PV சுற்று முறிப்பான் மின் அபாயங்களிலிருந்து ஒளிமின்சார பேனல்களை எவ்வாறு பாதுகாக்கிறது?

PV சுற்று முறிப்பானின் முக்கிய பாதுகாப்பு செயல்பாடுகள்

வெப்ப-காந்த திறிப்பு மூலம் மிகை மின்னோட்டம் மற்றும் குறுகிய சுற்று பாதுகாப்பு

ஒரு PV சுற்று மின்னோட்ட வெட்டி (சர்க்யூட் பிரேக்கர்) வெப்ப-காந்த இரட்டை அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, இது நீண்ட கால மின்னோட்ட அதிகப்படிப்புகள் மற்றும் குறுகிய கால திடீர் தவறுகளுக்கு பதிலளிக்க முடியும். உதாரணமாக, மின்னோட்டம் மிக அதிக அளவில் மிக நீண்ட நேரம் சுற்றில் பாயும்போது, அதாவது ஒரு பேனல் மிக அதிக தீவிரத்தில் சூரிய ஒளியில் விழும்போது, வெப்ப பகுதி ஒரு உலோகத்தாலான பட்டையை வளைத்து முறித்து சுற்றை வெட்டும். மறுபுறம், சுற்றில் ஏதேனும் பிரச்சனை ஏற்பட்டால் அல்லது சுற்று வடிவமைக்கப்பட்ட சாதாரண மின்னோட்ட மதிப்புகளை விட மின்னோட்டம் அதிகரித்தால், காந்த பகுதி பதிலளிக்கும்; இந்த நிலையில், மின்னோட்டம் சாதாரண மதிப்பை விட மூன்று மடங்கு அதிகரிக்கும். காந்த சுருள் மையப்படுத்தப்பட்டு, சுற்றின் தொடர்பு புள்ளிகளை (கான்டாக்ட்ஸ்) வெட்டும், இதனால் பாதுகாப்பற்ற வழியில் தவறு ஏற்பட்ட பகுதியின் வழியாக தவறு மின்னோட்டம் பாய முடியாது. இந்த வேகமான பதிலளிப்பு, மின்காப்பு பொருள்களுக்கு சேதம், அதிக வெப்பம் ஏற்படுதல் மற்றும் எரியக்கூடிய பொருட்களுக்கு (PV கேபிள்கள் உட்பட) தீ ஏற்படுவதைத் தடுக்கும். இந்த மின்னோட்ட வெட்டியின் முக்கிய அம்சம் அது ஃபியூஸ்களிலிருந்து வேறுபட்டது என்பதாகும்; ஏனெனில் இதை மீண்டும் அமைக்க முடியும் – அதாவது, வெட்டிகளை மீண்டும் செயல்படும் நிலைக்குக் கொண்டு வர முடியும், இதனால் இத்தகைய PV நிறுவல்களில் அமைப்பின் செயலிழப்பு நேரம் குறைகிறது. இந்த அடிப்படையில், PV மின்னோட்ட வெட்டிகள் பெரிய அளவிலான வணிக ரீதியான PV மின்சார நிலையங்களுக்கு மிகவும் நன்மை பயக்கும், ஏனெனில் அவற்றில் அமைப்பின் செயல்பாட்டு நேரம் (அப்டைம்) மிகவும் முக்கியமானது.

