Chọn cầu chì trong hệ thống điện năng lượng mặt trời

Trong hơn 50 năm qua, các hệ thống Quang điện mặt trời đã phát triển thành một công nghệ hoàn thiện, bền vững. Công nghệ này đang được cải thiện khi pin mặt trời tăng hiệu suất và các mô-đun đạt được hình thức thẩm mỹ tốt hơn. Do đó, năng lượng mặt trời đang được chấp nhận nhiều hơn và ngày càng trở thành một giải pháp thay thế sạch và hiệu quả về chi phí cho các nguồn năng lượng thông thường.

Ánh sáng mặt trời có cường độ bức xạ 1.000W/m². Một tấm pin mặt trời điển hình đạt được hiệu suất chuyển đổi từ 18% đến 22%. Khi các tỷ lệ chuyển đổi này tiếp tục được cải thiện thì quy mô của hệ thống quang điện sẽ ngày càng tăng, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng các mạch được bảo vệ khỏi quá dòng để đảm bảo hoạt động an toàn và ngăn ngừa thiệt hại cho hệ thống cũng như các thành phần của nó.

Hệ thống quang điện, cũng như tất cả các hệ thống điện, phải có bảo vệ quá dòng thích hợp cho thiết bị và dây dẫn. Trên toàn cầu, để đạt được hiệu quả hơn cần thúc đẩy sử dụng điện áp cao hơn (xu hướng 1000Vdc trở lên). Điều này có nghĩa là nhu cầu bảo vệ mạch thậm chí còn lớn hơn trong tương lai.

Cầu chì điện là gì?

Cầu chì là một Thiết bị Bảo vệ Quá dòng (OCPD), là một thành phần điện được thiết kế để bảo vệ mạch điện bằng cách mở mạch một cách an toàn dưới tải dòng điện cao bất thường. Cầu chì có nhiều hình dạng và kích cỡ , nhưng mỗi loại được thiết kế để bảo vệ mạch điện với một bộ thông số điện cụ thể. Các thông số này chủ yếu là điện áp hoạt động, dòng điện hoạt động và thời gian hoặc tốc độ nóng chảy của phần tử cầu chì.

Cầu chì hoạt động như thế nào?

Cầu chì chứa một phần tử kim loại được thiết kế để mang dòng điện giới hạn. Hoạt động của cầu chì dựa trên nhiệt độ nóng chảy của dây dẫn hoặc phần tử kim loại khác. Khi dòng điện tăng lên, phần tử cầu chì nóng lên và khi vượt quá dòng định mức, phần tử đạt đến nhiệt độ nóng chảy và mở ra, do đó loại bỏ nguồn điện khỏi mạch. Cầu chì phải được thay thế khi nó đã nổ.

Điều gì xảy ra nếu tôi lắp sai cầu chì?

Trường hợp xấu nhất là hư hỏng thiết bị do dòng điện sự cố hoặc quá tải.
Các khả năng khác bao gồm nổ cầu chì mặc dù không có lỗi điện.
Tốt nhất là luôn thay thế một cầu chì bị nổ bằng cùng một cầu chì có kích thước tương tự.

Cầu chì trong hệ thống điện năng lượng mặt trời

Cầu chì năng lượng mặt trời là cầu chì chuyên dụng được sử dụng trong hệ thống quang điện (PV) hoặc năng lượng mặt trời. Cầu chì năng lượng mặt trời bảo vệ chống quá dòng, ngắn mạch trong các tấm pin, bộ biến tần năng lượng mặt trời và bảo vệ hệ thống dây điện không bị quá nóng. Chúng ngắt các dòng điện có lỗi thấp như dòng ngược và sét để giúp ngăn ngừa hư hỏng cho hệ thống PV. Cầu chì trong hệ thống điện năng lượng mặt trời chống lại quá dòng, ngắn mạch có thể xảy ra

Cách chọn kích thước cầu chì bảo vệ quá dòng

Các thiết bị bảo vệ quá dòng có kích thước liên quan đến điện áp và dòng điện tối đa được sử dụng, phương pháp tính toán như sau:

Trong bước đầu tiên, dòng điện sự cố của phân đoạn tương ứng của hệ thống điện mặt trời được tính toán.

