در طراحی حفاظت های نیروگاه خورشیدی، انتخاب تجهیزات قطعکننده در بخش DC حساسترین مرحله مهندسی محسوب میشود. به دلیل تفاوت های ولتاژ DC و AC و با توجه به اینکه بیشتر مهندسان برق تجربه ای در حوزه طراحی حفاظت برای ولتاژ DC ندارند، اطلاع از این نوع فیوز ها و تفاوت های ساختاری آن ها بسیار مهم است.فیوزهای کلاس gPV به طور اختصاصی برای پاسخگویی به نیازهای منحصر به فرد مدارهای خورشیدی توسعه یافتهاند که در ادامه به بررسی جامع ساختار، استانداردها و مشخصات فنی این نوع از فیوز میپردازیم.
مفهوم نام گذاری gPV
نام گذاری این فیوزها طبق استاندارد بین المللی IEC 60269-6 صورت گرفته است. حروف به کار رفته در این واژه بیانگر مشخصات عملکردی دستگاه هستند:
- حرف g: نشان دهنده “Full-range breaking capacity” است. به این معنا که فیوز قادر است هم در برابر جریانهای اضافه بار (Overload) کوچک و هم در برابر جریانهای اتصال کوتاه (Short-circuit) بزرگ از مدار محافظت کند.
- عبارت PV: مخفف Photovoltaic است که نشان میدهد این فیوز منحصرا برای ویژگیهای جریان مستقیم (DC) در سیستم های خورشیدی طراحی شده است.
دلیل جداسازی این کلاس از سایر فیوزها:
پنلهای خورشیدی برخلاف منابع تغذیه سنتی، جریان خطای محدودی دارند. در یک مدار AC، جریان خطا ممکن است ده ها برابر جریان نامی باشد، اما در سیستم خورشیدی، جریان اتصال کوتاه تنها اندکی از جریان کارکرد عادی بالاتر است. مثلا ممکن است در یک سیستم عادی جریان کارکرد حدود 16 آمپر و جریان خطای قابل تحمل توسط پنل ها حدود 20 آمپر باشد. فیوزهای معمولی (مانند gG) نمیتوانند این تفاوت ناچیز را به سرعت تشخیص دهند و باعث ذوب شدن کابل ها یا آتش سوزی پنل های خورشیدی میشوند. فیوز gPV طراحی شده است تا خطاهای کوچک را در زمان بسیار کوتاه قطع کند.
تفاوت های ساختاری و عملکردی
اصلیترین تفاوت فیوز gPV با فیوزهای استاندارد AC در نحوه خاموش کردن قوس الکتریکی (Arc) است. در جریان مستقیم (DC)، ولتاژ هرگز به صفر نمیرسد (برخلاف AC که ۱۰۰ بار در ثانیه صفر میشود)، بنابراین خاموش کردن جرقه بسیار دشوارتر است. موارد زیر دلایل تفاوت های ساختاری فیوز های gPV می باشد:
- سرعت واکنش: فیوزهای gPV معمولا در جریانی معادل 1.35 برابر جریان نامی عمل میکنند، در حالی که فیوزهای معمولی به جریانهای بسیار بالاتری برای قطع سریع نیاز دارند.
- مقاومت در برابر سیکل های حرارتی: این فیوزها برای تحمل نوسانات جریان ناشی از تغییرات تابش خورشید در طول روز مقاوم سازی شده اند تا در هنگام اینتغییرات به راحتی عملکرد خود را از دست ندهند و غیر قابل استفاده نشوند.
- بدنه و عایق: استفاده از بدنه سرامیکی با کیفیت بالا و خاک کوارتز دانه بندی شده برای جذب انرژی بالای قوس DC در این کلاس الزامی است.