டிசி குறைபாட்டு மின்னோட்ட தடுப்பு: ஒளிமின்சக்தி அமைப்புகளில் தரநிலை ஏசி பிரேக்கர்களைப் பயன்படுத்துவதன் ஆபத்துகள்

திட்டமிடப்பட்ட ஏசி சர்க்யூட் பிரேக்கர்கள் ஒளிமின்சார (ஃபோட்டோவோல்டாயிக்) பயன்பாடுகளில் திறம்பட செயல்படவில்லை, ஏனெனில் அவை டிசி விற்கு ஏற்படும் விற்கு (ஆர்க்) ஐ திறம்பட அணைக்க முடியாது. ஏசி மின்சாரம் வினாடிக்கு 100 முதல் 120 முறை வரை இயல்பாகவே பூஜ்ஜியத்திற்கு திரும்பும், இதனால் விற்கு நிறுத்தப்படுகிறது. டிசி அமைப்புகளில் இவ்வகையான பூஜ்ஜிய கடந்து செல்லும் நிகழ்வுகள் இல்லை; எனவே, விற்குகள் தாமாகவே நிறுத்தப்படுவதில்லை. உண்மையில், ஆய்வுகள் காட்டுவது என்னவென்றால், திட்டமிடப்பட்ட ஏசி பிரேக்கர்கள் ஸ்பைக் ஆர்க் மீண்டும் தீப்பற்றும் விகிதத்தில் டிசி-க்கு ஏற்ற பிரேக்கர்களை விட மோசமானவை: 78% மீண்டும் தீப்பற்றும் விகிதம். மூடிய விற்குகள் 6,000°F வரை உயர்ந்து, தாமிர பஸ்பார்களைக் கூட உருக்க வல்லவை. இதனால்தான், சோலார் பயன்பாடுகளில் திட்டமிடப்பட்ட ஏசி பிரேக்கர்கள் போதுமானவை அல்ல; ஆர்க் சூட்டுகளை (ஆர்க் சூட்ஸ்) கொண்டிருக்கும் டிசி-க்கு ஏற்ற பிரேக்கர்கள் தேவைப்படுகின்றன. ஆர்க் சூட்டுகள் என்பவை, விற்கு மின்காந்த விலக்கு விதியின் மூலம் மட்டுமல்லாமல், விற்குவின் நீளத்தை அதிகரித்து, அது மீண்டும் தீப்பற்றுவதற்கு முன்பாக அதனை குளிர்விக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டவை. இது 600 முதல் 1500 வோல்ட் வரையிலான பெரும் அளவிலான மின்சார திட்டங்களில் முதலீட்டைப் பாதுகாக்க அவசியமானது.

டிசி விற்கு விலக்கு: பிவி சுற்றுகளில் பூஜ்ஜிய கடந்த பிரச்சனையை எவ்வாறு தீர்க்க வேண்டும்

பிவி சுற்று முறிப்பிகள் விற்கு விலக்கை எவ்வாறு குறைக்கின்றன

டிசி மின்னழுத்தத்திற்கு இயல்பான பூஜ்ஜிய புள்ளி இல்லை என்பதால், ஒரு குறைபாடு ஏற்படும்போது, டிசி மின்னழுத்தங்கள் தொடர்ச்சியான விற்கு விலக்குகளை உருவாக்குகின்றன, மேலும் மின்னழுத்தத்தின் 80% வரை தொடர்ச்சியான விற்கு விலக்குகள் ஏற்படுகின்றன (என்ஆர்இஎல் 2023). இந்த விற்கு விலக்குகள் கடத்திகளை 3000 °செல்சியஸ் ஐ விட அதிகமாக சூடேறச் செய்து, மிக முக்கியமான தீ அபாயத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. இதைத் தடுக்க, பிவி சுற்று முறிப்பிகளில் காந்த விற்கு விலக்கு குழாய்கள் எனப்படும் பாகங்கள் சேர்க்கப்பட்டுள்ளன, இவை ஒரு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட காந்த புலத்தை உருவாக்கி, விற்கு விலக்கைப் பிடித்து, நீட்டி மற்றும் குளிர்விக்கின்றன. ஒரு காந்த விற்கு விலக்கு குழாயின் திறன், விற்கு விலக்கைச் சிறிய பகுதிகளாகப் பிரித்து, மில்லித்தெற்று நொடிகளில் அதை அணைப்பதைச் சார்ந்துள்ளது. இது உயர் மின்னழுத்த டிசி பயன்பாடுகளில் வெப்ப ஓட்ட கட்டுப்பாட்டுப் பாதுகாப்பு மற்றும் இயக்க பாதுகாப்பை வழங்குகிறது.

