斷(duan)路(lu)器(qi)經(jing)常(chang)是(shi)太(tai)陽(yang)能(neng)係(xi)統(tong)的(de)交(jiao)流(liu)側(ce)電(dian)路(lu)首(shou)選(xuan)的(de)保(bao)護(hu)方(fang)案(an)，而(er)在(zai)直(zhi)流(liu)側(ce)使(shi)用(yong)相(xiang)同(tong)的(de)斷(duan)路(lu)器(qi)也(ye)可(ke)能(neng)非(fei)常(chang)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)。雖(sui)然(ran)斷(duan)路(lu)器(qi)方(fang)案(an)一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)非(fei)常(chang)方(fang)便(bian)
，但(dan)並(bing)不(bu)總(zong)是(shi)最(zui)佳(jia)方(fang)法(fa)。設(she)計(ji)師(shi)必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)判(pan)斷(duan)太(tai)陽(yang)能(neng)係(xi)統(tong)直(zhi)流(liu)側(ce)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)是(shi)否(fou)是(shi)根(gen)據(ju)相(xiang)關(guan)光(guang)伏(fu)標(biao)準(zhun)設(she)計(ji)的(de)，並(bing)已(yi)經(jing)得(de)到(dao)了(le)美(mei)國(guo)保(bao)險(xian)商(shang)實(shi)驗(yan)室(shi)(Underwriters Laboratories)(UL)或VDE等外部機構的標準測試和認證，從而確信器件能夠在發生故障事件時正常動作。對電路保護器件來說中斷直流電壓比中斷等效RMS交流電壓困難得多。這裏的根本原因是：交流電壓在每個電壓周期上有兩次到達零電壓點，這是影響電路保護器件安全中斷電壓並隔離故障電路的關鍵因素。

 

鑒(jian)於(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)光(guang)伏(fu)電(dian)池(chi)板(ban)產(chan)生(sheng)的(de)是(shi)直(zhi)流(liu)電(dian)能(neng)，因(yin)此(ci)對(dui)光(guang)伏(fu)電(dian)池(chi)板(ban)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)給(gei)定(ding)光(guang)能(neng)來(lai)說(shuo)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)是(shi)穩(wen)定(ding)的(de)。由(you)於(yu)存(cun)在(zai)高(gao)電(dian)壓(ya)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)
，典(dian)型(xing)的(de)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)很(hen)難(nan)在(zai)太(tai)陽(yang)能(neng)係(xi)統(tong)中(zhong)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)的(de)各(ge)種(zhong)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)中(zhong)可(ke)靠(kao)地(di)中(zhong)斷(duan)電(dian)路(lu)。在(zai)最(zui)壞(huai)情(qing)況(kuang)下(xia)
，不(bu)是(shi)為(wei)直(zhi)流(liu)光(guang)伏(fu)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)和(he)認(ren)證(zheng)的(de)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)可(ke)能(neng)突(tu)然(ran)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，並(bing)造(zao)成(cheng)設(she)備(bei)損(sun)壞(huai)、起火甚至可以傷害人身安全。然而最常見的問題是
，在典型的光伏係統過流條件下器件的工作速度不夠快。

 

例如在某個電池串中，短路電流(ISC)可能不比正常電流大許多。典型的太陽能電池串在正常工作時的輸出電流可能是4.2A，它的前向ISC約為4.5A。當與小型450VDC 10kW係統中的其它電池串組合在一起時，要求正常尺寸的10A過流保護器件(OCPD)在電池串故障事件發生時中斷的短路電流大約是20A。這些高直流電壓、低過載條件在設計高成本效益的OCPD時是一個艱巨的挑戰，因為這些OCPD需要在適當的電壓、電流和濕度範圍內中斷電路。

 

