همه فیوزهای مورد استفاده در نیروگاه خورشیدی

نیروگاه برق خورشیدی از پنل خورشیدی به عنوان تولید کننده انرژی الکتریکی از نور خورشید تشکیل شده است. انرژی الکتریکی تولید شده توسط پنل خورشیدی در یک مدار الکتریکی از قطعاتی چون اینورتر، شارژکنترلر و … عبور می کند تا به مصرف کننده های الکتریکی برسد. در این میان ممکن است به دلیل خطا های به وجود آماده در سیستم یا عوامل محیطی، مدار الکتریکی دچار اضافه بار، اتصال کوتاه و ولتاژ و جریان ناگهانی شود که در این صورت به منظور حفاظت از تجهیزات الکتریکی داخل سیستم شامل قطعات موجود در سیستم برق خورشیدی و همچنین مصرف کنند های الکتریکی متصل شده به سیستم خورشیدی نیاز به تجهیزات حفاظت الکتریکی است که در این میان، فیوز ها و کلید های حفاظتی بالاترین نرخ استفاده را دارند.

فیوز به طور کلی قطعه ای حفاظتی است که در صورت عبور جریانی الکتریکی بیش از جریان نامی آن می تواند مدار را قطع نماید. کلید های حفاظتی نیز همانند فیوز عمل می کنند اما با این تفاوت که قابلیت وصل مجدد برای آن ها وجود دارد اما فیوز پس از قطع مدار دیگر قابل استفاده نیست. به همین دلیل است که به جای واژه فیوز مینیاتوری از کلید مینیاتوری استفاده می شود. جهت آشنایی بیشتر با کلید مینیاتوری می توانید به نوشته کاربرد فیوز مینیاتوری در برق خورشیدی از مجله آموزشی سولارنیرو مراجعه نمایید.

فیوز ها دارای تنوع بسیاری هستند که هر کدام مناسب حوزه خواصی است که این تنوع بیشتر مربوط به شکل، جریان نامی، ولتاژ کاری، سرعت و قدرت قطع جریان است. در ادامه با این موارد بیشتر آشنا خواهیم شد. جهت مطالعه مطالب آموزشی در مورد نیروگاه خورشیدی و همچنین معرفی محصولات می توانید به مجله آموزشی سولارنیرو مراجعه نمایید.

جریان نامی فیوز

هر فیوز دارای یک جریان نامی مشخص است که پس از عبور جریان از این مقدار پس از زمانی مشخص، داخل فیوز ذوب شده و مدار الکتریکی قطع می شود. جریان نامی فیوز ها می تواند از چند میلی آمپر تا چند هزار آمپر باشد که انتخاب آن نیز کاملا بسته به حوزه مورد استفاده دارد. در ادامه نوشته و در معرفی فیوز های مورد استفاده در نیروگاه خورشیدی به زبان ساده به محاسبه این جریان خواهیم پرداخت.

 

حداکثر ولتاژ فیوز

هر فیوز بسته به شکل و جنس دارای یک حداکثر ولتاژ مشخص است که باید ولتاژ قرار گرفته در دو سر فیوز کمتر از این مقدار باشد تا عملکرد آن به درستی صورت بگیرد.

 

سرعت قطع فیوز

به مدت زمانی گفته می شود که پس از عبور جریانی بیش از جریان نامی فیوز، فیوز ذوب و جریان عبوری را قطع می نمیاد. برخی فیوز ها کند کار و برخی تند کار هستند. در برخی سیستم ها ممکن است برای لحظاتی جریان سیستم بیش از جریان نامی شود که در این موارد از فیوز کند کار استفاده می شود. مثل بار های موتوری. در کلید های حفاظتی نیز کلاس، بیانگر سرعت قطع است. به عنوان مثال در کلید مینیاتوری کلاس B جریان زودتر از کلاس C قطع می شود.