உயர் மின்னழுத்த நேர்மின்னோட்ட (டிசி) அமைப்புகள் மற்றும் சுற்று முறிப்பிகள் பற்றிய ரகசியம்

நேர்மின்னோட்ட (DC) அமைப்பின் மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கும் போது, ஒளிமின்சார (PV) அமைப்புகளின் திறனும் அதிகரிக்கிறது; ஆனால், அத்தகைய வில்லின் உருவாக்கத்துடன் தொடர்புடைய ஆற்றலும் அதிகரிக்கிறது. உதாரணமாக, 1500V DC அமைப்புகள் 400V DC அமைப்புகளின் வில்லின் ஆற்றலை விட 15 மடங்கு அதிகமான வில்லின் ஆற்றலை உருவாக்கக்கூடும். இது நமக்கு ஒரு தனித்துவமான சவாலை ஏற்படுத்துகிறது. திறன் அதிகரிக்கும் அளவிற்கு, குறைபாட்டை நீக்குவதற்கான வேகமும் அதிகரிக்க வேண்டும், மேலும் செயல்படுத்த வேண்டிய அமைப்புகளும் மிகவும் வலுவானவையாக இருக்க வேண்டும். தற்போதைய PV சுற்று முறிப்பான்கள் (circuit breakers) இந்த பிரச்சனைகளை தடுக்க முடியும், மேலும் UL 2024 ஒத்திசைவு தொடர்பான பல புதிய அம்சங்கள், இப்போது நாம் விவாதிக்கப் போகிறோம், இந்த மறுவடிவமைக்கப்பட்ட PV சுற்று முறிப்பான் தொழில்நுட்பத்தை சாத்தியமாக்கியுள்ளன.

அதிவேக முறிப்பு நேரங்கள் (3 மில்லிவினாடிகள் அல்லது அதற்கு குறைவு) மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய வில்லின் அடங்குதல் (breaker தொடுவாய்களுக்கு இடையேயான இடைவெளிகள் மற்றும் பல கட்ட வில் செலுத்தும் அமைப்புகள்) – இவை சுற்று முறிக்கப்படும்போது வில்லின் அடங்குதலை மேம்படுத்துவதற்காக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன.

டிசி மின்னழுத்தம் மற்றும் விற்கு அணைப்புத் திறன் ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொண்டு பிரேக்கர் ட்ரிப் அமைப்புகள் மேலும் மாற்றப்பட்டு, அமைப்பில் பயன்படுத்தப்படும் மின்னழுத்தத்துடன் பொருந்துமாறு சரிசெய்யப்பட்டுள்ளன.

பாதுகாப்பு அம்சம் 400V அமைப்புகள் 1500V அமைப்புகள் முக்கிய வேறுபாடு

ட்ரிப் வேகம் 10ms ≤3ms 70% வேகமான பதிலளிப்பு

விற்கு சூட்டு பிரிவுகள் 8 முதல் 10 15 முதல் 20 100% அதிக பிரிவுகள்

தொடர்பு இடைவெளி 10mm 25mm 150% அதிக இடைவெளி

இந்த வடிவமைப்பு அம்சங்கள் 'ஓடிவிடும் விற்கு' (runaway arcing) எனப்படும் குறைபாட்டு நிலையை மிகவும் குறைத்து அல்லது முற்றிலும் நீக்கும்—இது உயர் மின்னழுத்த அமைப்புகளில் ஏற்படும் ஒரு குறைபாடாகும், இது சர்க்யூட் பிரேக்கர் இயங்கிய பின்னரும் தொடர்ந்து நீடிக்கும், சேதத்தை ஏற்படுத்தும் விற்கு ஏற்பட வழிவகுக்கிறது. இது மேலும் பொதுவான ஏசி சர்க்யூட் பிரேக்கர்களை உயர் மின்னழுத்த PV அமைப்புகளில் பயன்படுத்த முடியாது என்பதை உறுதியாக நிறுவுகிறது.