基於上述這些理由，最常見的第一道防線是熔絲形式的OCPD(圖3)。天生是無源器件的熔絲在成本上要低於具有相同性能特征的斷路器。這些光伏係統熔絲和它們的測試在UL標準2579(用於光伏係統的低壓熔絲)和IEC標準60269-6中有描述。這些熔絲標準是與光伏電池板標準UL 1703和IEC60129以及逆變器標準UL1741和IEC61727配套製定的。

 

圖1：帶熔絲和其它走線器件的典型電池串彙流箱框圖

 

根據具體應用和係統設計，直流電池串電壓一般在300V至1000V範圍內，但在連接電網的係統中也有可能高達1500VDC。因此必須為彙流箱選擇合適的熔絲、斷開器、走線器件等。另外，UL和IEC標準對這些應用中使用的OCPD有特殊的性能要求。

 

當OCPD是熔絲時，它必須能夠保護在短路電流額定值工作的光伏源電路，並且在電路發生故障時也能保護光伏源電路。NEC文章將故障電流定義為光伏電流ISC的125%加上與正常電流方向相反的任何反向或反饋電流。

 

一般來說
，故障期間的反向電流源可能來自受影響陣列中的其它電池串的後饋電流(IBACKFEED)

，見圖4。可以近似用Isc x (n-1)公式計算出來，其中n等於受影響陣列中的電池串數量。UL1703和IEC60129定義了光伏電池測試規範
，確保在等於或小於Istring fuse x 135%的後饋電流持續2個小時的情況下電池板不會發生危險的過熱狀況。UL光伏熔絲標準後來將光伏熔絲開路特性定義為不超過Istring fuse x 135%的電流持續1個小時。這樣就能在使用帶UL熔絲的UL或IEC電池板時保證正確協調工作。

 

圖2：由於故障造成的反饋電流

 

 

太tai陽yang能neng係xi統tong涉she及ji相xiang對dui較jiao新xin的de技ji術shu
，因yin此ci光guang伏fu係xi統tong設she計ji師shi在zai開kai發fa不bu同tong類lei型xing的de電dian氣qi和he電dian子zi係xi統tong方fang麵mian通tong常chang都dou擁yong有you豐feng富fu的de經jing驗yan。舉ju例li來lai說shuo，現xian在zai生sheng產chan小xiao型xing太tai陽yang能neng逆ni變bian器qi的de公gong司si以yi前qian可ke能neng主zhu要yao是shi製zhi造zao電dian源yuan轉zhuan換huan或huoUPS係統的。在這個新的位置
，這些新的光伏係統設計師可能要求設計連接電網的1MW直(zhi)流(liu)規(gui)模(mo)的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)路(lu)。與(yu)開(kai)發(fa)其(qi)它(ta)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)甚(shen)至(zhi)大(da)功(gong)率(lv)交(jiao)流(liu)應(ying)用(yong)時(shi)製(zhi)定(ding)的(de)相(xiang)同(tong)任(ren)務(wu)相(xiang)比(bi)
，為(wei)這(zhe)些(xie)高(gao)壓(ya)太(tai)陽(yang)能(neng)應(ying)用(yong)設(she)計(ji)電(dian)路(lu)和(he)指(zhi)定(ding)元(yuan)件(jian)有(you)很(hen)大(da)的(de)不(bu)同(tong)。

 

 

大多數電路設計師將電路保護器件的標簽額定值自然等同於造成該器件開路的負載電流值。然而
，在設計用於中斷直流電壓、高(gao)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)或(huo)提(ti)供(gong)極(ji)端(duan)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)極(ji)限(xian)值(zhi)的(de)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)中(zhong)
，情(qing)況(kuang)並(bing)不(bu)總(zong)是(shi)這(zhe)樣(yang)。由(you)於(yu)中(zhong)斷(duan)高(gao)能(neng)量(liang)故(gu)障(zhang)特(te)別(bie)具(ju)有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)
，電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)設(she)計(ji)師(shi)經(jing)常(chang)不(bu)得(de)不(bu)犧(xi)牲(sheng)低(di)過(guo)載(zai)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)。在(zai)需(xu)要(yao)這(zhe)類(lei)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)的(de)大(da)多(duo)數(shu)應(ying)用(yong)中(zhong)，如(ru)UPS係統或可變頻率驅動器(VFD)，這是一種可接受的折衷方法，因為UPS或VFD係統使用微處理器或固態型控製電路來檢測和中斷這些低過載電流。在太陽能光伏係統中的數十、數百或數千結點上使用這類低過載保護電路在成本上是非常不經濟的
，因此設計師都使用單獨的OCPD。

