一、正確選擇直流開關(guān)的幾條標(biāo)準(zhǔn)
如何為
光伏系統(tǒng)選擇合適的直流開關(guān)呢?以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以作為參考:
1.盡量選擇大品牌,尤其是通過(guò)國(guó)際認(rèn)證的品牌
光伏直流斷路器主要有歐洲的認(rèn)證IEC60947-3(歐洲通用標(biāo)準(zhǔn),亞太大多國(guó)家沿用)、UL 508(美國(guó)通用標(biāo)準(zhǔn))、UL508i(針對(duì)光伏系統(tǒng)用直流開關(guān)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))、GB14048.3(國(guó)內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn))、CAN/CSA-C22.2(加拿大通用標(biāo)準(zhǔn))、VDE0660。
目前國(guó)際大品牌都具備如上所有的認(rèn)證,比如英國(guó)的IMO和荷蘭的SANTON,國(guó)內(nèi)的大多數(shù)品牌目前都只通過(guò)了通用性標(biāo)準(zhǔn)IEC60947-3。
2.選擇滅弧功能好的直流斷路器
滅弧效果是考核直流開關(guān)的最重要指標(biāo)之一。真正的直流斷路器都有專門的滅弧裝置,可以帶載關(guān)斷。一般真正的直流斷路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較特殊,手柄和觸頭沒有直接的連接,所以通斷的時(shí)候不是直接旋轉(zhuǎn)觸頭而斷開,而是有特殊的彈簧進(jìn)行連接,當(dāng)手柄旋轉(zhuǎn)或者移動(dòng)到一個(gè)特定點(diǎn)時(shí)觸發(fā)所有的觸頭“突然斷開”,因而產(chǎn)生一個(gè)非常迅速的通斷動(dòng)作,使電弧時(shí)間持續(xù)比較短。
一般國(guó)際一線品牌的光伏直流開關(guān)的電弧持續(xù)幾個(gè)毫秒時(shí)間內(nèi)被滅掉,比如IMO的SI系統(tǒng)宣稱是在5個(gè)毫秒內(nèi)進(jìn)行滅弧。而一般交流斷路器改良過(guò)來(lái)的直流斷路器電弧持續(xù)100毫秒以上。
3.耐高電壓和電流
一般光伏系統(tǒng)的電壓可能達(dá)到1000V(美國(guó)600V),需要斷開的電流根據(jù)組件的品牌和功率、光伏系統(tǒng)連接方式是多串并聯(lián)還是多串獨(dú)立連接(多路MPPT)而不同。直流開關(guān)的電壓和電流由需要斷開的光伏陣列的串電壓和并電流決定。光伏直流斷路器在選型時(shí)參照如下經(jīng)驗(yàn):
電壓 = NS xVOC x 1.15(公式1.1) 電流=NP x ISC x 1.25(公式1.2) 其中
NS– 串聯(lián)電池板的數(shù)量
NP–并聯(lián)的電池組數(shù)量VOC–電池板開路電壓ISC – 電池板短路電流1.15和1.25是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)一般大品牌的直流開關(guān)都可以斷開1000V的系統(tǒng)直流電壓,甚至設(shè)計(jì)斷開1500V的直流輸入。大品牌的直流開關(guān)往往有大功率系列,比如ABB的光伏直流開關(guān)有上百安系列的產(chǎn)品,IMO專注于分布式光伏系統(tǒng)用直流開關(guān),能提供50A,1500V的直流開關(guān)。而一些小廠家一般只能提供16A,25A的直流開關(guān),其技術(shù)和工藝很難生產(chǎn)出大功率的光伏直流開關(guān)。
4.產(chǎn)品型號(hào)齊全
一般大品牌的直流開關(guān)有多種型號(hào)能滿足不同場(chǎng)合需求,有外置的、內(nèi)置的、端子通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)滿足多路MPPT輸入的、帶鎖和不帶鎖的、更有滿足多種安裝方式的比如底座安裝(安裝在匯流箱和配電柜中),單孔和面板安裝等。
5.材料阻燃和防護(hù)等級(jí)高
一般直流開關(guān)的外殼、本體材料或者是手柄都是塑料,具有自身的阻燃特性,通常能達(dá)到UL94標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量好的直流開關(guān)的外殼或者本體能滿足UL94 V-0標(biāo)準(zhǔn),而手柄一般達(dá)到UL94V-2標(biāo)準(zhǔn)。
其次對(duì)于內(nèi)置于逆變器內(nèi)部的直流開關(guān),如果外部有手柄可以進(jìn)行開關(guān),一般要求開關(guān)的防護(hù)等級(jí)至少滿足整機(jī)防護(hù)等級(jí)的測(cè)試要求。目前行業(yè)中應(yīng)用較多的組串型逆變器(一般小于30kW功率等級(jí))一般都滿足IP65的整機(jī)防護(hù)等級(jí),這就要求內(nèi)置直流開關(guān)和機(jī)器安裝時(shí)面板的密封性要求比較高。對(duì)于外置的直流開關(guān),如果安裝室外,都要求滿足至少IP65的防護(hù)等級(jí)。
二、光伏系統(tǒng)中直流開關(guān)的選型步驟
光伏直流開關(guān)的選型一般通過(guò)關(guān)鍵參數(shù)初步估算并保證足夠的余量。光伏系統(tǒng)中光伏電池板本身的輸出功率受到天氣、環(huán)境溫度、逆變器功率點(diǎn)跟蹤等影響;其次,
光伏逆變器本身有輸入功率的限制和保護(hù),有最大容許輸入電壓,以及電流的限制和保護(hù);最后直流開關(guān)本身的額定關(guān)斷能力和環(huán)境溫度也有關(guān)系。
