เหตุใดการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ทุกครั้งจึงควรมีเครื่องป้องกันไฟกระชากจากแสงอาทิตย์ด้วย

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) ต้องเผชิญกับไฟกระชาก ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายอันมีค่าใช้จ่ายสูงและไฟฟ้าดับ บทความนี้จะอธิบายว่าทำไมการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ทุกครั้งจึงจำเป็นต้องมีเครื่องป้องกันไฟกระชากระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ปกป้องอุปกรณ์ที่สำคัญจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว

1. ก. คืออะไรเครื่องป้องกันไฟกระชากพลังงานแสงอาทิตย์?

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือที่เรียกว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เป็นส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่ป้องกันระบบจากแรงดันไฟฟ้าเกิน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากไม่หยุดหรือดูดซับไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่า แต่จะเลี่ยงหรือปล่อยไฟกระชากเพื่อจำกัดความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าภายในทรัพย์สิน อุปกรณ์เหล่านี้ป้องกันกระแสไฟฟ้าแรงสูงไหลอย่างต่อเนื่องโดยส่งลงดิน

เมื่อไฟกระชากผ่านตัวนำ สายดินจะขัดขวางฉนวนเพื่อให้ไฟกระชากสามารถเดินทางลงสู่พื้นได้ เมื่อระดับแรงดันไฟฟ้ากลับสู่ภาวะปกติ ฉนวนระหว่างตัวนำกับกราวด์ก็จะกลับมาเหมือนเดิม กระแสน้ำที่ไหลลงสู่พื้นแล้วหยุดลง

เครื่องป้องกันไฟกระชากพลังงานแสงอาทิตย์เป็น SPD ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ช่วยปกป้องระบบสุริยะจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวและแรงดันไฟฟ้าเกินถาวรที่เกิดจากข้อบกพร่องในตัวนำหรือความล้มเหลวในหม้อแปลง

แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวเป็นแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นชั่วคราวจนเกินกว่าค่าที่ระบุของเครือข่ายการกระจายมากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์เป็นเวลาหลายรอบ ในแรงดันไฟฟ้าเกินถาวร ระดับแรงดันไฟฟ้าจะยังคงสูงอย่างถาวร

ระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบสมบูรณ์ประกอบด้วยขั้วต่ออากาศ (สายล่อฟ้า) สายดินลง เครื่องป้องกันไฟกระชาก การประสานศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน และระบบสายดิน นี่เป็นแนวป้องกันแรกจากการโจมตีด้วยฟ้าผ่าโดยตรง

2. เหตุใดระบบสุริยะจึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์มีความเสี่ยงต่อไฟกระชาก ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายและส่งผลให้ไฟฟ้าดับชั่วคราว ไฟกระชากอาจเกิดจากปัจจัยภายนอก เช่น ฟ้าผ่า การทำงานผิดปกติภายใน หรือความผันผวนของโครงข่ายไฟฟ้า

การสัมผัสทางกายภาพทำให้ระบบสุริยะมีความเสี่ยง

โดยทั่วไปแผงโซลาร์เซลล์จะถูกติดตั้งในพื้นที่เปิด บนหลังคา หรือในทุ่งกว้างที่อาจต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อม พื้นที่ผิวขนาดใหญ่และตำแหน่งที่เปิดโล่ง เช่น บนหลังคาหรือบนพื้นดินในพื้นที่เปิดโล่ง ทำให้แผงโซลาร์เซลล์มีแนวโน้มที่จะเกิดฟ้าผ่าซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

แม้ว่าแผงโซลาร์เซลล์จะไม่ได้ถูกฟ้าผ่าโดยตรง แต่กิจกรรมฟ้าผ่าในบริเวณใกล้เคียงอาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายซึ่งสร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบที่สำคัญได้ เมื่อฟ้าผ่ากระทบโครงสร้างใกล้เคียง สายสาธารณูปโภค หรือพื้นดิน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นสามารถเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวในการเดินสายไฟของระบบสุริยะได้ ไฟกระชากที่เกิดขึ้นเหล่านี้อาจเคลื่อนที่ตลอดการติดตั้งและทำให้อุปกรณ์เสียหายห่างจากตำแหน่งการโจมตีเดิม