 

隻要OCPD被設計和認證為全範圍熔絲
，這就是一種完全可接受的設計。全範圍熔絲被定義為設計用於中斷UL標示額定值110%與IEC及標示最大中斷額定值113%之間電流的任何熔絲。對UL來說這包括了所有列出的熔絲和一些公認的熔絲。在使用公認熔絲時必須十分小心
，要確保這種熔絲也是一種全範圍熔絲。對IEC來說這包括了所有特征名稱以“g”開頭的熔絲(如gPV和gR)。對直流光伏電路保護來說，特征名稱以“a”開頭的熔絲是不可接受的

，不應該使用。

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為(wei)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)路(lu)選(xuan)擇(ze)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)就(jiu)是(shi)設(she)計(ji)師(shi)可(ke)能(neng)遇(yu)到(dao)麻(ma)煩(fan)的(de)一(yi)個(ge)地(di)方(fang)。這(zhe)些(xie)電(dian)路(lu)可(ke)能(neng)用(yong)於(yu)種(zhong)類(lei)廣(guang)泛(fan)的(de)係(xi)統(tong)，範(fan)圍(wei)可(ke)能(neng)從(cong)住(zhu)宅(zhai)級(ji)應(ying)用(yong)到(dao)大(da)型(xing)工(gong)業(ye)設(she)施(shi)甚(shen)至(zhi)連(lian)接(jie)電(dian)網(wang)的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)工(gong)場(chang)。在(zai)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)中(zhong)，有(you)許(xu)多(duo)位(wei)置(zhi)都(dou)需(xu)要(yao)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)(圖1)。許xu多duo應ying用yong筆bi記ji為wei用yong於yu監jian視shi和he控kong製zhi的de交jiao流liu電dian源yuan與yu數shu字zi通tong信xin係xi統tong提ti供gong了le電dian路lu保bao護hu器qi件jian選xuan擇ze指zhi南nan。這zhe些xie領ling域yu已yi經jing超chao出chu了le本ben文wen討tao論lun的de範fan圍wei。本ben文wen主zhu要yao討tao論lun太tai陽yang能neng係xi統tong的de直zhi流liu側ce電dian路lu設she計ji
，電dian路lu設she計ji師shi在zai這zhe裏li更geng可ke能neng遇yu到dao意yi料liao之zhi外wai的de問wen題ti。

 

圖3：太陽能係統中需要使用電路保護器件的地方

 

在(zai)典(dian)型(xing)的(de)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)，各(ge)個(ge)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)或(huo)模(mo)塊(kuai)通(tong)過(guo)串(chuan)聯(lian)來(lai)提(ti)高(gao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)
，並(bing)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)。許(xu)多(duo)電(dian)池(chi)串(chuan)需(xu)要(yao)並(bing)聯(lian)使(shi)用(yong)以(yi)獲(huo)得(de)要(yao)求(qiu)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)和(he)最(zui)終(zhong)功(gong)率(lv)。根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)規(gui)模(mo)和(he)設(she)計(ji)細(xi)節(jie)，並(bing)聯(lian)電(dian)池(chi)串(chuan)可(ke)以(yi)在(zai)電(dian)池(chi)串(chuan)彙(hui)流(liu)箱(xiang)中(zhong)實(shi)現(xian)連(lian)接(jie)，而(er)電(dian)池(chi)串(chuan)彙(hui)流(liu)箱(xiang)則(ze)在(zai)陣(zhen)列(lie)彙(hui)流(liu)箱(xiang)中(zhong)實(shi)現(xian)並(bing)聯(lian)，然(ran)後(hou)再(zai)連(lian)到(dao)逆(ni)變(bian)器(qi)(圖2)。

