EN
Mafungu ya Msingi ya Ulinzi ya Kikatishi cha Mzunguko wa PV
Ulinzi dhidi ya sasa ya ziada na migawanyiko ya moja kwa moja kupitia kuchomwa kwa njia ya joto-na-magnetiki
Kipinduzi cha mzunguko wa PV (photovoltaic) una mfumo wa kipekee cha joto-na-magnetiki, ambacho unaweza kujibu kwa mzigo wa muda mrefu na mapungufu ya muda mfupi. Kwa mfano, ikiwa kushoto kikubwa sana kinaenda kupitia mfumo kwa muda mrefu, kama katika hali ya paneli iliyopigwa na nuru ya jua ya nguvu kubwa sana, sehemu ya joto ya kipinduzi huweka mzunguko kwa kubuka na kuvunja kisahani cha chuma. Kwa upande mwingine, sehemu ya magnetiki ya kipinduzi hujauliza ikiwa kuna tatizo na kushoto kinaongezeka zaidi ya thamani za kawaida ambazo mfumo umekwepa, na katika hali hii, kushoto kinaongezeka mara tatu zaidi ya thamani ya kawaida. Mfumo wa coil ya magnetiki utaendesha na kuvunja mikonnecto ya mzunguko kwa njia ambayo hakuna kushoto ya kuharibika yanayoweza kuvuta kwa njia isiyo salama kupitia kipinduzi. Jibu la haraka hili litawanyua uharibishaji wa uvinyo, moto mkubwa, na vyanzo vya moto karibu na vitu vinavyowaka (pamoja na mishale ya PV). Sifa kuu ya kipinduzi ni kwamba ni tofauti na fuses, kwa sababu inaweza kurudishwa, maana yake ni kwamba kipinduzi kinaweza kurejeshwa tena na kuwa na uwezo wa kufanya kazi tena, ambalo katika aina hizi za mifumo ya PV inapunguza wakati wa kutokuwa na uwezo wa mfumo. Katika hali hii, kipinduzi cha PV ni hasara kubwa sana kwa mifumo kubwa ya biashara ya nguvu ya PV, ambapo wakati wa kufanya kazi ya mfumo ni muhimu sana.
Kukatwa Kwa Msimamo Wa Uvutaji DC: Hatari Za Kutumia Vifungo Vya AC Vinavyotumika Kawaida Katika Mifumo Ya Photovoltaic
Mkakamizi wa AC ya kawaida hawana ufanisi katika matumizi ya photovoltaic kwa sababu hawawezi kuzima vibaya mafuta ya DC. Umeme wa AC unarudi kwa sifuri kwa kipindi cha 100 hadi 120 mara kwa sekunde, ambacho husababisha mafuta kuacha. Katika mfumo wa DC, hakuna kipindi cha kufika kwa sifuri hivyo, kwa hivyo mafuta hayachaguliwi wenyewe. Kwa kweli, utafiti unaonyesha kwamba mkakamizi wa AC ya kawaida ni mbaya zaidi kuliko mkakamizi maalum ya DC kuhusu upatikanaji tena wa mafuta ya spike: kiwango cha 78%. Mafuta yaliyofungwa yanaweza kuzimia hadi 6,000°F—bure kutosha kumwaganya vifaa vya kupakua vyenye shaba. Hii ndiyo sababu mkakamizi wa AC ya kawaida haupangwi kwa matumizi ya jenereta za jua; inahitajika mkakamizi maalum wa DC, kama vile wale wanaoja tukio la mafuta. Tukio la mafuta linavyoundwa kwa namna ambayo mafuta huizimwa si tu kwa kanuni ya upigano wa umeme, bali pia kwa kuzidirisha urefu wa mafuta—kuyachukua baridi kabla ya kuanza tena. Hii ni lazima ili kuhakikisha kuwa uwekezaji unahifadhiwa katika miradi ya ukubwa wa mtandao ya umeme ya 600 hadi 1500 volti.
Kudumisha Mwanzo wa DC: Jinsi ya Kusuluhisha Tatizo la Kupita Kwenye Sifuri Katika Mzunguko wa PV
Jinsi ya Kukomboa Kwa Kipengele cha Kuvunjika kwa Mzunguko wa PV
Kwa sababu voltaji ya DC haifai pointi ya asili ya sifuri, wakati wa kutokea kwa hitilafu, voltaji za DC husababisha mizunguko ya mstari wa kudumu (arc) isiyo na mwisho, na katika 80 ya voltaji, mizunguko ya mstari ya kudumu hayana mwisho (NREL 2023). Mizunguko hii inaweza kujaza vifaa vya usambazaji hadi juu ya 3000 \degree Celsius, ikisababisha hatari kubwa ya moto. Ili kuzuia hili, vipengele vya kuvunjika kwa mzunguko wa PV vinajumuisha sehemu zinazoitwa 'magnetic arc chutes', ambazo zinazalisha shamba la ukuu lililoaminiwa ili kushikilia, kufanya mizunguko iwe ndefu zaidi na kuyachukua baridi. Ufanisi wa 'magnetic arc chute' unategemea uwezo wake wa kugawanya mizunguko katika sehemu ndogo zaidi na kuyaua kwa muda mfupi wa milisekunde. Hii inatoa ulinzi dhidi ya kuchukua kwa joto (thermal runaway) na usalama wa uendeshaji katika matumizi ya voltaji ya juu ya DC.
