從澳洲光伏直流開關(guān)召回看選擇合適的光伏直流開關(guān)的重要性

AVANCO 品牌光伏直流開關(guān)召回通知 　　越來越多的澳大利亞太陽能公司由于貼牌銷售的光伏直流開關(guān)不合格導致關(guān)門大吉。幾乎所有的澳大利亞經(jīng)銷商都選擇對進口廉價的直流開關(guān)進行貼牌來銷售,一來開關(guān)的貼牌比較容易,僅僅更換名牌和包裝,原廠配合容易;其次這些原廠往往屬于小作坊,沒有什么品牌知名度,規(guī)模小,也愿意配合。 　　一、光伏直流開關(guān)質(zhì)量問題導致多家澳大利亞太陽能公司關(guān)門大吉 　　經(jīng)銷商通過貼上澳洲本地品牌進行銷售能增加廉價直流開關(guān)的附加值。經(jīng)銷商對貼牌后的產(chǎn)品需要承擔后期所有的質(zhì)保服務(wù),對產(chǎn)品的問題承擔一切責任。這樣,一旦產(chǎn)品有質(zhì)量問題,會讓經(jīng)銷商承擔更高的風險,影響自身的品牌影響度,這也是導致這些公司倒閉的主要原因。這些直流開關(guān)主要的問題在于: 　　1.觸點高阻抗引起過熱,甚至起火;2.開關(guān)無法正常關(guān)斷,開關(guān)手柄保持在‘OFF’狀態(tài);3.不完全切斷,引起火花;4.由于容許工作電流太小,容易引起過熱,使開關(guān)滅弧室損壞甚至外形變形。昆士蘭一家公司出售據(jù)檢驗有安全隱患的直流開關(guān),在用戶屋頂?shù)奶柲芟到y(tǒng)上引發(fā)了至少70起火災(zāi),另外還有數(shù)以萬計存在電氣火災(zāi)風險的房主憂心忡忡?？偛吭O(shè)在陽光海岸的Advancetech是一個歷史悠久的公司,他們的座右銘是“嘗試,測試,可信”。 　　2014年5月12日,昆士蘭首席檢察官Jarrod Bleijie下令立即召回由Advancetech公司進口及銷售的27600個太陽能直流開關(guān),該光伏直流開關(guān)在進口時被更名為“Avanco”。2014年5月16日,Advancetech進入破產(chǎn)清算,所有安裝商和二級分銷商不得不自己承擔更換問題產(chǎn)品的費用及風險。這表明,關(guān)鍵不在于你購買了什么而是你向誰購買的東西及其潛在的風險。 　　另外在澳大利亞被召回的品牌還涉及到:GWR PTY LTD Trading as Uniquip Industries公司的直流開關(guān),召回原因是過熱和引起火災(zāi)。 　　NHP Electrical Engineering Product Pty Ltd公司的直流開關(guān),召回原因是當手柄切換到’OFF’狀態(tài),但是觸點始終是’ON’狀態(tài),開關(guān)無法關(guān)斷。 　　DKSH Australia Pty Ltd的PVPower品牌直流開關(guān),召回原因同樣是過熱和引起火災(zāi)。eltechindustries公司的的DC ISO-MAX品牌直流開關(guān),主要原因是由于設(shè)計缺陷導致不完全切斷,甚至產(chǎn)品火弧和過熱。目前市面上也有很多所謂的直流斷路器并不是真正的直流斷路,而是由交流斷路器改良而來。光伏系統(tǒng)一般斷開電壓和電流都比較高,萬一有接地故障,高的短路電流會把觸頭拉到一起,從而造就極高的短路電流,最大可高達千安培(取決于不同產(chǎn)品)。 　　尤其是光伏系統(tǒng)中常見多路電池板并聯(lián)輸入或者多路電池板獨立輸入,這樣就需要同時切斷多路電池板直流并聯(lián)輸入或多路電池板直流獨立輸入,這些場合對直流開關(guān)的滅弧能力要求會更高,這些改良而來的直流斷路器用在光伏系統(tǒng)中會存在很大的風險。  　　交流電的每個周期都有自然過零點,在過零點容易熄弧;而直流電沒有零點,電弧難以熄滅。交流系統(tǒng)滅弧容易,直流系統(tǒng)滅弧比較困難。由于系統(tǒng)不一樣、滅弧的原理不同,因此交流斷路器與直流斷路器在結(jié)構(gòu)和性能上有很大區(qū)別。相對于交流斷路器,直流斷路器需要增加額外的滅弧裝置以增強滅弧能力。 　　任何交流斷路器大部分材料采用一些適用于交流電路的設(shè)計制造,這意味著無論負載的電壓是230伏(交流)還是400伏(交流),它都是50/60赫茲的正弦波。在通斷交流電時,一定要注意電壓的特點是它一定會通過0伏,因此,盡管不同的負載情況有不同,但是電流都會逐漸自行消失—這里指的是即使斷路器在電源峰值的時候開關(guān),且觸頭間有電弧形成,電源電壓減小到0伏的過程也意味著負載的電壓同樣會趨向于零,電弧被滅掉。