 

圖4：典型的太陽能電子係統

 

在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)
，多(duo)個(ge)電(dian)池(chi)串(chuan)和(he)陣(zhen)列(lie)是(shi)在(zai)可(ke)操(cao)作(zuo)的(de)位(wei)置(zhi)使(shi)用(yong)彙(hui)流(liu)箱(xiang)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)的(de)。這(zhe)些(xie)公(gong)共(gong)連(lian)接(jie)點(dian)有(you)助(zhu)於(yu)簡(jian)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)裝(zhuang)配(pei)和(he)維(wei)護(hu)。不(bu)管(guan)在(zai)哪(na)裏(li)使(shi)用(yong)，都(dou)有(you)必(bi)要(yao)對(dui)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，判(pan)斷(duan)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)能(neng)故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)(即短路電流)
，並與元器件的過流能力進行比較，然後再安裝合適的電路保護器件，防止光伏模塊
、斷開器、連線和走線設備受到損壞。

 

 

除了太陽能電池板與電池串保護器件的重要協調和全範圍保護要求外

，UL和IEC標準還涉及太陽能光伏係統的其它獨特電氣特性，例如不同環境條件和高層電流循環等。

 

太陽能係統經常工作在惡劣的室外環境中
，其溫度條件可能導致熱衝擊現象發生。像UL2579和IEC60269-6中強製要求執行的溫度循環測試有助於確保不會發生與熔絲工作有關的顯著溫度漂移(老化特性或其它性能漂移)。針對溫度循環測試的UL和IEC要求將進一步限製太陽能係統中可以使用的熔絲。

 

太陽能係統使用高電壓高效地傳送能量，這樣的設計要求與120V或240V設計有本質區別。在設計太陽能係統的保護電路和其它單元時，需要將魯棒性、長壽命性能要求謹記在心。雖然對消費電子設備中的直流電源來說5年壽命是可以接受的，但對太陽能係統來說是完全不可接受的，因為太陽能係統的期望壽命通常長達25年。記住電子器件要在室外工作，暴露在高低溫環境中，還可能經受附近雷擊造成的ESD浪湧。因此選擇具有魯棒性的元件——從電路板走線到彙流條到機械單元——非常重要。外殼應該既堅固又能防水。浪湧抑製器件應安裝在合適的電路位置。

 

gongchengshijingchangchengshouzhetigonggaoxingjiabishejideyali
，danzaiguangfuxitongkaifazhongzoujiejingjiyidaozhiwentifasheng。julilaishuo，zaiguangfuxitonghuiliuxiangneishiyongduanluqihebingduankaiqiheOCPD功(gong)能(neng)似(si)乎(hu)很(hen)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)，但(dan)使(shi)用(yong)正(zheng)確(que)認(ren)證(zheng)的(de)器(qi)件(jian)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)非(fei)最(zui)優(you)的(de)成(cheng)本(ben)結(jie)構(gou)，而(er)使(shi)用(yong)便(bian)宜(yi)的(de)器(qi)件(jian)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)安(an)全(quan)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題(ti)。在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)
，在(zai)需(xu)要(yao)時(shi)熔(rong)絲(si)、rongsijiajuheduliduankaiqidechengbenjiangjuyoujiaodidechushichengben
，weihuchengbenyejiaodi。weilequebaozhengchanggongzuobingbimianpohuaizhizaoshangdexinyu，xuduoduanluqizhizaoshangyaoqiuduitamendechanpinjinxingnianduceshihezhongxinxiaozhun。duanluqibixutuichufuwu

，jinxinglengque，ranhougenjuzhizaoshangzhilingjinxingzhongxinxiaozhun。zhezhongnianduweihuyaoqiuzengjialexiangdangdadefeiyong、難度和安全危害。