Ufumbuzi uliozuiwa kwenye mifumo ya juu ya moja kwa moja ya juu (high voltage direct current - HVDC) na vipengele vya kuvunjika kwa mzunguko
Kama voltage ya mfumo wa sasa moja (DC) inaongezeka, hivyo pia inaongezeka ufanisi wa mifumo ya photovoltaic (PV), lakini nishati iliyohusishwa na arc (kupasuka kwa umeme) ambayo inaweza kutokea pia inaongezeka. Kwa mfano, mifumo ya 1500V DC inaweza kutengeneza nishati ya arc 15 mara zaidi kuliko mifumo ya 400V DC. Hii inatupa chango maalum. Je, ufanisi zaidi unamaanisha kwamba tunahitaji kufuta hitilafu haraka zaidi, na pia tunahitaji mifumo yenye nguvu zaidi kuyatumia. Sasa vifungo vya PV vya kisasa vimekuwa na uwezo wa kupunguza matatizo haya, na vipengele vipya vingi vya kuhusiana na utii wa UL 2024, ambavyo tutazungumzia sasa, vimeleta teknolojia ya vifungo vya PV vilivyobadilishwa.
Muda mafupi sana ya kuvunjika (3ms au chini yake) na kupunguza arc (mapengo kati ya mikononi ya kuvunja, na vifungo vya arc vya hatua nyingi, vimeundwa ili kuboresha kupunguza arc wakati wa kuvunja mzunguko).
Mipangilio ya kuvunjika kwa kivunjio kuhusu utaratibu wa DC na uwezo wa kuzima nuru ya mchanga pia yamebadilishwa ili kufanana na utaratibu uliomo katika mfumo.
Kipengele cha Ulinzi: Mifumo ya 400V na Mifumo ya 1500V: Tofauti Muhimu
Kasi ya Kuvunjika: 10ms ≤3ms: Jibu la Haraka zaidi kwa asilimia 70
Gawanya za Kichukua nuru ya mchanga: 8 hadi 10, 15 hadi 20: Idadi ya zaidi ya gawanya kwa asilimia 100
Umba wa Mawakili: 10mm, 25mm: Umba mkubwa zaidi kwa asilimia 150
Mipangilio hii ya ubunifu itapunguza sana au kumaliza kabisa "kuvunja nuru ya mchanga kwa kutembea"—hali ya kushindwa katika mifumo ya utaratibu wa juu ambayo inaweza kusababisha nuru ya mchanga yenye muda mrefu na yanayodhuru, hata baada ya kivunjio cha umeme kufanya kazi. Hii pia inaonyesha wazi kwa nini kivunjio cha umeme cha kawaida cha AC hakikupatikana kutumika katika mifumo ya PV ya utaratibu wa juu.
Usalama wa Kanda: Jinsi ya Kuondoa Mikondo ya Kinyume na Magogo katika Mirambo ya PV ya Usambazaji
Uhatari unaotokana na mikondo ya kinyume wakati wa kuchafua na uvimbo wa kifaa, pamoja na jinsi ya kuudhibiti kushindwa kwa njia ya kuzidisha kwa kutumia kivunjio cha umeme cha PV.
Wakati wa kuvutia kivuli kwenye paneli za jua au matatizo ya moduli yanaotokea katika mafumbo ya *sambamba*, hunaonekana dhisho maalum ya umeme. Kuzingatia kikoa chenye tatizo moja: Kinanionekana kama kinavyofanya kitu tofauti na vingine vyote. Kwa ujumla, kinapoteza nishati badala ya kuzalisha. Matokeo ya tabia hii ni ya kuhuzunisha sana: nishati inayorudi nyuma husababisha *pointi ya moto*. Hii ndiyo mojawapo ya dhisho zisizosafirika zaidi katika mfumo wa PV na inajulikana vizuri kuwa inasababisha ukuaji wa moto wa kujitengeneza wa vitu vya kuvunja vya kikoa chenye tatizo. Wakati haikuchunguzwa, matokeo ya kikosa moja katika seti ya mikoa inaweza kusababisha matatizo yanayozidisha katika kikoa chote. Tabia hii imeandikwa vizuri katika makala ya utafiti. Utaratibu wa NREL uliochapishwa mwaka jana umeonesha kwamba gharama za matokeo ya matatizo yasiyotolewa katika mikoa ya paneli za PV inaweza kuwa mara tatu zaidi kuliko gharama za matatizo yenyewe. Utaratibu huu unawakilisha wazi jinsi vitu vinavyoweza kushindwa kudhibiti haraka sana.