Trong bước thứ hai, định mức dòng điện của cầu chì được chọn.

Cầu chì cầu chì trong hệ thống điện năng lượng mặt trời được sản xuất và cung cấp ở các kích thước tiêu chuẩn (6, 8, 10, 15, 20, 25,… amps). Nếu xếp hạng dòng điện của cầu chì không có sẵn, bạn có thể chọn xếp hạng cao nhất tiếp theo hiện có. Sau đó, bạn phải kiểm tra xem định mức dòng điện của cầu chì có thấp hơn hoặc bằng với cường độ của dây dẫn đã chọn hay không. Nếu không, kích thước ruột dây dẫn phải được tăng lên.

Đối với định mức điện áp cầu chì, nó phải bằng hoặc cao hơn điện áp một chiều cao nhất của hệ thống trong phần một chiều của hệ thống năng lượng mặt trời hoặc bằng hoặc cao hơn điện áp xoay chiều tiêu chuẩn của phần xoay chiều của hệ thống.

Trước khi bắt đầu thiết kế, chúng ta hãy nhớ lại các thông số của tấm pin năng lượng mặt trời cần thiết để bảo vệ.

-Voc- Điện áp hở mạch tấm pin mặt trời

– Isc – Dòng điện ngắn mạch của tấm pin mặt trời.

Các thông số khác của pin năng lượng mặt trời xác định khả năng tạo ra năng lượng điện của nó:

– Vmp- Điện áp hoạt động tối ưu

– Imp – Dòng điện hoạt động tối ưu.

– Công suất tối đa ở Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) = Vmp * Imp, tức là đây là công suất danh định của tấm pin năng lượng mặt trời.

Các thông số mặt trời thay đổi linh hoạt với sự thay đổi của bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường xung quanh. Nhiệt độ càng cao, điện áp của pin càng thấp và dòng điện càng cao. Tuy nhiên, sự gia tăng của dòng điện không thể bù đắp cho sự giảm điện áp, và kết quả là năng lượng mặt trời được tạo ra giảm. Bức xạ mặt trời càng cao thì năng lượng mặt trời tạo ra càng cao.

Cách tìm điện áp một chiều của cầu chì và cầu dao

Trong phần DC của hệ thống điện mặt trời, định mức điện áp được xác định bởi điện áp hệ thống cao hơn.

Đó là, tấm pin năng lượng mặt trời hoặc điện áp mạch hở tối đa của mảng năng lượng mặt trời ở nhiệt độ môi trường xung quanh thấp nhất Vocmax:

 Voc tối đa = 1.2 * Voc = ~ 1.56 * Vmp.

Quy tắc cơ bản để xác định tổng dòng điện và điện áp trong trường hợp kết nối nối tiếp hoặc song song của một số tấm pin mặt trời

Trong trường hợp có nhiều tấm pin mặt trời được nối nối tiếp, dòng điện tối đa bằng dòng điện lớn nhất của tấm pin độc lập và điện áp lớn nhất là tổng điện áp của các tấm pin độc lập.

Nhưng khi các tấm pin mặt trời được kết nối song song, điện áp tối đa của mảng năng lượng mặt trời bằng điện áp tối đa của tấm pin mặt trời độc lập.

Tuy nhiên, dòng điện tối đa bằng tổng của tất cả các dòng điện tấm pin độc lập trong trường hợp đó.

Vì vậy, trong trường hợp có N tấm pin mặt trời mắc nối tiếp (Ns):

Voc max = 1.2 * Ns * Voc

Ic max = 1.56 * Isc

Trong đó Voc là điện áp mạch hở của tấm pin năng lượng mặt trời độc lập và Isc là dòng điện ngắn mạch của tấm pin năng lượng mặt trời. 1,56 là hệ số hiệu chỉnh, có tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ và bức xạ mặt trời lên điện áp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và cả tải liên tục.