การเดินสายที่กว้างขวางสร้างเส้นทางสำหรับไฟกระชาก

เนื่องจากระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มักจะมีการเดินสายไฟ DC และอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อถึงกัน จึงทำให้มีทางเดินหลายทางสำหรับการแพร่กระจายของกระแสไฟกระชาก เครือข่ายสายไฟที่กว้างขวางสามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำ โดยแนะนำแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวเข้าสู่ระบบ

ทั้งด้าน DC และ AC จำเป็นต้องมีการป้องกัน

ลักษณะพิเศษประการหนึ่งของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์คือทำงานบนวงจรไฟฟ้าทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ ไฟกระชากสามารถเข้ามาทางด้านใดด้านหนึ่งของระบบได้ กลยุทธ์การป้องกันไฟกระชากจากแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิผลจัดการกับทั้งวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อให้ความครอบคลุมที่ครอบคลุม

ฝั่ง DC ประกอบด้วย: โมดูลแสงอาทิตย์ สายไฟแบบสตริง กล่องรวมตัว ตัดการเชื่อมต่อ DC และอินพุตอินเวอร์เตอร์ ฝั่งไฟฟ้ากระแสสลับประกอบด้วย: เอาท์พุตอินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์จำหน่าย หม้อแปลง การเชื่อมต่อสาธารณูปโภค และระบบไฟฟ้าของโรงงาน

การปกป้องเพียงส่วนหนึ่งของระบบอาจทำให้อุปกรณ์สำคัญอื่นๆ เสี่ยงต่อความเสียหาย

การป้องกันไฟกระชากมักถูกมองข้าม

เจ้าของระบบพลังงานแสงอาทิตย์หลายรายมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพของแผง การเลือกอินเวอร์เตอร์ และการคาดการณ์การผลิตพลังงาน การป้องกันทางไฟฟ้ามักถูกมองข้ามไปจนกระทั่งเกิดความล้มเหลวอันมีค่าใช้จ่ายสูง เหตุการณ์ไฟกระชากสามารถเกิดขึ้นโดยไม่คาดคิดและก่อให้เกิดความเสียหายอย่างกว้างขวางต่ออุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งนำไปสู่การหยุดทำงาน ค่าซ่อมแซม และการสูญเสียการผลิตพลังงาน

เหตุการณ์ไฟกระชากอาจส่งผลให้เกิดต้นทุนในการเปลี่ยนอุปกรณ์ ค่าแรง เวลาหยุดทำงานของระบบ การผลิตพลังงานลดลง พลาดโอกาสในการสร้างรายได้ ข้อกำหนดในการบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้น และการเคลมประกัน

นักพัฒนาซอฟต์แวร์บางรายอาจเลือกที่จะไม่รวมอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเพื่อลดต้นทุนเริ่มต้นของโครงการ อย่างไรก็ตาม อาจส่งผลให้ค่าบำรุงรักษาสูงขึ้นหากอุปกรณ์ได้รับความเสียหายจากไฟกระชากและจำเป็นต้องซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่

กรณีทางการเงินสำหรับการป้องกันไฟกระชาก

การลงทุนในการป้องกันไฟกระชากจากแสงอาทิตย์มักจะคิดเป็นสัดส่วนเพียงเล็กน้อยของต้นทุนโครงการทั้งหมด แต่ยังสามารถช่วยป้องกันการสูญเสียที่เกินกว่าต้นทุนของอุปกรณ์ป้องกันได้อย่างมาก สำหรับการติดตั้งเชิงพาณิชย์และระดับสาธารณูปโภค การหยุดทำงานอาจส่งผลให้เกิดการสูญเสียรายได้จำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว การหยุดชะงักในการดำเนินงานเพียงช่วงสั้นๆ อาจส่งผลต่อเป้าหมายการผลิตและประสิทธิภาพทางการเงิน

3. จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อฟ้าผ่ากระทบระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ฟ้าผ่าก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญในการทำลายโซลาร์ฟาร์มทั้งหมดหรือบางส่วน ไม่ว่าจะทันทีจากการถูกโจมตีโดยตรงหรือผ่านความเสียหายจากการเสื่อมถอยจากการถูกโจมตีทางอ้อม