Vipengele vya kupumua vya PV (vya umeme wa mstari wa nuru) vinaonyesha matatizo na kuzuia kuenea kwa kufafanua mwelekeo wa sasa. Ikiwa sasa ya kinyume inapita 10% ya uwezo wa mstari, visenso vya kipekee vya kuvutia vinavyopangwa ndani vinajitenga katika milisekunde chache na kuvunja umeme kutoka sehemu iliyoharibika wakati sehemu nyingine za mfumo bado zinatumika. Pia, vipengele hivi vina muundo maalum ya vitengo ambavyo huvunja mchanga na kuzima mchanga nje ya kipengele, kuzuia kuunda plasma ya DC yenye hatari ambayo inaweza kusababisha moto. Kwa kuzima matatizo katika mstari mmoja tu, vifaa hivi vinasaidia miradi ya nuru ya jua kuepuka uvunjaji wa vifaa vya ghali, kudumisha uendeshaji wa kisalama, na muhimu zaidi, kuzuia moto kuepuka katika miradi ya nuru ya jua ya skala kubwa.
Ukubaliani wa Kupatikana kwa Uchafuzi wa Ardhi na Utekelezaji wa Sheria ya NEC: Vifungo vya mzunguko wa PV vinavyoongozwa vinajumuisha mfumo wa kugundua uchafuzi wa ardhi ambao unasaidia kulinda watu kutoka kwa mikondo ya kushuka yanayoweza kusababisha kifo cha umeme au moto. Vifungo hivi huangalia mara kwa mara vifungo vya ndani na huvunja mzunguko wakati mikondo ya uchafuzi wa ardhi inapita kipimo cha 6mA kama kilichotolewa katika Sehemu ya 690 ya NEC. Vifungo hivi vya PV vinaweza kupatikana na kuvunja uchafuzi wa ardhi wa DC, ambao ni hatari zaidi kuliko aina nyingine za uchafuzi wa ardhi. Uchafuzi wa ardhi huwakilishwa wakati unga unapinga mfumo au wakati ulinzi wa mfumo unaharibika na uchafuzi wa ardhi unaanza kuunda. Vifungo vya mzunguko vya AC za nyumbani zisizo na uwezo wa kugundua uchafuzi wa ardhi kwa sababu ya uwezo wa chini wa kugundua na mekanismo ya kuvunja ambayo haipaswi kuvunja mikondo ya uchafuzi wa DC. Uwezo wa kugundua na uwezo wa kuvunja lazima liwepo kulingana na mahitaji ya Sheria ya NEC 2020, hasa Sehemu ya 690.41(B). Vifungo vipya vya PV vinazidisha mahitaji haya kwa sababu ya jumla ya kugundua uchafuzi kwa wakati halisi na kipengele cha kuvunja cha umeme wa DC kinachofaa. Jumla hii pamoja na mzunguko wa kujumuisha mwisho wa chini wa Ulinganisho wa Ulinzi wa Kifaa (EGC) unatoa kiwango cha juu cha uaminifu na kasi ya kufuta uchafuzi katika mazingira mengi ya mafuta ya jua ya Kaskazini Amerika. Maswali ya Kawaida (FAQ): Ni nini kinachofanya kifungo cha mzunguko wa PV kizungumzia tofauti na kifungo cha mzunguko wa kawaida? Kinyume na vifungo vya mzunguko vya AC vya kawaida ambavyo havina uwezo wa kutoa ulinzi dhidi ya mikondo ya umeme ya DC inayotegemea kwa muda mrefu na kwa hiyo yanaweza kusababisha moto na uvurugu, vifungo vya PV vinatoa ulinzi dhidi ya mikondo ya umeme ya DC inayotegemea kwa muda mrefu na kwa hiyo yanaweza kutekeleza kazi vyema katika mifumo ya photovoltaic.
Rola ya kilindwanga ya kuvunja miongo ya kuvutia ni nini?
Miongo ya kuvutia ya kuvunja ni muhimu sana kuvunja na kukarafu miongo ya DC yanayotegemea na kuzuia kuongezeka kwa joto. Hufanya mfumo wa PV iwe salama na inayotegemea, hata katika volti za juu kama vile 1500V.
Volti za juu za mfumo wa DC zinamaanisha nini?
Volti za juu za mfumo wa DC zinamaanisha ufanisi zaidi, lakini pia nishati ya miongo ya juu. Hii huunda hitaji la mikanda ya kuvunja ya haraka zaidi na uvunja bora zaidi ili kupunguza udhuru na kudumisha usalama.
Kipengele cha kuvunja cha PV kinafanya nini kuhusu mikondo ya kinyume?
Kipengele cha kuvunja cha PV kinaona mikondo ya kinyume na, kwa kutumia sensa za kuvutia, huwasha mzunguko tu katika sehemu iliyoharibika, kwa hivyo kuzuia athari ya kuchukua kila kitu na moto.
Vipengele hivi vya kuvunja vimepima vipi viashiria vya NEC?
Ili kumkida viashiria vya NEC, vipengele vya kuvunja vya PV vinajengwa na kipengele cha kuvunja cha kushindwa cha ardhi ambacho kinaleta udhibiti na utambuzi wa makosa ya DC na mikondo ya kushuka ili kuzuia uvimbo wa umeme na moto.