نحوه محاسبه فیوز نیروگاه خورشیدی

در این نوشته، یک نمونه محاسبات انتخاب فیوز gPV در طرف DC برای یک نیروگاه 20 کیلوواتی با استفاده از پنل‌های خورشیدی JA Solar انجام می‌دهیم. برای این محاسبات، پنل JA Solar 620W (مدل JAM66D45) را به عنوان مبنا قرار دادیم، این مدل یکی از پنل هایی است که معمولا در بازار به راحتی یافت می شود و استفاده از آنها در پروژه های کوچک و متوسط بسیار به صرفه است. برای آشنایی بیشتر شما عزیزان، تمامی فرایند انتخاب به صورت مرحله به مرحله شرح داده شده است.

مشخصات فنی پنل خورشیدی و توپولوژی نیروگاه

ابتدا داده‌های مورد نیاز را از دیتاشیت پنل استخراج می‌کنیم:

• توان نامی (P_Max): 620 وات
• جریان اتصال کوتاه (I_SC): 14.71 آمپر
• ولتاژ مدار باز (V_OC): 53.63 ولت
• حداکثر ظرفیت فیوز سری (Max Series Fuse Rating): 30 آمپر
• ضریب دمایی ولتاژ : $-0.275\%/^\circ\text{C}$

برای یک اینورتر ۲۰ کیلوواتی (سه فاز)، معمولا از ۳۲ عدد پنل ۶۲۰ وات استفاده می‌شود که مجموع توان 19.85 کیلووات DC را ارائه می‌دهد (تفاوت 5 درصدی توان DC و توان برنامه ریزی شده در نیروگاه های خورشیدی مشکلی ندارد). ممکن است همکاران و افرادی تعداد کمتر یا بیشتری از پنل های خورشیدی را نصب کنند اما توصیه ما دو عدد استرینگ 16 تایی است. معمولا اینورتر های 20 کیلووات دو عدد هم MPPT دارند.

نکته بسیار مهم: اگر در هر ورودی اینورتر (MPPT) تنها یک استرینگ متصل شود، طبق استاندارد نیازی به فیوز نیست. اما اگر 2 استرینگ یا بیشتر را با هم موازی کرده و سپس به اینورتر ببرید، نصب فیوز gPV الزامی است. البته در عرف شرکت های توزیع برق حتی با وجود اتصال یک استرینگ به MPPT باید فیوز نصب کنید.

گام اول: محاسبه جریان نامی فیوز (I_n)

مطابق استاندارد IEC، جریان فیوز باید حداقل 1.56 برابر جریان اتصال کوتاه پنل باشد تا از قطع کاذب جلوگیری شود:

$I_{min} = I_{sc} \times 1.25 \times 1.25 = 14.71 \times 1.56 \approx 22.95 \text{ A}$

گام دوم: اعمال ضریب دمای محیط (Derating)

با فرض اینکه تابلو در معرض تابش مستقیم آفتاب است و دمای داخل آن می تواند به 50 درجه سانتی گراد برسد، ضریب کاهش توان فیوز (معمولا 0.9 برای برندهای معتبر) را اعمال می‌کنیم:

$I_{required} = \frac{22.95}{0.9} \approx 25.5 \text{ A}$

با توجه به اینکه فیوز های gPV در سایز های استاندارد تولید می شوند ما در اینجا دو انتخاب 20 و 30 آمپر داریم که ظرفیت بالاتر یعنی 30 آمپر را انتخاب می کنیم.

نکته مهم: باید بررسی کنیم که 30 آمپر از “Max Series Fuse Rating” پنل خورشیدی بیشتر نباشد.با توجه به مشخصات ذکر شده در دیتاشیت، فیوز ۳۰ آمپر با پنل 620 وات JA Solar کاملا مطابقت دارد.

گام چهارم: تعیین ولتاژ نامی فیوز (U_n)

ولتاژ فیوز باید از حداکثر ولتاژ استرینگ در سردترین روز سال بیشتر باشد. اگر 16 پنل در یک استرینگ داشته باشیم و دمای محیط به منفی 10 درجه در سردترین روز سال برسد:

$V_{max-string} = 16 \times 53.63 \times 1.1 \approx 944 \text{ V}$

فیوز با ولتاژ نامی 1000V DC مناسب است.(ضرایب به کار برده شده و نحوه محاسبه در یک متن جداگانه به صورت کامل شرح داده خواهد شد)

با توجه به محاسبات فوق، تجهیزات حفاظتی مورد نیاز به شرح زیر است:

پارامتر	مشخصات فنی انتخابی
نوع فیوز	کلاس gPV (مخصوص فتوولتائیک)
جریان نامی	30 آمپر
ولتاژ نامی	1000 ولت DC
ابعاد فیزیکی	38*10 سیلندری
نوع پایه فیوز	ریلی (DIN-Rail) مخصوص DC با قابلیت تحمل 100 ولت
برند پیشنهادی	ETI, ETE یا Suntree (با تاییدیه شرکت توزیع برق محلی)

چرا در این پروژه فیوز 25 آمپر انتخاب نکردیم؟

شاید در نگاه اول فیوز 25 آمپر نزدیکتر به عدد 22.95 باشد، اما با در نظر گرفتن گرمای تابستان ایران و پدیده Albedo (انعکاس نور از سطح زمین که جریان را از I_SC فراتر می‌برد)، فیوز 25 آمپر به شدت در معرض “خستگی حرارتی” و سوختن بدون دلیل قرار می‌گیرد. انتخاب 30 آمپر پایداری نیروگاه را در طول 20 سال تضمین می‌کند.

در صورت نیاز به راهنمایی در مورد انتخاب فیوز های gPV می توانید با شرکت مهرسان صنعت تماس بگیرید.