ஸ்ட்ரிங்-அடிப்படையிலான பாதுகாப்பு: இணையாக அமைக்கப்பட்ட PV அணிகளில் பின்னோக்கு மின்னோட்டங்கள் மற்றும் தீ விபத்துகளை எவ்வாறு தவிர்க்கலாம்?

நிழல் ஏற்படுதல் மற்றும் மாடுல் தவறு காரணமாக ஏற்படும் பின்னோக்கு மின்னோட்டத்தின் ஆபத்து மற்றும் PV சர்க்யூட் பிரேக்கர்களைப் பயன்படுத்தி சங்கிலி விபத்துகளை எவ்வாறு கட்டுப்படுத்தலாம் என்பது.

சூரிய பேனல்களில் நிழல் ஏற்படும் போது அல்லது *இணை* நிறுவல்களில் மாட்யூல் தவறுகள் ஏற்படும் போது, சில எதிர்பாராத மின்சார நிகழ்வுகள் ஏற்படுகின்றன. ஒரு பாதிக்கப்பட்ட ஸ்ட்ரிங்கில் கவனம் செலுத்தும்போது: அது மற்றவற்றிலிருந்து வேறுபட்ட வகையில் செயல்படத் தொடங்குகிறது. அது மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்வதற்குப் பதிலாக, அது மின்சாரத்தை உறிஞ்சுகிறது. இந்த நடத்தையின் விளைவு மிகவும் கவலைக்குரியது: எதிர்த்திசையில் பாயும் மின்சாரம் என்பது *ஹாட் ஸ்பாட்* (சூடான புள்ளி) எனப்படும் நிகழ்வை ஏற்படுத்துகிறது. இது போட்டோவோல்டைக் (PV) அமைப்புகளில் மிகவும் ஆபத்தான நிகழ்வுகளில் ஒன்றாகும், மேலும் இது பாதிக்கப்பட்ட ஸ்ட்ரிங்கில் உள்ள மின்காப்புப் பொருட்களின் தன்னியக்க எரிதலை ஏற்படுத்துவது நன்கு அறியப்பட்டுள்ளது. இது கவனிக்கப்படாமல் விடப்பட்டால், ஸ்ட்ரிங்குகளின் தொகுப்பில் ஒரு தவறு ஏற்படுவதன் விளைவுகள் முழு ஸ்ட்ரிங்கிலும் தொடர் தவறுகளை ஏற்படுத்தக்கூடும். இந்த நடத்தை இலக்கியத்தில் நன்கு ஆவணப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. கடந்த ஆண்டு வெளியிடப்பட்ட NREL-ன் ஆராய்ச்சி, PV பேனல்களின் ஸ்ட்ரிங்குகளில் கட்டுப்படுத்தப்படாத தவறுகளின் விளைவுகளின் செலவுகள், அந்தத் தவறுகளின் செலவுகளை விட மூன்று மடங்கு வரை அதிகமாக இருக்கலாம் என்று ஆவணப்படுத்தியுள்ளது. இந்த ஆராய்ச்சி, விஷயங்கள் எவ்வளவு விரைவாக கட்டுக்கு அப்பாற்பட்டு விடக்கூடும் என்பதை தெளிவாக விளக்குகிறது.