Trong trường hợp có N tấm pin mặt trời được kết nối song song (Np):

Voc max = 1.2 * Voc

Ic max = 1,56 * Np * Isc

Cách tìm đánh giá dòng điện của cầu chì và cầu dao

1. Cách tìm Ioc ppv xếp hạng dòng điện của cầu chì hoặc cầu dao cho phân đoạn giữa các tấm pin mặt trời và bộ điều khiển sạc.

Xếp hạng dòng điện này được xác định bởi dòng điện của tấm pin mặt trời tối đa, có tính đến các biến thể nhiệt độ và bức xạ:

Iocppv = 1,56 * Isc, trong đó Isc là dòng điện cực đại ngắn mạch của mảng năng lượng mặt trời.

Thông thường, một hộp kết hợp được sử dụng trong phân đoạn này của hệ thống PV. Nó có thể chứa cầu chì hoặc cầu dao bên trong.  

Chức năng chính của nó là kết hợp một số tấm pin mặt trời song song một cách an toàn thông qua một cầu chì hoặc cầu dao tương ứng.

Vì mục đích đó, cái gọi là bộ kết hợp Y cũng được sử dụng trong hệ thống mobihome.

Vì vậy, để định kích thước hộp kết hợp, chúng ta phải xác định:

Công suất hộp kết hợp và xếp hạng điện áp

Xếp hạng công suất của cầu chì / cầu dao mà mọi tấm pin năng lượng mặt trời đang được kết nối song song. Nếu bạn kết hợp N tấm pin mặt trời song song / Np / trong một hộp kết hợp, cường độ dòng điện của nó phải bằng 1,56 * Np * Isc_solar_panel trong đó Isc_solar_panel chỉ định dòng điện ngắn mạch của tấm pin độc lập. Công thức này cũng hợp lệ cho bộ kết hợp Y được sử dụng trong hệ thống mobihome.

Điện áp định mức của hộp kết hợp phải bằng điện áp tối đa của mảng năng lượng mặt trời Voc max, tức là Vocmax = 1.2 * Voc trong đó Voc là điện áp mạch hở của mảng năng lượng mặt trời; khi mảng năng lượng mặt trời bao gồm một số tấm pin mặt trời độc lập mắc nối tiếp, thì điện áp mạch hở của nó bằng điện áp mạch hở của tấm pin mặt trời độc lập nhân với số tấm pin mặt trời mắc nối tiếp.

Cường độ dòng điện của cầu chì và cầu dao mà qua đó mọi tấm pin năng lượng mặt trời độc lập đang được kết nối bên trong hộp kết hợp trước khi được kết nối song song ở đó được xác định bởi:

   Icmax = 1,56 * Isc; trong đó Isc là dòng ngắn mạch của tấm pin năng lượng mặt trời. 1,56 là hệ số hiệu chỉnh có tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ, bức xạ mặt trời đến điện áp của tấm pin mặt trời và tải liên tục.

Cầu chì được sản xuất và cung cấp ở các kích thước tiêu chuẩn (6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 35,40 amps, v.v.),

 NEC khuyên chúng ta nên chọn kích thước cầu chì tiêu chuẩn có cùng giá trị với giá trị được tính toán hoặc ngay trên kích thước được tính toán.

Ví dụ, nếu kích thước cầu chì tính toán là 28 amp, chúng ta phải chọn cầu chì định mức 30 amp.

Bằng cách sử dụng các tấm pin mặt trời có Công suất lớn nhất, bạn có thể giảm thiểu số lượng mô-đun cần thiết để đạt được công suất mảng mặt trời mong muốn.

Quy định thường yêu cầu cầu chì hoặc cầu dao để bảo vệ nguồn cấp ngược khỏi các mô-đun khác nếu bạn lắp song song nhiều hơn hai mô-đun.