環(huán)境一定的時(shí)候電池板(電池陣列)輸出受逆變器直流側(cè)功率跟蹤的影響,隨著電壓的升高,直流開關(guān)通斷電流的能力會(huì)下降(熱效應(yīng)影響)。總的來(lái)說(shuō)使用的直流開關(guān)能通斷電池板實(shí)際輸出的電壓和電流,天氣、環(huán)境穩(wěn)定、逆變器的功率跟蹤等都需要考慮在內(nèi)。
最簡(jiǎn)單的方法是選擇的直流開關(guān)(無(wú)論外置和內(nèi)置)滿足如上公式1.1和1.2的要求。由于電池板不可能工作在最大短路電壓和開路電流上,所以一般外置的直流開關(guān)使用最大功率點(diǎn)電壓和電流來(lái)做參考:
電壓 = NS xVMP x 1.15(公式1.3)
電流 = NP xIMP x 1.25(公式1.4)對(duì)于內(nèi)置的直流開關(guān),可能還會(huì)受到逆變器本身最大輸入電壓和電流的限制,所以為了合理節(jié)約系統(tǒng)成本,一般依據(jù)直流開關(guān)能通斷電池板實(shí)際輸出的電壓和電流,并不高于所選擇使用的逆變器的保護(hù)電壓和電流??偟膩?lái)說(shuō),直流開關(guān)的通斷V-1曲線需要包絡(luò)逆變器允許輸入的直流電壓和電流曲線??偟膩?lái)說(shuō)光伏直流開關(guān)的選擇可以根據(jù)如下幾個(gè)步驟:
1.確定系統(tǒng)電壓
所選擇的直流開關(guān)允許最大電壓需要能達(dá)到光伏系統(tǒng)電壓要求。常見的有600V和1000V。一般接入單相逆變器的系統(tǒng)電壓最高為600V,三相組串型或者電站型逆變器的系統(tǒng)電壓最高為1000V。
2.確定獨(dú)立電池串的路數(shù)
如果是內(nèi)置的直流開關(guān),由于集成在逆變器內(nèi)部,所以和逆變器獨(dú)立的MPPT數(shù)目有關(guān)系。常見的逆變器是單路MPPT、雙路MPPT,市面上也有少數(shù)三路MPPT的并網(wǎng)逆變器。一般逆變器功率等級(jí)在1kW-3kW的設(shè)計(jì)為單路MPPT;3kW-30kW為雙路MPPT,有少數(shù)公司也有三路MPPT的逆變器:大型逆變器100kW以上一般都是通過(guò)匯流箱匯流后輸入一路MPPT。逆變器獨(dú)立的MPPT數(shù)目決定了選擇的內(nèi)置直流開關(guān)的獨(dú)立通段對(duì)數(shù)。
如果是外置直流開關(guān),可能和設(shè)計(jì)的系統(tǒng)組網(wǎng)有關(guān)系,可以選擇具有通斷多串電池板的外置直流開關(guān)或者選擇只能通斷一串電池板的外置直流開關(guān)。
3.確定電池串的電壓和電流
通過(guò)電池組串電壓和電流參數(shù),一般保險(xiǎn)起見根據(jù)公式1.1和1.2計(jì)算,也可以根據(jù)公式1.3和1.4。如果對(duì)光伏逆變器的構(gòu)造比較了解,尤其是逆變器廠家在選擇內(nèi)置直流開關(guān)時(shí),為了有效節(jié)約逆變器整機(jī)成本,可以通過(guò)研究逆變器出入直流電壓電流曲線來(lái)選擇,保證所選擇的直流開關(guān)曲線在各種天氣環(huán)境和溫度下都包絡(luò)逆變器輸入的直流開關(guān)和電流曲線。
4.分析使用的環(huán)境和安裝方式
根據(jù)使用的環(huán)境確定工作溫度,防護(hù)和防火等級(jí),一般品質(zhì)好的直流開關(guān)工作穩(wěn)定可以在-40°到60°。常見的外置直流開關(guān)防護(hù)等級(jí)為IP65,內(nèi)置直流開關(guān)安裝后保證整機(jī)通過(guò)IP65。防火等級(jí)一般為外殼或者本體材料UL94V-0,手柄UL94V-2。安裝方式有面板安裝,底座安裝,單孔安裝等。
5.確定具體型號(hào)
如滿足上述1-4條件,接下來(lái)需要從所傾向的品牌中選擇具體型號(hào)。一般具體型號(hào)的規(guī)格是通過(guò)電流分段的,完全匹配的直流開關(guān)是很難找到的,一般留有一定的余量來(lái)選擇高于理論計(jì)算的規(guī)格的直流開關(guān)。常見有16A、25A和32A,有些大廠家會(huì)有40A、50A、600V或者1000V額定電壓等級(jí)。
隨著國(guó)內(nèi)光伏政策的明晰,光伏電站新增安裝的逐年增加,尤其是目前分布式光伏系統(tǒng)的啟動(dòng),個(gè)人住戶屋頂光伏系統(tǒng)的安裝將越來(lái)越流行。光伏直流開關(guān)將是這些系統(tǒng)安全性保障的最重要部件,光伏直流開關(guān)的可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)電和收益,直接影響到光伏系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行,所以選擇合格的光伏直流開關(guān)將至關(guān)重要。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所謂的光伏直流開關(guān)多是一些交流開關(guān)或其改進(jìn)產(chǎn)品,不是真正應(yīng)用在光伏系統(tǒng)中的具有安全滅弧、高功率切斷的直流開關(guān)。這些交流開關(guān)的滅弧能力、額定帶載切斷功率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,容易導(dǎo)致過(guò)熱、漏電和火花,嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀掉整個(gè)光伏電站。