Разпределителни и стрингови кутии за PV инсталации

• Дизайнът на една фотоволтаична инсталация включва различни типове електрически кутии с разнообразни функции и предназначение
  
  
• Разпределителните и стринговите (комбинаторните) кутии са едни от най-важните елементи на съвременните соларни централи
  
  
• Освен изпълнение на основните си функции е необходимо те да осигуряват адекватна защита на системата и детайлен мониторинг на ключовите й компоненти

В ерата на възобновяемата енергия и в частност на соларните технологии е от все по-съществена важност произведеното от слънчевите панели електричество ефективно, надеждно и безопасно да се преобразува в променливотоково захранване, подходящо за използване от предприятията и домакинствата. Електрическите инсталации в соларните централи имат специфична архитектура и множество специализирани компоненти, които се грижат за безпроблемното изпълнение на тази задача.

Дизайнът на една фотоволтаична инсталация включва различни типове електрически кутии с разнообразни функции и предназначение. В соларните масиви намират приложение разпределителни, съединителни, разклонителни, стрингови или комбинирани/комбинаторни кутии, 

В соларните масиви намират приложение разпределителни, съединителни, разклонителни, стрингови или комбинирани/комбинаторни кутии, а в дадени приложения и т. нар. преходни кутии (pass-through box), които осигуряват бърз, лесен и удобен преход при свързването например на микроинверторен кабел със стандартен многожилен проводник.

Разпределителните и стринговите кутии са едни от най-ключовите по функция типове системи сред изброените и именно на тях ще обърнем по-детайлно внимание в настоящата статия.

Специфики на стринговите кутии

Във фотоволтаичните масиви отделните модули са организирани в последователни низове или стрингове в зависимост от типа на използваните инвертори, общия капацитет, дизайна на системата и конкретните технически характеристики на панелите. Последователното свързване на модулите се осъществява директно, докато успоредното присъединяване на стринговете се постига чрез специални стрингови кутии, които освен свързващите компоненти помещават и устройства за защита срещу пренапрежение, както и разединители. За разлика от разклонителните кутии, които често са универсални и използваните в сегмента на възобновяемата енергия модели практически не се различават от тези в останалите сектори, стринговите кутии са специализирана апаратура, разработена конкретно за потребностите на соларната енергетика.

Комбинаторните кутии служат за целите, заложени в наименованието им, а именно за комбиниране на множеството изводи от свързаните в стринг панели (например до 32, като броят им зависи от спецификациите на инвертора, с ограничение на максималния входящ ток от всеки модул) в един кабелен комплект, който излиза от кутията и влиза в инвертора. Основни елементи на тези системи са високоустойчив корпус, предпазители или прекъсвачи за защита от свръхток и пренапрежение, заземителни клеми, както и съединителни блокове – електрически съединители, използвани за свързване на отделните кабели на соларните панели в една и съща верига, без да се налага да се режат или снаждат проводниците.

Тези кутии формират подсистеми, които могат да бъдат категоризирани според броя на входящите стрингове, напрежението и номиналния ток. На практика те представляват полеви табла за мониторинг на тока на отделните низове и за незабавно диагностициране на потенциални аномалии. Разединителите, с които се оборудват стринговите кутии, също могат да бъдат такива с общо предназначение, но в повечето приложения се използват специално проектирани за фотоволтаични системи версии.

Най-често срещаните типове стрингови кутии на пазара са: предварително окабелени кутии (pre-wired), версии със, без или с двойни стопяеми предпазители (fused, non-fused, dual fised), с прекъсвачи, както и т. нар. мултистрингови (multi-string) кутии.

Предвид екстремните експлоатационни условия при традиционно разположените на открито и в зони с интензивно слънцегреене соларни инсталации корпусите на комбинаторните кутии е необходимо да разполагат с висока механична якост и издръжливост на ултравиолетови лъчения и нагряване, както и с достатъчна степен на защита от навлизане на прах, замърсявания и влага. Обикновено тези системи се изработват от листов метал, различни типове стандартни или уякчени инженерни пластмаси или фибростъкло, като нерядко корпусът на една стрингова кутия е най-скъпият й елемент. В зони с висока влажност кутиите се осигуряват със специални вентилационни отвори.

Предният капак на кутията може да бъде прозрачен или непрозрачен, в зависимост от изискванията на приложението, като в редица сценарии се предпочита първият вариант, тъй като дава възможност за директен поглед към дисплеите на компонентите вътре без необходимост от отваряне.

Предимства, монтаж и специални типове

Основно преимущество на стринговите кутии е, че осигуряват надеждна детекция на различни потенциални рискове и повреди при отделните стрингове преди свързването им с инвертора, което гарантира значително повишена ефективност и безопасност на цялата система. Това се постига чрез детайлен и непрекъснат отдалечен мониторинг в реално време на параметрите на всеки единичен модул. Решенията от този тип са базирани на опростени, но ефикасни методи за идентифициране на разнообразни проблеми във връзка с работата на соларните панели, които позволяват своевременното им локализиране и отстраняване, като операторът на централата може да бъде известен незабавно чрез аларма или нотификация.

Що се отнася до монтажните особености на стринговите кутии, препоръчително е те да се инсталират на места с максимално засенчване при свободностоящите конфигурации или на северна стена при покривните соларни централи. Така се намалява нагряването на разположените вътре в кутията компоненти с цел удължаване на експлоатационния им живот. От значение в този смисъл е и размерът на кутията. При сравнение на две системи с една и съща (по брой и тип на компонентите) окомплектовка по-ефективна и безопасна би била тази с по-голям по размери и вместимост корпус, който осигурява повече въздух и площ за разсейване на топлината и подпомага охлаждането. Компактните дизайни носят различни предимства по посока оптимално оползотворяване на пространството, като е добре те да бъдат снабдявани с вентилационни отвори, които да улесняват извеждането на топлината.

