאחר הפעלת המכשיר, והמתח מחוץ לטווח הגבול מופחת מתחת ל-30V.
מוצרי מחקר ופיתוח עצמי של BENY
לבטיחות אש בגג סולארי ובבניין, התקני כיבוי מהיר של BENY ברמת מחרוזת ורמת מודול שולטים במתח הפאנלים עד לרמה בטוחה מסוימת במיקרו-שנייה. למנוע תאונות ולשפר את הבטיחות של מערכת האנרגיה הסולארית. פתרונות הכיבוי המהירים של BENY מתוכננים לפי תקן CE, TUV, UL, תואמים לחוקים ותקנות לאומיים כגון קוד החשמל התאילנדי, NEC2020. כחבר בברית Sunspec, BENY מפתחת RSDs תקשורת PLC עבור תאימות רחבה יותר לממירי מחרוזת מרובים. בדוק את המוצרים עכשיו.
אֶפִּילוֹג
בניית תחנות כוח PV נמצאת בעיצומה, והיא קשורה קשר הדוק עם אלפי משקי בית. כיצד להבטיח את"בְּטִיחוּת"של תחנות כוח PV מושך תשומת לב רבה מכל התעשייה. כדי לפתור את הבעיה הזו בצורה יעילה, התעשייה כולה צריכה לעבוד יחד כדי להמציא פתרונות חדשניים, ולשפר כל הזמן תקנים ותקנות רלוונטיים, ואז באמת ליישם דרישות רלוונטיות בבניית תחנות כוח שלאחר מכן.
כתשתית אנרגיה חשובה, הפעלה בטוחה, יציבה ויעילה של תחנות כוח PV מהווה ערובה חשובה לפיתוח כלכלי.