Trên hai mô-đun, bạn sẽ cần một cặp dây có đầu nối cho mỗi mô-đun, được nối với hộp kết hợp có cầu dao hoặc cầu chì, sau đó là dây chống tia cực tím có kích thước phù hợp hoặc dây định mức ướt trong ống dẫn từ bộ kết hợp đến bộ điều khiển sạc.

Nếu có tới hai tấm pin mặt trời hoặc dây năng lượng mặt trời được kết nối song song và cáp được xếp hạng ít nhất là 1,56 * Isc thì không cần cầu chì.

Nếu có đến hai tấm pin mặt trời hoặc dây năng lượng mặt trời được kết nối song song và cáp được xếp hạng dưới 1,56 * Isc thì phải lắp cầu chì nối tiếp với pin.

Định mức công suất của cầu chì / Ifuse / phải bằng hoặc nhỏ hơn định mức dòng điện của cáp có thể đạt được ở nhiệt độ môi trường tối đa.:

2. Định cỡ cầu chì và cầu dao Đoạn DC giữa bộ điều khiển sạc và pin

Ifuse≤Icable

Đánh giá dòng điện cầu chì được xác định bởi dòng điện định mức của bộ điều khiển sạc. Icc dòng điện định mức của bộ điều khiển sạc được tính theo công thức:

Icc≥1,56 * Isc

Trong đó Isc là dòng điện cực đại ngắn mạch của mảng năng lượng mặt trời.

Trong trường hợp có N tấm pin mặt trời được nối song song thì dòng điện ngắn mạch của mảng mặt trời là tổng của dòng điện của các tấm pin độc lập, i. e Isc = Np * Isc_solar_panel

3. Định cỡ cầu chì và cầu dao trong phân đoạn DC giữa pin và biến tần

Định mức dòng điện cầu chì Imax được định nghĩa như sau:

Imax = 1,25 * Pinv / (0,9 * Vbatlow)

trong đó Vbatlow- pin hoặc điện áp chuỗi pin thấp nhất

Pinv – đánh giá công suất biến tần liên tục

0,9-hiệu suất biến tần điển hình là 90%.

Thông thường, nhà sản xuất biến tần cung cấp kích thước được khuyến nghị của cầu chì trong thông số kỹ thuật của biến tần và cách tốt nhất là tuân theo hướng dẫn của họ. Bạn có thể sử dụng các công thức trên nếu thiếu đề xuất như vậy.

4. Định kích thước AC Ngắt kết nối giữa biến tần và thiết bị

Định mức công suất của Ngắt kết nối AC giữa biến tần và thiết bị được xác định bằng dòng điện đầu ra AC biến tần Iinvac nhân với hệ số 1,25:

Iampdisconect = 1,25 * Iinvac

Giả sử chúng ta có một biến tần định mức công suất liên tục 2300W trên 120V AC. Dòng điện AC biến tần Invac sẽ là 2300W / 120V = 19,2A

Vì vậy, trong trường hợp này Iampdisconect sẽ là 1,25 * 19,2 = 24 amps.

Tại sao lại sử dụng cầu chì thay vì cầu dao?

Có một vài lý do tại sao phải sử dụng cầu chì thay vì Aptomat (bộ ngắt mạch thu nhỏ – MCB) cho DC;

• Cầu chì nhỏ hơn, rẻ hơn và đáng tin cậy hơn.
• Cầu chì có thể dễ dàng đạt được mức điện áp DC cao lên đến 1500VDC.
• Cầu chì có khả năng ngắt DC cao hơn lên đến 30kA trong khi MCB chỉ ngắt vài kA.
• Không bị xuống cấp theo thời gian.
• Khả năng chịu đựng của các đặc tính I / t thấp hơn nhiều.
• Bảo vệ tốt các tấm chống quá nhiệt trong trường hợp có dòng điện ngược.

LỜI KHUYÊN: Lắp điện mặt trời, luôn sử dụng cầu chì trên cực dương và cực âm trên bất kỳ chuỗi quang điện nào được xếp hạng lên đến 1000VDC