PV சுற்று மின்சார வெட்டிகள் (circuit breakers) மின்னோட்டத்தின் திசையைக் கண்டறிவதன் மூலம் பிரச்சனைகளை அடையாளம் கண்டு, அவை பரவாமல் தடுக்கின்றன. ஒரு ஸ்ட்ரிங்கின் தற்றுமான மின்னோட்டத்தில் 10% க்கு மேற்பட்ட எதிர் மின்னோட்டம் ஏற்பட்டால், உள்ளமைக்கப்பட்ட காந்த உணர்விகள் மில்லிசெகண்டுகளில் செயல்படும் மற்றும் தவறான பகுதியிலிருந்து மின்சாரத்தை துண்டித்து, மீதமுள்ள அமைப்பு செயல்பாட்டில் இருக்குமாறு செய்கின்றன. மேலும், இந்த மின்சார வெட்டிகள் விசேடமான மாடுலார் வடிவமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன, இவை விற்று (arc) ஐ உடைத்து, விற்று வெளியே கட்டுப்படுத்துகின்றன; இதனால் ஆபத்தான DC பிளாஸ்மா உருவாகாமல் தடுக்கப்படுகிறது, அது தீ பற்றுவதற்கு வழிவகுக்கும். ஒரு ஸ்ட்ரிங்கில் மட்டுமே பிரச்சனைகளைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், இந்த சாதனங்கள் சூரிய மின்சார நிறுவல்களில் விலையுயர்ந்த உபகரணங்களுக்கு ஏற்படும் சேதத்தைத் தடுக்கின்றன, பாதுகாப்பான இயக்கத்தை தொடர வழிவகுக்கின்றன, மேலும் மிக முக்கியமாக, பெரிய அளவிலான சூரிய மின்சார நிறுவல்களில் தீ பரவாமல் தடுக்கின்றன.

ஒருங்கிணைந்த தரை குறைபாடு கண்டறிதல் மற்றும் NEC ஒத்துழைப்பு: PV சுற்று மின்சார விசைகள் (சர்க்யூட் பிரேக்கர்கள்) தரை குறைபாடு கண்டறிதல் அமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன, இவை மின்னாற்றல் கசிவு மின்னோட்டங்களைக் கண்டறிந்து, மின்னாற்றல் தாக்குதல் மற்றும் தீ விபத்துகளைத் தடுக்க பணியாளர்களைப் பாதுகாக்கின்றன. இவை உள்ளே உள்ள கடத்திகளைத் தொடர்ந்து கண்காணித்து, NEC கட்டுரை 690-இல் வரையறுக்கப்பட்ட 6mA எனும் தரை குறைபாடு மின்னோட்ட வரம்பை மீறும்போது சுற்று மின்சாரத்தை துண்டிக்கின்றன. இவை DC தரை குறைபாடுகளைக் கண்டறிந்து துண்டிக்க முடியும்; இவை மற்ற வகையான தரை குறைபாடுகளை விட அதிக ஆபத்தானவை. தரை குறைபாடுகள் மின்சார அமைப்பில் ஈரப்பதம் நுழைவதால் அல்லது அமைப்பின் மின்காப்பு தோல்வியடைவதால் ஏற்படுகின்றன. பெரும்பாலான வீட்டு AC சுற்று மின்சார விசைகள் (சர்க்யூட் பிரேக்கர்கள்), DC குறைபாடு மின்னோட்டத்தை துண்டிக்க தேவையான குறைந்த உணர்திறன் மற்றும் சரியான மாற்று வினை முறையைக் கொண்டிராததால், தரை குறைபாடுகளைக் கண்டறிய முடியாது. இவற்றின் உணர்திறன் மற்றும் துண்டிக்கும் திறன், NEC 2020 விதிமுறைகள் மற்றும் குறிப்பாக 690.41(B) பிரிவின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும். புதிய PV சுற்று மின்சார விசைகள் (சர்க்யூட் பிரேக்கர்கள்) மேற்கூறிய தேவைகளை மீறுகின்றன, ஏனெனில் இவை மெய்நேர (real-time) குறைபாடு கண்டறிதல் மற்றும் சரியான வகையிலான DC காந்த துண்டிப்பு சாதனத்தை இணைத்து பயன்படுத்துகின்றன. இந்த இணைப்பு மற்றும் ஒருங்கிணைந்த குறைந்த மின்தடை கொண்ட உபகரண தரை இணைப்பு கடத்தி (EGC) இணைப்பு சுற்று, வட அமெரிக்கா முழுவதும் உள்ள பல சூரிய மின்சார நிறுவல்களில் குறைபாடுகளை நீக்குவதற்கான உயர் நம்பகத்தன்மை மற்றும் வேகத்தை வழங்குகின்றன. அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள் (FAQ): PV சுற்று மின்சார விசை (சர்க்யூட் பிரேக்கர்) ஒரு சாதாரண சுற்று மின்சார விசையிலிருந்து எவ்வாறு வேறுபடுகிறது? சாதாரண AC சுற்று மின்சார விசைகள் (சர்க்யூட் பிரேக்கர்கள்) தொடர்ச்சியான DC விற்கு பாதுகாப்பு வழங்க முடியாது, எனவே தீ மற்றும் சேதத்தை ஏற்படுத்தும். ஆனால் PV சுற்று மின்சார விசைகள் (சர்க்யூட் பிரேக்கர்கள்) தொடர்ச்சியான DC விற்கு பாதுகாப்பு வழங்கும், எனவே ஒளிமின்சார (Photovoltaic) அமைப்புகளில் வெற்றிகரமாகச் செயல்பட முடியும்.

