太阳能SPD与太阳能断路器

太阳能系统在电力干扰下的脆弱性

由于太阳能/光伏系统规模庞大、投资巨大且可能对人类安全造成风险，因此需要仔细规划和管理。太阳能和光伏系统通常远离住宅区，设施保护措施通常很少。远程定位加上它们经常被安置在树林和山脉之间，增加了它们遭受雷击和瞬时过压等自然灾害的危险。

太阳能系统会给电网带来谐波失真，导致过热、传输损耗增加和通信系统干扰，从而导致设备故障、效率降低和电能质量中断。缺乏外壳会使太阳能电池板暴露在暴雨和极端温度等恶劣条件下，这会影响其效率和寿命。再加上冰雹、野火和极端天气条件等自然灾害的影响，太阳能发电厂更容易受到损坏和性能问题的影响。

光伏电站和屋顶未受保护的潜在后果

未能保护太阳能系统免受电过压影响的最严重后果是设备遭受不可挽回的损坏。缺乏保护可能导致整个连接系统完全关闭。诊断和修复系统所需的检查可能既耗时又麻烦。即使成功识别出问题，唯一可行的解决方案可能是更换整套受影响的设备。这是因为半导体或光伏电池等元件的内部结构可能会因过高的电压尖峰而受到永久性损害。

另一个重要的考虑因素是整个太阳能系统的完整性。如果组件因过压而损坏，即使部分修复，它们也可能不再与系统的其余部分兼容。此外，尝试修复损坏的组件可能会对保修和安全标准产生影响。如果设备被篡改或在授权渠道之外维修，许多制造商都会取消保修。

太阳能SPD与太阳能断路器的区别

太阳能浪涌保护器和直流断路器均旨在缓解电气干扰并保护光伏系统免于停机和故障。但它们在处理过电流的方法上有所不同。

什么是太阳能/直流/光伏 SPD？

太阳能/直流/光伏 SPD 旨在保护太阳能系统免受电压浪涌和尖峰的影响，这些浪涌和尖峰通常由雷击或电网波动引起。其工作原理是限制过电压的幅度并将过量电流转移到地面。太阳能电涌保护装置使用金属氧化物压敏电阻 (MOV) 或气体放电管 (GDT) 等设备将过大的电压从敏感元件转移出去。

什么是太阳能断路器？

另一方面，太阳能断路器（通常称为 PV 断路器）通过在必要时跳闸和切断电源来防止过流情况。它们可重复使用，通常安装在 PV 系统的直流侧。它们可检测过大的电流，例如在短路或过载的情况下，并以机械方式中断电路以防止损坏。光伏断路器通常安装在控制面板或机柜中，用于保护电路和连接设备。在太阳能电力系统中，直流断路器起双重作用。在直流侧，它们可防止太阳能电池板过载；在交流侧，它们可保护逆变器和建筑物的电力系统。此外，断路器还可以在停电或维护期间将太阳能光伏系统与电网断开。主回路采用镀银触点，连接稳定，并配有由带有移动芯的磁铁驱动的闭合机构，有助于实现精确接合。过流保护由一个具有层压电枢和弹簧杆的设备提供，用于设置跳闸阈值。当检测到过大电流时，磁芯会触发快速关闭，防止损坏。

太阳能电涌保护装置与太阳能断路器的优缺点

优点：

● 响应时间和灵敏度：SPD 对处理瞬态过电压具有非常快的响应时间。太阳能断路器对过电流情况做出反应，但这可能不像 SPD 处理的电压尖峰那样直接。

● 安装灵活性：可在太阳能系统的多个点安装SPD，提供全面保护。直流断路器通常安装在配电盘中。

● 环境考虑：SPD 可延长太阳能设备的使用寿命，减少浪费。

缺点

● 价格：SPD 可能比太阳能断路器更昂贵，尤其是考虑到太阳能系统中需要多层保护时。

● 系统集成和复杂性：虽然 SPD 专门用于浪涌保护，但需要仔细选择和安装，以支持与太阳能系统的电压和浪涌电流要求的兼容性。另一方面，太阳能断路器更易于集成，因为它们主要用于防止过流情况。