สายฟ้าฟาดโดยตรง

การโจมตีด้วยฟ้าผ่าโดยตรงสามารถผลิตพลังงานจำนวนมหาศาลที่สามารถก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงได้ เมื่อฟ้าผ่ากระทบแผงโซลาร์เซลล์ จะทำให้เกิดกระแสชั่วคราวเหนี่ยวนำภายในวงลวดของระบบ สิ่งนี้นำไปสู่ความล้มเหลวของฉนวน แผง อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์สื่อสาร

เอฟเฟกต์สายฟ้าทางอ้อม

ผลกระทบจากฟ้าผ่าทางอ้อมมักพบบ่อยกว่าและอาจเป็นปัญหาได้ไม่แพ้กัน แรงดันไฟฟ้าเกินอาจส่งผลกระทบต่อการติดตั้งระบบแผงโซลาร์เซลล์ได้หลายวิธี:

• ตั้งแต่การปะทะโดยตรงไปจนถึงระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอกของโครงสร้าง ใกล้กับโครงสร้าง และแม้แต่การติดตั้ง PV เอง

• จากกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากฟ้าผ่ากระจายเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้า

• จากแรงดันไฟฟ้าเกินที่ส่งจากเครือข่ายไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดบรรยากาศ (ฟ้าผ่า) หรือเนื่องจากการปฏิบัติงาน

• จากการแปรผันของสนามไฟฟ้าเนื่องจากฟ้าผ่า

• จากโครงข่าย หากฟ้าผ่ากระทบตัวนำไฟฟ้าแรงดันปานกลางหรือต่ำ

• จากพื้นโลก หากฟ้าผ่ากระทบใกล้กับอินเวอร์เตอร์ของ PV

• จากฝั่ง DC หากฟ้าผ่าโดนโมดูล PV

ความเสียหายต่อส่วนประกอบสำคัญ

หากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ PV ประสบกับไฟกระชากและไม่ได้รับการป้องกันด้วยฟ้าผ่าหรือเครื่องป้องกันไฟกระชาก โรงไฟฟ้าอาจได้รับความเสียหายจากอุปกรณ์ตั้งแต่รูไหม้จากฟ้าผ่าในแผงไปจนถึงการเสื่อมสภาพของโมดูลและอินเวอร์เตอร์ หรือระบบรอง เช่น อุปกรณ์ตรวจสอบและตัวควบคุมตัวติดตาม

ส่วนประกอบเฉพาะที่มีโอกาสเกิดความล้มเหลวสูงสุด ได้แก่ กล่องรวมและ MPPT (อุปกรณ์ติดตามจุดพลังงานสูงสุด) ระบบโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์บางระบบอาจทนต่อความเสียหายทางกายภาพหรือวงจรต่อแผงได้ อย่างไรก็ตาม การควบคุมวงจรและอุปกรณ์กักเก็บพลังงานจะไม่สามารถใช้งานได้ทันทีหลังเกิดฟ้าผ่า

ผลกระทบระยะยาวที่ซ่อนอยู่

แม้ว่าจะไม่มีไฟฟ้าดับในช่วงแรก การติดตั้งยังคงอาจได้รับผลกระทบรองจากความเสียหายของอุปกรณ์ สิ่งเหล่านี้สามารถลดปริมาณพลังงานที่ระบบสามารถสร้างได้ ผลกระทบเหล่านี้บางครั้งอาจเกิดจากความผิดพลาดของอุปกรณ์หรือข้อบกพร่องในการผลิต หากไม่ปรากฏชัดในทันทีว่ามีสาเหตุมาจากไฟกระชาก

หากโมดูล PV เสียหาย จะส่งผลให้สูญเสียกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกจากสายไฟ ความเสียหายที่เกิดกับอินเวอร์เตอร์สามารถตัดหรือจำกัดเอาท์พุตจากส่วนขนาดใหญ่ของการติดตั้ง

ความสำคัญของตำแหน่ง SPD ที่เหมาะสม

ควรติดตั้งเครือข่ายป้องกันไฟกระชากทั่วทั้งเครือข่ายการจ่ายไฟ DC และ AC ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อปกป้องวงจรที่สำคัญ จำนวน SPD โดยรวมที่ต้องการในระบบโซลาร์ PV จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างแผงและอินเวอร์เตอร์