காந்த வில் சூட்டுகள் எவ்வாறு பாதுகாப்பு பங்கு வகிக்கின்றன?

காந்த வில் சூட்டுகள் தொடர்ச்சியான டிசி வில்களை முறித்து குளிர்விப்பதிலும், வெப்ப ஓட்டத்தைத் தடுப்பதிலும் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. இவை 1500V போன்ற உயர் மின்னழுத்தங்களிலும் ஒளிமின்சக்தி (PV) அமைப்புகளுக்கு பாதுகாப்பு மற்றும் நம்பகத்தன்மையை வழங்குகின்றன.

உயர் மின்னழுத்த டிசி அமைப்புகள் என்றால் என்ன?

உயர் டிசி அமைப்பு மின்னழுத்தம் என்பது அதிக திறன் திறனைக் குறிக்கிறது, ஆனால் அதே நேரத்தில் உயர் வில் ஆற்றலையும் குறிக்கிறது. இது சேதத்தைக் குறைப்பதற்கும், பாதுகாப்பை பராமரிப்பதற்கும் வேகமான டிரிப் வளைவுகள் மற்றும் வலுவான அணைப்பு திறனை தேவைப்படுத்துகிறது.

ஒளிமின்சக்தி (PV) சுற்று முறிப்பிகள் பின்னோக்கு மின்னோட்டங்களை எவ்வாறு கையாளுகின்றன?

ஒளிமின்சக்தி (PV) சுற்று முறிப்பிகள் பின்னோக்கு மின்னோட்டத்தை உணர்ந்து, காந்த சென்சார்களைப் பயன்படுத்தி தாக்கப்பட்ட பகுதியில் மட்டுமே சுற்றைத் திறக்கின்றன; இதனால் தொடர் விளைவு (டொமினோ விளைவு) மற்றும் தீ ஏற்படுவதைத் தடுக்கின்றன.

இந்த முறிப்பிகள் NEC தரங்களை எவ்வாறு பூர்த்தி செய்கின்றன?

NEC தரங்களை பூர்த்தி செய்ய, ஒளிமின்சக்தி (PV) சுற்று முறிப்பிகள் நிலத்தில் கசிவு சுற்று முறிப்பிகளுடன் (GFCI) வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, இவை டிசி குறைபாடுகள் மற்றும் கசிவு மின்னோட்டங்களைக் கண்டறிந்து மின்னதிர்வு மற்றும் தீ ஏற்படுவதைத் தடுக்கின்றன.