● 耐用性和寿命：SPD 在吸收重要电涌后可能需要更换，而断路器通常无需更换即可重置。

● 系统集成和复杂性：SPD 需要仔细集成才能满足系统的电压和电涌要求，这增加了复杂性。太阳能断路器通常更容易集成到电气系统中。

太阳能 SPD 如何保护您的光伏系统

浪涌保护装置 (SPD) 对于保护光伏 (PV) 系统免受雷击、电网干扰或内部故障引起的电涌影响至关重要。如果没有 SPD，逆变器和控制器等敏感组件可能会受损，从而导致昂贵的维修和停机。SPD 根据安装和保护级别分为多种类型。1 型 SPD 可防止电网连接处的直接雷击，而 2 型 SPD 可处理配电板上的低能量浪涌。3 型 SPD 可在逆变器等组件附近提供局部保护。关键元件包括金属氧化物压敏电阻 (MOV)、气体放电管 (GDT) 和瞬态电压抑制 (TVS) 二极管，它们共同作用吸收和转移多余的能量，确保电气事件期间的系统安全。

如何为太阳能系统选择合适的电涌保护器和直流断路器？

选择正确的电涌保护装置

为了有效地保护您的光伏 (PV) 系统免受电涌影响，选择合适的浪涌保护装置 (SPD) 非常重要。该过程需要考虑几个关键因素。首先，您需要了解您所在地区的雷电密度，这有助于确定所需的保护级别。对于一般的光伏电站电涌防护，系统的直流侧和交流侧都应安装特定类型的电涌防护装置，至少一侧包含多个SPD，以提供分层防护。

考虑到系统规模及整个系统内连接的电缆线路长度，建议直流光伏系统安装分层SPD保护。通常，如果太阳能电池板和逆变器之间的电缆长度小于 10 米，则可以在逆变器附近安装直流光伏浪涌保护器 DC SPD T1+T2 TRS3-C40。对于较长的电缆长度（超过 10 米），请在太阳能电池板箱或汇流箱附近安装额外的 SPD。

在逆变器后安装 T2 TRS2 AC SPD 系列以保护交流电输出。考虑在服务入口处安装主电涌保护器以保护整个电气系统。

此外，SPD 必须与系统的工作温度、电压和短路电流额定值兼容。了解是否需要针对直接或间接雷击进行保护也很重要，同时了解标称放电电流，这表明 SPD 处理浪涌的能力。

选择合适的太阳能断路器：

环境温度：在光伏系统中，电缆通常安装在室外，室外温度通常高于室内。环境温度升高会降低断路器的载流量，这意味着它能处理的电流小于其标称额定值。因此，选择在这些条件下能有效运行的断路器至关重要。

断路器相互加热：在多个逆变器同时输入最大电流的系统中，相邻的断路器可能会更快升温，从而导致过早跳闸。为了降低发生这种情况的可能性，应在各个太阳能断路器之间保持较大的间隙，以确保足够的散热。或者，使用额定值更高的断路器或增加断路器之间的距离可以防止过热。

热损失校正系数：太阳能断路器的技术数据通常包括热损失校正系数。例如，一排九个设备可能具有 0.77 的校正系数。这意味着 50A 断路器实际上会像 38.5A 断路器一样工作（50A x 0.77）。如果降低的容量不够，则应使用额定值更高的断路器。此外，请确保连接电缆具有适当的载流能力，以防止过热。

其他注意事项

电缆容量：确保所用电缆能够处理降额电流。如果不能，请考虑升级为横截面积更大的电缆。

断路器间距：增加太阳能断路器之间的距离可以帮助更有效地散热，防止意外跳闸。为太阳能电池板系统选择断路器时，必须考虑设置的具体要求。以下是一些一般准则：

100 瓦太阳能电池板：通常需要 15 安培断路器。

200 瓦太阳能电池板：通常需要 30 安培断路器。

一般经验法则是选择额定功率为系统总瓦数 1.25 到 1.5 倍的太阳能断路器。光伏 (PV) 断路器有额定电压为 600 和 1000Vdc 的型号，可选择 80% 或 100% 的额定容量。了解这两个额定容量之间的区别对于优化您的 PV 系统设计至关重要。

80% 额定断路器

对于 80% 额定断路器，光伏源电路的总载流量使用降额系数 1.56 计算，涉及多步骤过程：短路电流（Isc）计算：从模块的 Isc 开始。第一次降额：将 Isc 乘以 1.25，以解决潜在的过流情况。第二次降额：将结果再次乘以1.25，以确保安全裕度。并联串数调整：最后乘以并联串数。这种方法提高了断路器处理最大预期电流的能力，不会过热或过早失效。但是，它要求断路器尺寸过大，这会导致框架尺寸更大、导体更粗，外壳可能也更大，从而增加成本并降低系统效率。

100% 额定断路器

相比之下，100% 额定断路器的优势在于可以充分利用其全部铭牌容量。光伏源电路的总载流量使用更简单的降额系数 1.25 来计算：短路电流 (Isc) 计算：从模块的 Isc 开始。降额：将 Isc 乘以 1.25 以考虑潜在的过流情况。并联串调整：将结果乘以并联串的数量。能够使用直流断路器的全部容量意味着您可以潜在地减少所需的载流量、框架尺寸、导体尺寸甚至外壳尺寸，从而可以节省成本并实现更紧凑的系统设计。

太阳能 SPD 和光伏断路器的安装和接线

对于包含外部防雷系统 (LPS) 的安装，SPD 要求取决于 LPS 等级以及 LPS 与 PV 系统之间的间隔距离。国际电工委员会 (IEC) 62305-3 为这些间隔距离提供了指导方针，以支持正确安装 SPD 以提供最佳保护。

同样重要的是，SPD 的电压保护水平应至少比终端设备的介电强度低 20%，以防止浪涌期间的损坏。此外，SPD 的短路耐受电流应大于太阳能电池阵列的短路电流，以安全处理潜在故障。雷击会对光伏系统造成严重损坏，尤其是逆变器，而逆变器通常是最昂贵的组件。因此，在交流和直流线路上正确安装 SPD 是防止此类损坏的关键。在直流侧，光伏系统具有独特的电流和电压特性，需要专门为直流应用设计的专用 SPD。所选的 SPD 必须能够处理光伏系统典型的非线性电流和长期电弧持续性。在交流侧，浪涌保护同样重要，SPD 应专门针对交流应用进行设计，以提供最佳保护和使用寿命。

安装 SPD 时，遵循特定准则至关重要。SPD 应始终安装在其所保护设备的上游。关键安装值包括最大连续工作电压（即 SPD 激活时的电压）和电压保护水平（必须低于设备的过压类别）。标称放电电流也很重要，因为它表示 SPD 可以承受的波形峰值。对于带有集成保险丝盒的逆变器，应绕过内部保险丝，并连接外部串保险丝。对于户外应用，SPD 应安装在逆变器外部的 NEMA 3R 型或更高级别的外壳中，并且 SPD 电缆应尽可能短（小于 2.5 米）以实现有效保护。最后，对于具有多个最大功率点 (MPP) 跟踪器的逆变器，规划 SPD 组合是必要的。每个输入都应该有一个可靠的 SPD，特别是如果它与串二极管熔断。

计算太阳能光伏系统中的太阳能断路器

计算太阳能断路器的尺寸涉及一个简单的过程。逆变器的最大连续输出电流乘以安全系数，以确定所需的断路器尺寸。例如，如果逆变器的最大输出电流为 30A，则将其乘以 1.25 可得到 37.5A。然后将该值四舍五入为最接近的标准断路器尺寸，通常为 40A 断路器。