 

ظرفیت شکست فیوز یا قدرت قطع

گاهی در سیستم های الکتریکی اتصال کوتاه رخ می دهد که در این صورت جریان لحظه ای به شدت افزایش می یابد و ممکن است علاوه بر فیوز به نگهدارنده یا پایه آن نیز آسیب وارد شود. قدرت قطع یا ظرفیت شکست فیوز، به جریانی گفته می شود که فیوز می تواند برای لحظه ای تحمل و مدار را قطع نماید بدون اینکه آتش سوزی اتفاق بیفتد یا به نگهدارنده آسیبی وارد شود. این جریان به طور معمول بر حسب کیلوآمپر بیان می شود.

 

شکل و سایز فیوز

فیوز ها دارای تنوع بسیاری از لحاظ شکل و سایز دارند که می تواند کارای فیوز را نیز مشخص نماید. برای مثال برخی فیوز ها به صورت استوانه ای، برخی به صورت کاردی و برخی به صورت فشنگی تولید و روانه بازار می شود.

 

پارامتر های بسیاری در مورد فیوز وجود دارد که به مهم ترین آن ها در این نوشته اشاره شد. در سیستم های الکتریکی و الکترونیکی حساس به موارد بیشتری چون توان تلف شده در فیوز، شکل موج و مقدار جریان های لحظه ای نیز توجه می شود.

انواع فیوز برق خورشیدی

همانطور که در ابتدای نوشته نیز به آن اشاره شد، نیروگاه برق خورشیدی چه متصل به شبکه و چه مجزا از شبکه هر دو شامل المان های الکتریکی و الکترونیکی هستند که به منظور حفاظت از این قطعات از فیوز استفاده می شود. فیوز ها تنوع بسیاری از لحاظ شکل، سرعت عملکرد و پارامتر های الکتریکی دارند. به طور معمول در یک نیروگاه خورشیدی از فیوز های زیر استفاده می شود.

فیوز سیلندری، استوانه ای یا سیگاری

همانطور که از نام آن مشخص است ظاهر آن شبیه به یک استوانه است که بدنه آن از جنس سرامیک و دو سر آن کنتاکت فلزی قرار گرفته است. داخل این فیوز یک المان ذوب شونده همانند یک تکه سیم است که دور آن را ماسه فرا گرفته است. در صورت عبور جریان از این فیوز، المان ذوب شونده قطع می شود و در نتیجه جلوی عبور جریان غیر مجاز گرفته می شود. سرعت قطع این فیوز ها با کلاس آن ها مشخص می شود و در برق خورشیدی از دو کلاس gPV برای مسیر پنل های خورشیدی و کلاس gBAT به منظور حفاظت از مسیر باتری ها استفاده می شود.

در ورودی اینورتر یا سانورتر ممکن است جریان برگشتی موجب آسیب رسیدن به پنل خورشیدی شود. همچنین در نیروگاه خورشیدی با چند استرینگ موازی ممکن است به دلیل اتصال کوتاه در یک استرینگ، جریان مابقی استرینگ ها سبب ایجاد مشکل در استرینگ آسیب دیده شود که به منظور جلوگیری از این خطا و بروز آسیب به پنل خورشیدی از فیوز استوانه ای نوع gPV استفاده می شود.

همچنین در مسیر باتری ها نیز به منظور حفاظت از باتری و  سیم ها در هنگام بروز اتصال کوتاه یا اضافه بار از همین فیوز نوع gBAT استفاده می شود.

برای استفاده از این فیوز نیاز به پایه فیوز یا نگهدارنده مخصوص نیز هست که به آن پایه فیوز سیلندری یا استوانه ای گفته می شود و دارای سایز های متنوع است. سایز پایه فیوز متناسب با فیوز تایین می شود. برای مثال سایز 10×38 دارای طول کمتری نسبت به سایز 10×85 است. افزایش طول فیوز می تواند باعث افزایش ولتاژ نامی فیوز شود.

 

فیوز کاردی

این فیوز نیز همانند فیوز سیلندری دارای دو نوع پرکاربرد gPV و gBAT در سیستم برق خورشیدی است که نوع gPV جهت حفاظت از سیم های نیروگاه خورشیدی در مسیر پنل خورشیدی و نوع gBAT وظیفه حفاظت از باتری و سیم ها در مسیر اینورتر تا باتری یا سانورتر تا باتری را دارد. فیوز های کاردی دارای سایزها و تنوع های بیشتری نسب به فیوز های استوانه ای هستند. همچنین پایه های نگهدارنده این فیوز متنوع است.

فیوز کاردی نوع gG و gS نیز در برخی مواقع در خروجی AC اینورتر به منظور حفاظت از کابل های شبکه مورد استفاده قرار می گیرد.

 

کلید فیوز

کلید فیوز شامل یک کلید با حفاظت داخلی است که در نیروگاه خورشیدی بین پنل خورشیدی و اینورتر قرار می گیرد که به کمک آن می توان سیستم را زیر بار قطع و وصل نمود. در این حالت علاوه بر قابلیت قطع و وصل شامل یک حفاظت داخلی است که در صورت اضافه جریان می تواند سیستم را قطع نماید. همچنین برخی از پایه های فیوز کاردی می تواند از نوع کلید فیوز باشد که در این صورت، می توان سیستم را علاوه بر قطع زیر بار دارای حفاظت ایمن تر نیز نمود.

 

 

روش محاسبه فیوز پنل خورشیدی

همانطور که گفته شد توصیه می شود بین پنل خورشیدی و اولین تجهیز سیستم برق خورشیدی که می تواند اینورتر، شارژکنترلر یا سانورتر باشد، باید از دو فیوز استفاده نمود. یک فیوز جهت حفاظت از پنل خورشیدی در مقابل جریان برگشتی و یک فیوز جهت حفاظت از کابل ها در مقابل اتصال کوتاه که به طور معمول فیوز دوم در سیستم های کوچک استفاده نمی شود. در تصویر زیر محل قرار گیری فیوز ها توسط کمپانی ETI که تولید کننده تجهیزات حفاظتی است نمایش داده شده است.

 

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید، یک جفت فیوز استوانه ای روی ترمینال مثبت و منفی هر استرینگ از پنل خورشیدی قرار می گیرد و در صورتی که چند استرینگ با یکدیگر ترکیب شود و جریان خط بالا رود، از یک فیوز کاردی نیز به منظور حفاظت از کابل در مقابل اتصال کوتاه استفاده می شود.

جهت محاسبه جریان نامی فیوز استوانه ای کافی است مقادیر زیر را از کاتالوگ پنل خورشیدی استخراج نمود:

• جریان اتصال کوتاه پنل در تست STC با علامت Isc که در این مثال 9.5 آمپر در نظر گرفته می شود
• ولتاژ مدار باز پنل خورشیدی در تست STC با علامت Voc که در این مثال 45 ولت در نظر گرفته شده است
• تعداد پنل در یک استرینگ که در این مثال 12 عدد در نظر گرفته شده است

با توجه به اطلاعات بالا، حداکثر جریان هر استرینگ برابر با 9.5 آمپر و حداکثر ولتاژ هر استرینگ برابر است با 12 ضرب در 45 ولت که عددی معادل 540 ولت بدست می آید که جریان نامی فیوز استوانه ای در این شرایط باید حداقل 1.5 برابر حداکثر جریان استرینگ و در بیشترین حالت 2.4 برابر حداکثر جریان استرینگ باشد که در این صورت جریان نامی فیوز باید در بازه 14.5 تا 22.8 در نظر گرفته شود. همچنین در محیط هایی با دمای بسیار بالا یا پایین باید از ضریب تصحیح حرارتی استفاده کرد.

برای محاسبه ولتاژ نامی فیوز نیز باید حداکثر ولتاژ کل استرینگ که در این مثال 540 ولت است را در 1.2 ضرب نمود که برای این مثال عدد 650 ولت بدست می آید و بر این اساس می توان از فیوز با ولتاژ نامی 650 ولت به بالا استفاده نمود که به طور معمول از فیوز 1000 یا 1500 ولت استفاده می شود.

دست بالا در نظر گرفتن ولتاژ نامی مشکلی در عملکرد فیوز ندارد اما جریان نامی فیوز باید در بازه مشخص باشد زیرا در صورت بالا بودن بیش از حد جریان نامی، عملکرد فیوز به درستی صورت نمی گیرد و آسیب جدی به تجهیزات وارد می شود. همچنین جریان نامی فیوز نباید بالاتر از جریان فیوز حفاظتی داخل خود پنل خورشیدی باشد.

در نهایت جریان نامی فیوز کاردی هم به همین صورت محاسبه می شود و عدد جریان نامی فیوز نباید بالاتر از جریان مجاز قابل تحمل سیم و کابل باشد. به طور مثال در صورتی که سیستم دارای ۳ استرینگ باشد و هر استرینگ دارای حداکثر جریانی برابر با 9.5 آمپر باشد، جریان کل برابر با 28.5 آمپر می شود که در این صورت باید از یک فیوز حداقل 40 آمپر استفاده نمود.

 

روش محاسبه فیوز بین باتری و تجهیزات خورشیدی

به منظور حفاظت از باتری و همچنین کابل ها از فیوز کاردی یا استوانه ای در مسیر باتری ها استفاده می شود. توصیه می شود در صورتی که باتری دارای چند شاخه است، روی هر شاخه موازی یک عدد فیوز قرار داده شود تا حفاظت کامل صورت بگیرد و همچنین یک فیوز اصلی در ورودی بانک باتری قرار داده شود. برای محاسبه جریان نامی این فیوز باید حداکثر جریان شارژ باتری، یا حداکثر جریان دشارژ باتری در نظر گرفته شود و فیوز متناسب با آن و ۵۰ درصد بالاتر در نظر گرفته شود.

 

در برخی از سیستم باتری فقط به یک سانورتر متصل است که به باید جریان شارژ و دشارژ جداگانه محاسبه و متناسب با جریان بیشتر یک فیوز حفاظتی در نظر گرفته شود. همچنین در سیستم هایی که شارژکنترلر جدا و اینورتر جداگانه به بانک باتری متصل شده است باید سر راه هر مسیر فیوز جداگانه قرار بگیرد.

برای مثال یک سانورتر 5 کیلووات را در نظر بگیرید که جریان شارژ باتری در این سانورتر حداکثر 80 آمپر روی ولتاژ 48 ولت است. در این صورت جریان دشارژ این سانورتر بین 100 تا 150 آمپر است و به دلیل بالاتر بودن جریان دشارژ، باید جریان نامی فیوز متناسب با جریان دشارژ در نظر گرفته شود. در این مثال باید از یک فیوز 250 آمپر استفاده نمود. نوع این فیوز باید gPV باشد زیرا در این نوع جریان اتصال کوتاه در کمتر از ۵ ثانیه قطع می شود. استفاده از فیوز کاردی نوع gG می تواند به باتری ها آسیب بزند.

نکته مهم دیگر در مورد باتری ها، قدرت قطع فیوز است که باید بالاتر از حداکثر جریان اتصال کوتاه باتری باشد که با نگاه به کاتالوگ باتری ها می توان جریان اتصال کوتاه باتری مورد نظر را بدست آورد.

 

 

در این نوشته سعی کردیم تا به زبان ساده به معرفی فیوز های مورد استفاده در نیروگاه خورشیدی بپردازیم. امیدواریم این نوشته براتون مفید باشه و در صورت تمایل به مطالعه نوشته های مرتبط می توانید به مجله آموزشی سولارنیرو مراجعه نمایید.