Làm thế nào để thiết kế chống sét hệ thống pin mặt trời mái nhà hiệu quả hơn?

Solis: Tiết kiệm chi phí bằng giải pháp công suất cao 1.500 V


Hệ thống PV mái nhà thường được lắp đặt trên tầng thượng của các tòa nhà dân cư, có diện tích bề mặt kim loại lớn, khoảng cách so với mặt đất và vị trí tiếp xúc cao hơn. Do đó, hệ thống PV rất dễ bị sét đánh trong cơn giông. Nếu các tấm năng lượng không được tiếp đất và chống sét tốt thì khả năng bị sét đánh là rất cao, có thể gây cháy nổ, mất an toàn điện, gây thiệt hại về tài sản và tính mạng con người.

Ngành công nghiệp PV đã phát triển và việc thiết kế và xây dựng hệ thống tiêu chuẩn hóa hơn. Tuy nhiên, vẫn còn lo ngại về các yêu cầu chống sét: Toàn bộ thiết kế và cấu tạo của hệ thống trong bài viết này đáp ứng các yêu cầu từ linh kiện, giá đỡ, biến tần, hộp phân phối điện, cáp nối đất. Tại sao thiệt hại do sét đánh vẫn thường xảy ra? Để giải đáp điều này, bài viết sẽ chia sẻ những vấn đề dễ bị bỏ qua trong quá trình lắp đặt và đưa ra phương án bảo vệ hệ thống hiệu quả hơn.

PHẦN 1: Phương án chống sét chung

Sơ đồ 1 - Phương án chống sét tiêu chuẩn (mái nghiêng bên trái và mái bằng bên phải).

Đối với các khu vực có tần số sét tương đối ít, thường áp dụng các phương pháp nối đất nêu trong Sơ đồ 1 mà không cần lắp đặt thêm các cột thu lôi. Nếu một hệ thống được lắp đặt trên mái bằng, hệ thống thường có xu hướng nối đất qua vỏ biến tần hoặc kết nối với hệ thống chống sét hiện có của tòa nhà. Việc chống sét như vậy có khả năng không mang lại hiệu quả đối với các khu vực có xác suất bị sét đánh cao.

PHẦN 2: Giải pháp chống sét nâng cao

Trước khi xem xét khả năng chống sét hiệu quả của hệ thống PV, chúng ta cần tìm hiểu các loại sét đánh thường gặp.

Phân loại sét đánh:

Loại 1: Đánh trực tiếp vào hệ thống khay quang điện, qua vòng DC vào biến tần, được gọi là sét đánh trực tiếp.

Loại 2: Phản ứng tĩnh điện (hoặc cảm ứng điện từ) xảy ra gần ma trận vuông được gọi là sét đánh cảm ứng.

Loại 3: Đánh vào phụ kiện thiết bị dẫn sét, và xâm nhập vào biến tần bằng hệ thống chống sét ẩn, được goi là sét đánh phản xạ.

Đối với hệ thống PV mái nhà, sét đánh loại 1 và loại 2 là phổ biến nhất: Sét đánh trực tiếp và sét đánh cảm ứng. Nếu tài sản nằm trong khu vực dễ bị sét đánh hoặc có các vật thể kim loại cao khác trên nóc nhà, ví dụ như máy sưởi năng lượng mặt trời, bể nước hoặc ăng-ten vệ tinh, khả năng xảy ra hai loại sét đánh này sẽ cao hơn. Giai đoạn thiết kết cần tăng cường và cải thiện khả năng chống sét.

Thiết bị kim loại trên nóc nhà.

Để tăng cường hiệu quả chống sét cho hệ thống mái nhà, ngoài các biện pháp chống sét thông thường, cần lưu ý những điểm sau:

1/ Nếu hệ thống có công suất lớn hoặc nằm trong khu vực có nhiều tia sét thì cần lắp thêm cột thu lôi bên cạnh hệ thống khay năng lượng mặt trời.

2/ Nếu có các thiết bị kim loại khác trên mái nhà, mặt DC của hệ thống PV phải được cách các thiết bị này càng xa càng tốt. Đảm bảo hệ thống PV không tiếp xúc với thiết bị này trong quá trình lắp đặt. Cũng nên lắp đặt một cột thu lôi trên mái nhà.

3/ Giảm diện tích tiết diện dây cáp của hệ thống PV chung để giảm cường độ của sét đánh.

4/ Nên thực hiện giải pháp chống sét riêng cho hệ thống PV và không nên kết nối đơn giản với hệ thống chống sét ban đầu của tòa nhà.

Giải pháp chống sét tăng cường (mái nghiêng/mái bằng).

PHẦN 3: Trường hợp trong thực tế

Dự án này ở quận Phụng Hóa, Trung Quốc. Theo thống kê, số ngày sét đánh trung bình hàng năm của quận này hơn 75 ngày, đây là khu vực dễ xảy ra dông sét. Các tòa nhà dân cư tại chỗ có diện tích mái bằng lớn, tổng công suất lắp đặt là 28 kW, với bộ biến tần GCI-25K-5G, vì vậy hình bên dưới thể hiện hệ thống chống đã được lắp đặt.

Giải pháp chống sét tại chỗ của hệ thống PV.

Ngoài chức năng chống sét tòa nhà cho hệ thống năng lượng mặt trời, chân đế, biến tần và hộp phân phối điện, hệ thống chống sét của dự án còn bổ sung các tính năng an toàn sau theo sơ đồ trên:

1/ Đối với các bộ phận dễ bị hư hại nhất của hệ thống, ví dụ như bộ biến tần, cần đảm bảo rằng cả phần tiếp đất điện (bên trong) và phần tiếp đất vỏ (bên ngoài) được kết nối hiệu quả.

Bảo vệ nối đất cho biến tần.

1/ Đã thêm bốn cột thu lôi bằng thép tròn dài 1,5 m và Φ10 mm ở bốn góc và hàn vào vành đai chống sét của chính tòa nhà để giảm tác động của tia sét trực tiếp lên hệ thống.

Cột thu lôi bổ sung.

2/ Nối đất riêng biệt của hệ thống PV mái nhà: Chọn một vị trí có nền đất dày, đủ ẩm và đào một hố sâu 1,5 m, sau đó sử dụng thép tròn Φ8 (cũng có thể sử dụng thép dẹt 40 * 4 mm hoặc thép tròn Φ10) để làm phần nối đất riêng biệt. Điện trở nối đất là 2,68 Ω và đáp ứng yêu cầu nhỏ hơn 4 Ω.

PHẦN 4: Tóm tắt

Không thể bỏ qua việc chống sét và nối đất của hệ thống PV mái nhà. Do đó, trong quá trình lắp đặt hệ thống, không chỉ phải quan tâm đến công nghệ tiếp đất và chống sét khoa học mà còn phải tăng cường khả năng chống sét của hệ thống theo điều kiện hiện trường.

Tóm lại, hãy dành thời gian xem xét việc chống sét cho hệ thống PV, bởi vì sự cẩn thận và chú ý tỉ mỉ trong giai đoạn thiết kế và lắp đặt có thể tránh được nhiều vấn đề xảy ra sau này. Việc xây dựng hệ thống nối đất và chống sét an toàn và ổn định có thể tránh được hư hỏng hệ thống, thậm chí là thiệt hại về tài sản và con người./.

SOLIS TECHNOLOGIES