محدوده ولتاژ، جریان و ابعاد استاندارد
فیوزهای gPV بر اساس مقیاس نیروگاه در ابعاد و ظرفیت های مشخصی تولید می شوند:
- ولتاژ نامی: به طور استاندارد در مدلهای ۱۰۰۰ ولت DC و ۱۵۰۰ ولت DC تولید میشوند. مدلهای ۱۵۰۰ ولتی در نیروگاههای مقیاس بزرگ (معمولا بالای 2 مگاوات) کاربرد وسیعی دارند. البته من مدل های 600 ولت هم داخل بازار برای فروش دیدم که احتمالا در نیروگاه هایی با فناوری های قدیمی تر کاربرد داشه اشت.
- جریان نامی: از ۱ آمپر برای حفاظت از هر استرینگ شروع شده و در مدلهای بدنه بزرگ (NH) تا ۶۳۰ آمپر برای حفاظت از ورودی اینورترها ادامه مییابد.
ابعاد فیزیکی (Form Factors)
1. مدلهای سیلندری (Cylindrical):
- ۱۰x۳۸ میلی متر: رایجترین سایز برای حفاظت استرینگ (جریان تا ۳۲ آمپر).
- ۱۴x۵۱ میلی متر: برای جریانهای بالاتر تا ۵۰ یا ۶۳ آمپر.
- ۱۰x۸۵ میلی متر: مخصوص سیستمهای ۱۵۰۰ ولت با بدنه کشیده تر جهت جلوگیری از آرک زدن.
2. مدلهای تیغه ای (NH / Knife-edge):
- در سایزهای NH000، NH1، NH2 و NH3 برای استفاده در تابلوهای تجمع کننده اصلی (Main Combiner Box) با جریانهای ۱۰۰ تا ۶۳۰ آمپر.
وضعیت تامین در ایران
در ایران، به دلیل رشد نیروگاههای خورشیدی انشعابی و مگاواتی، چندین شرکت معتبر در زمینه واردات و توزیع این محصولات فعالیت میکنند. با توجه به حساسیت بالای سیستم، توصیه میشود این تجهیزات را از تامین کنندگان رسمی در بازار و یا شرکت مهرسان صنعت تهیه شود. در فهرست زیر نام چند شرکت معتبر که تابحال از محصولات آنها در نیروگاه های خورشیدی استفاده کردیم را ذکر کردم:
1. برند ETI: تقریبا بهترین محصولی که در بازار ایران برای نیروگاه های خورشیدی می توان تهیه کرد برند ETI است. ETI یکی از برند های با کیفیت ساخت اروپاست که حدودا 70 سال قدمت دارد و از بخش تولیدات مخصوص نیروگاه خورشیدی خود را از سال 2012 فعال کرده است. با توجه به اینکه چند وارد کننده در ایران برای این برند وجود دارد محصولات آن را می توانید به راحتی در بازار پیدا کنید و یا برای خرید با شرکت مهرسان در ارتباط باشید.
2. برند Suntree: این برند چینی از کیفیت قابل قبولی برخوردار است و در بازار ایران برای خرید به وفور پیدا می شود. حسن اصلی استفاده از این برند قیمت پایین تر و موجودی بازار است ولی از نظر کیفیت ممکن است خیلی مورد قبول کارفرما ها نباشد.
3. برند ETE: این برند یکی از برند های با کیفیت و قیمت مناسب در بازار ایران است. فیوز های ETE تولید ایران هستند و شاید آن ها را با نام اتصال در بازار مشاهده کرده باشید.
برندهایی نظیر رعد نیز در بازار ایران به وفور یافت می شوند که برای نیروگاه های خورشیدی به هیچ عنوان توصیه نمی شوند. هنگام تهیه فیوز gPV حتما به وجود علامت استاندارد IEC 60269-6 و تاییدیه های بین المللی مانند TUV یا UL بر روی بدنه فیوز دقت کنید، زیرا ممکن است کلید فیوز های مینیاتوری با منحنی قطع gG را بجای gPV بفروش برسانند و یا فیوز مورد نظر از استاندارد های کافی برخوردار نباشد. در هر صورت استفاده از فیوز های نامرغوب و یا نا متناسب ممکن است باعث آتش سوزی و یا قطع نیروگاه شوند.