แนวทางการติดตั้งทั่วไปประกอบด้วย:

• ในสายไฟฟ้ากระแสสลับ ควรติดตั้งระบบป้องกันไฟกระชากบนตัวนำไฟฟ้าแต่ละตัวลงดิน

• หากความยาวสายเคเบิลระหว่างแผงโซลาร์เซลล์ต่ำกว่า 10 เมตร ควรติดตั้ง SPD หนึ่งตัวโดยอินเวอร์เตอร์ กล่องรวมหรือใกล้กับแผงโซลาร์เซลล์มากกว่า

• ในการติดตั้งโดยใช้สายเคเบิล DC ยาวกว่า 10 เมตร จะต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเพิ่มเติมที่ปลายสายเคเบิลทั้งอินเวอร์เตอร์และแผงโซลาร์เซลล์

• ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับที่พักอาศัยที่มีไมโครอินเวอร์เตอร์ที่มีสายไฟ DC สั้นแต่สายไฟ AC ยาว ควรติดตั้ง SPD ที่กล่อง Combiner เพื่อป้องกันบ้านจากไฟกระชากชั่วคราว

ควรติดตั้ง SPD บนอินเวอร์เตอร์เพื่อป้องกันอินพุต DC และเอาต์พุต AC โดยมีการต่อสายดินบนสาย DC ทั้งขั้วบวกและขั้วลบ วงจรรวมและควบคุม รวมถึงระบบตรวจสอบและติดตาม ควรได้รับการปกป้องเพื่อป้องกันการรบกวนการไหลของกระแสไฟฟ้าและการสูญเสียข้อมูล

4. สรุป

การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ทุกครั้งควรมีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจากแสงอาทิตย์ ระบบสุริยะต้องเผชิญกับไฟกระชากจากฟ้าผ่า ความผันผวนของโครงข่ายไฟฟ้า และการทำงานผิดปกติภายใน

เหตุการณ์ไฟกระชากสามารถสร้างความเสียหายให้กับอินเวอร์เตอร์ แผง กล่องรวม อุปกรณ์ตรวจสอบ และอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน ความเสียหายอาจส่งผลให้เกิดต้นทุนในการเปลี่ยนอุปกรณ์ เวลาหยุดทำงานของระบบ การผลิตพลังงานลดลง และสูญเสียรายได้

แม้ว่าจะไม่เห็นความเสียหายในทันที แต่ไฟกระชากอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพที่ซ่อนอยู่ซึ่งจะลดกำลังขับลงเมื่อเวลาผ่านไป ผลกระทบเหล่านี้มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นข้อบกพร่องในการผลิต

การป้องกันไฟกระชากจากแสงอาทิตย์ไม่ใช่ทางเลือก แต่เป็นสิ่งจำเป็น การติดตั้ง SPD ทั้งด้าน DC และ AC ของระบบโดยมีการต่อสายดินอย่างเหมาะสม จะช่วยปกป้องอุปกรณ์ที่สำคัญและรักษาการผลิตพลังงานที่เชื่อถือได้

การป้องกันไฟกระชากเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นในการติดตั้งระบบไฟฟ้า แต่ไม่สามารถแทนที่ระบบป้องกันฟ้าผ่าที่เหมาะสมได้ ระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบสมบูรณ์ซึ่งรวมถึงเทอร์มินัลทางอากาศ ตัวนำลง เครื่องป้องกันไฟกระชาก การต่อประสานศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน และระบบสายดินเป็นแนวแรกในการป้องกันฟ้าผ่าโดยตรง

YRO มุ่งมั่นที่จะจัดหาอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เชื่อถือได้สำหรับการติดตั้งไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ เพื่อการป้องกันที่เหมาะสมที่สุด โปรดศึกษากฎระเบียบท้องถิ่น โปรดดูข้อกำหนดเฉพาะของผู้ผลิต และทำงานร่วมกับส่วนประกอบที่ได้รับการรับรอง

การเลือกระบบป้องกันไฟกระชากที่เหมาะสมจะช่วยปกป้องการลงทุนด้านพลังงานแสงอาทิตย์ของคุณ ช่วยป้องกันความเสียหายที่มีราคาแพงและรับประกันการผลิตพลังงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาว