راهنمای محاسبه کلید DC خورشیدی و سایزینگ تجهیزات حفاظتی تابلو برق

برای طراحی یک سیستم فوتوولتائیک ایمن و مطمئن، انجام دقیق محاسبه کلید DC خورشیدی و سایزینگ تجهیزات حفاظتی تابلو برق خورشیدی اهمیت بنیادین دارد. رعایت استانداردهای فنی در انتخاب تجهیزات حفاظتی باعث جلوگیری از آسیب به تجهیزات، قطع ناخواسته و خطر آتش‌سوزی می‌شود. در این مقاله، اصول مهندسی، استاندارد IEC 60947-2، ضریب ایمنی ۱.۲۵ و نحوه انتخاب کلیدهای MCB و MCCB را بررسی می‌کنیم.

تفاوت کلیدهای اختصاصی DC (مطابق استاندارد IEC 60947-2) با کلیدهای AC در سیستم‌های خورشیدی چیست؟

کلیدهای اختصاصی DC که مطابق با استاندارد IEC 60947-2 طراحی شده‌اند، دارای محفظه جرقه‌گیر ویژه برای قطع جریان مستقیم مداوم و خاموش کردن قوس الکتریکی هستند، در حالی که کلیدهای AC بر عبور جریان از نقطه صفر ولتاژ برای خاموش شدن آرک متکی می‌باشند. استفاده از کلیدهای AC در مدارهای DC خورشیدی می‌تواند به دلیل عدم قطع آرک الکتریکی، خطرات جدی و خطر آتش‌سوزی در تابلو برق ایجاد کند.

جریان مستقیم (DC) برخلاف جریان متناوب (AC) نقطه صفر متناوب ندارد؛ بنابراین آرک یا قوس الکتریکی حاصل از قطع مدار DC بسیار پایدارتر و سوزاننده‌تر است. کلیدهای مینیاتوری DC اختصاصی باید حتماً مطابق با استاندارد IEC 60947-2 طراحی و ساخته شوند تا تخلیه قوس و جداسازی ایمن مدار استرینگ‌ها یا باتری‌ها در شرایط کارکرد مداوم تضمین شود.

تفاوت کلید MCB و MCCB در تابلو برق خورشیدی چیست و کجا استفاده می‌شوند؟

کلیدهای مینیاتوری (MCB) معمولاً برای جریان‌های پایین‌تر تا ۶۳ یا ۱۲۵ آمپر و با قدرت قطع بین ۳ تا ۱۰ کیلوآمپر در استرینگ‌های خورشیدی استفاده می‌شوند، در حالی که کلیدهای اتوماتیک کمپکت (MCCB) در مدارهای پرقدرت خورشیدی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی (ESS) دارای قدرت قطع بالاتر از ۲۵ تا ۱۰۰ کیلوآمپر و رله‌های قابل تنظیم هستند.

در تابلوهای ورودی و استرینگ‌های کم‌ظرفیت، استفاده از MCB به دلیل ابعاد کوچک و نصب آسان روی ریل DIN رایج است. اما در خطوط اصلی، بانک‌های باتری سنگین و ورودی‌های پرقدرت، کلیدهای MCCB ترجیح داده می‌شوند زیرا علاوه بر قدرت قطع بالا در برابر جریان‌های اتصال کوتاه شدید، امکان تنظیم دقیق رله‌های حرارتی و مغناطیسی را نیز فراهم می‌کنند. برای بررسی گزینه‌های ذخیره‌سازی و باتری، مطالعه مقاله ارزیابی راندمان باتری‌های لیتیمی و سرب-اسیدی دید جامعی درباره ساختار ذخیره‌سازها ارائه می‌دهد.

فرمول ضریب ایمنی ۱.۲۵ و تاثیر دمای محیط روی سایزینگ کلیدهای DC چیست؟

فرمول پایه محاسبه جریان کلید DC بر اساس ضرب جریان اتصال کوتاه پنل‌ها (Isc) در ضریب ایمنی ۱.۲۵ برای بارهای مداوم است و ولتاژ نامی کلید نیز باید از حداکثر ولتاژ مدار باز استرینگ در سردترین شرایط دمایی (Voc max) بالاتر باشد.

بر طبق ضوابط مهندسی، مدارهای خورشیدی به عنوان بار مداوم شناخته می‌شوند و جریان مبنا برای سایزینگ کلید و کابل DC استرینگ خورشیدی بر اساس جریان اتصال کوتاه Isc پنل‌ها همراه با ضریب ایمنی ۱.۲۵ محاسبه می‌شود. علاوه بر جریان، افت حرارتی و دمای محیط نقش کلیدی در انتخاب تجهیزات دارند. با کاهش دمای محیط در فصل زمستان، ولتاژ مدار باز پنل‌ها افزایش می‌یابد؛ از این رو ولتاژ نامی کلید DC خورشیدی باید حتماً از حداکثر ولتاژ مدار باز استرینگ‌ها در سردترین شرایط دمایی (Voc max) بالاتر انتخاب شود تا از شکست عایقی جلوگیری گردد. برای تحلیل بارهای سنگین صنعتی، مطالعه مقاله محاسبه ظرفیت سیستم ذخیره‌سازی BESS برای بارهای ضربه‌ای صنعتی پیشنهاد می‌شود.

نمونه محاسباتی گام‌به‌گام انتخاب کلید DC خورشیدی

برای درک دقیق نحوه سایزینگ، یک نمونه محاسباتی گام‌به‌گام را با ورودی‌های مشخص بررسی می‌کنیم. فرض کنید یک استرینگ خورشیدی دارای جریان اتصال کوتاه ۱۰ آمپر و حداکثر ولتاژ مدار باز ۵۰۰ ولت در سردترین شرایط دمایی باشد.

گام ۱: محاسبه جریان مبنا با ضریب ایمنی ۱.۲۵ برای بار مداوم ۱۰ × ۱.۲۵ = ۱۲.۵ آمپر

گام ۲: انتخاب جریان نامی استاندارد کلید DC با توجه به جریان محاسبه شده ۱۲.۵ آمپر، جریان نامی کلید مینیاتوری استاندارد برابر با ۱۶ آمپر انتخاب می‌شود.

گام ۳: تعیین ولتاژ نامی کلید DC ولتاژ نامی کلید باید بزرگتر از ولتاژ ۵۰۰ ولت مدار باز باشد، بنابراین کلید با ولتاژ نامی ۶۰۰ ولت DC انتخاب می‌گردد.

گام ۴: تعیین مشخصات قطع و استاندارد تجهیز کلید مینیاتوری DC انتخاب‌شده با جریان نامی ۱۶ آمپر و ولتاژ نامی ۶۰۰ ولت، باید مطابق با استاندارد IEC 60947-2 بوده و دارای قدرت قطع ۱۰ کیلوآمپر باشد.

اگر همین مدار به یک بانک ذخیره‌سازی انرژی بزرگتر متصل باشد، بر اساس ضوابط فوق، استفاده از کلید اتوماتیک کمپکت (MCCB) با قدرت قطع ۲۵ تا ۱۰۰ کیلوآمپر و رله‌های قابل تنظیم الزامی خواهد بود.