Интересни от конструктивна гледна точка и по отношение на дизайна и концепцията са т. нар. многоизходни комбинаторни кутии, които се налагат в практиката в комбинация с все по-широкото използваните мултистрингови инвертори. При тях защитните устройства и разединителите на множество отделни низове от панели, предназначени за свързване към конкретен инвертор, се обединяват в общо разпределително табло. Мултистринговите инвертори решават по лесен и рентабилен начин системните казуси, възникващи при модули с различен ъгъл на наклон или експозиция, и минимизират проблемите във връзка със систематичното засенчване на части от масива.

На пазара се предлагат и специални разновидности на стринговите кутии, осигурени с усъвършенствани технологии за мониторинг, известни като “string monitoring boxes” или SMB. Те представляват технически подобрени версии на стандартните комбинаторни кутии, които разполагат със специализирани системи за прецизно измерване и наблюдение на температурата, статуса на стопяемите предпазители и защитните устройства, разединителите и т. н.

В допълнение към традиционните модели стрингови кутии производителите в сегмента все по-активно разработват и т. нар. рекомбинаторни системи, специализирани за приложения при изключително големи по площ и брой на панелите и низовете соларни масиви. Те събират вече обединените кабели от стринговите кутии и допълнително ги комбинират, така че да могат по-лесно да бъдат въведени в т. нар. субкомбинатори, които обикновено са предназначени за свързване с централен инвертор.

Функции и особености на разпределителните кутии

Разпределителните кутии са други ключови елементи на съвременните фотоволтаични централи. Те свързват соларните панели към променливотоковата електрическа мрежа. Основна функция на тези системи е да преобразуват постоянния ток, генериран от соларните модули, в променлив, за да бъде използван за захранване или подаван към консуматорите. Разпределителната кутия има и още едно важно предназначение – да осъществява интелигентен контрол на процеса и да управлява функциите за защита и безопасност, както и да извършва мониторинг на консумацията на генерираната от централата електроенергия. Ако произведеното от слънчевите панели електричество надвишава моментните потребности, разпределителната кутия насочва излишъците за съхранение в батерийна система, за да могат да бъдат използвани в тъмната част на денонощието, при заоблачаване или пък при пиково натоварване.

Подобно на стринговите кутии, разпределителните също са оборудвани със специализирани компоненти за защита от пренапрежение, като разполагат и с висока степен на мълниезащита, която да гарантира безпроблемното, сигурно и надеждно функциониране на фотоволтаичната инсталация. Тези системи се предлагат в различни монтажни конфигурации, включително за свободностоящ монтаж на открито или закрито, стенна инсталация, монтаж на стълб и т. н.
Важно изискване както към стринговите, така и към разпределителните кутии е да позволяват широка оперативна съвместимост с различни устройства и системи за управление, мониторинг и мениджмънт на соларната централа.

За да осигурят безопасна работа на компонентите в окомплектовката си и на свързаното соларно оборудване дори при екстремни условия на открито, разпределителните кутии също трябва да бъдат проектирани и произведени със здрави, добре уплътнени и високоустойчиви корпуси, които да са с достатъчно висока степен на механична, UV и IP защита (от порядъка на IP65), за да не допускат навлизането на влага и прах във вътрешността. Обикновено те се изработват от различни типове високоиздръжливи пластмаси, например ABS или поликарбонат, алуминий, неръждаема стомана и т. н.

DC и AC конфигурации

Два основни типа разпределителни кутии са постояннотоковите и променливотоковите (DCDB и ACDB) системи. DC кутиите функционират като междинна връзка между соларните панели и инверторите. Соларните модули преобразуват генерираната енергия в постоянен ток, а разпределителната DC кутия го приема и управлява, като изходната й връзка се явява входна за инвертора. DCDB системите осъществяват и функцията на предпазни звена на системата, като включват в окомплектовката си устройства за защита от пренапрежение, миниатюрни прекъсвачи и стопяеми предпазители. Тяхна задача е да предотвратяват пикове на напрежението и по този начин да защитават стринговете от соларни панели и инверторите от повреди.

В зависимост от натоварването и конкретните изисквания на приложението разпределителните DC кутии, които често биват определяни като “сърцето” на фотоволтаичната система, се предлагат в различни версии и типоразмери. На пазара са налични удобни за персонализиране варианти, подходящи за изпълнение на различни конфигурации според броя на слънчевите панели и стринговете.

За разлика от DCDB, ACDB кутиите получават променливотоково захранване от соларния инвертор и го насочват към променливотоковия товар чрез разпределително табло. В корпусите на разпределителните AC кутии също се помещават устройства за защита от пренапрежение и миниатюрни прекъсвачи за предпазване на инвертора от пикове на напрежението или други повреди. Тези системи се предлагат в широка гама от различни размери, подходящи за разнообразни натоварвания и стойности на капацитета на инвертора. Входът към ACDB кутиите обикновено е изходящ (еднофазен или трифазен) кабел от соларния инвертор, който след това се свързва към прекъсвачите и устройствата за защита от пренапрежение. Изходът от разпределителните AC кутии пък включва набор от изходящи кабели към разпределителното табло.