然而,直流負載電壓總保持恒定,通過觸頭之間的功率總是不變,除非負載變?yōu)榱?。如果負載是500伏(直流),25安培,那么它現(xiàn)在,一秒以后,一分鐘以后,一小時以后都是500伏,25安培—保持恒定。與交流不一樣,所有直流負載在整個關(guān)斷過程中直流開關(guān)觸頭之間的負載是恒定的;直流電不穿越0伏電平,除非有系統(tǒng)電源故障(或其它錯誤)。 　　二、正確選擇直流開關(guān)的幾條標準  　　如何為光伏系統(tǒng)選擇合適的直流開關(guān)呢?以下幾個標準可以作為參考:1.盡量選擇大品牌,尤其是通過國際認證的品牌。光伏直流斷路器主要有歐洲的認證IEC60947-3(歐洲通用標準,亞太大多國家沿用),UL508(美國通用標準),UL508i(針對光伏系統(tǒng)用直流開關(guān)美國標準),GB14048.3(國內(nèi)通用標準),CAN/CSA-C22.2(加拿大通用標準),VDE 0660。 　　目前國際大品牌都具備如上所有的認證,比如英國的IMO和荷蘭的SANTON,國內(nèi)的大多數(shù)品牌目前都只通過了通用性標準IEC 60947-3。 　　2.選擇滅弧功能好的直流斷路器。 　　滅弧效果是考核直流開關(guān)的最重要指標之一。真正的直流斷路器都有專門的滅弧裝置,可以帶載關(guān)斷。一般真正的直流斷路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較特殊,手柄和觸頭沒有直接的連接,所以通斷的時候不是直接旋轉(zhuǎn)觸頭而斷開,而是有特殊的彈簧進行連接,當手柄旋轉(zhuǎn)或者移動到一個特定點時觸發(fā)所有的觸頭“突然斷開”,因而產(chǎn)生一個非常迅速的通斷動作,使電弧時間持續(xù)比較短。 　　一般國際一線品牌的光伏直流開關(guān)的電弧持續(xù)幾個毫秒時間內(nèi)被滅掉,比如IMO的SI系統(tǒng)宣稱是在5個毫秒內(nèi)進行滅弧。而一般交流斷路器改良過來的直流斷路器電弧持續(xù)100毫秒以上。 　　3.耐高電壓和電流。 　　一般光伏系統(tǒng)的電壓可能達到1000V(美國600V),需要斷開的電流根據(jù)組件的品牌和功率、光伏系統(tǒng)連接方式是多串并聯(lián)還是多串獨立連接(多路MPPT)而不同。直流開關(guān)的電壓和電流由需要斷開的光伏陣列的串電壓和并電流決定。光伏直流斷路器在選型時參照如下經(jīng)驗: 　　電壓=NSxVOCx1.15(公式1.1)電流=NPxISCx1.25(公式1.2)其中 　　NS–串聯(lián)電池板的數(shù)量 　　NP–并聯(lián)的電池組數(shù)量VOC–電池板開路電壓ISC–電池板短路電流1.15和1.25是經(jīng)驗系數(shù)一般大品牌的直流開關(guān)都可以斷開1000V的系統(tǒng)直流電壓,甚至設(shè)計斷開1500V的直流輸入。大品牌的直流開關(guān)往往有大功率系列,比如ABB的光伏直流開關(guān)有上百安系列的產(chǎn)品,IMO專注于分布式光伏系統(tǒng)用直流開關(guān),能提供50A,1500V的直流開關(guān)。而一些小廠家一般只能提供16A,25A的直流開關(guān),其技術(shù)和工藝很難生產(chǎn)出大功率的光伏直流開關(guān)。 　　4.產(chǎn)品型號齊全。 　　一般大品牌的直流開關(guān)有多種型號能滿足不同場合需求,有外置的、內(nèi)置的、端子通過串聯(lián)和并聯(lián)滿足多路MPPT輸入的、帶鎖和不帶鎖的、更有滿足多種安裝方式的比如底座安裝(安裝在匯流箱和配電柜中),單孔和面板安裝等。 　　5.材料阻燃和防護等級高。 　　一般直流開關(guān)的外殼、本體材料或者是手柄都是塑料,具有自身的阻燃特性,通常能達到UL94標準。質(zhì)量好的直流開關(guān)的外殼或者本體能滿足UL94V-0標準,而手柄一般達到UL94V-2標準。 　　其次對于內(nèi)置于逆變器內(nèi)部的直流開關(guān),如果外部有手柄可以進行開關(guān),一般要求開關(guān)的防護等級至少滿足整機防護等級的測試要求。目前行業(yè)中應(yīng)用較多的組串型逆變器(一般小于30kW功率等級)一般都滿足IP65的整機防護等級,這就要求內(nèi)置直流開關(guān)和機器安裝時面板的密封性要求比較高。對于外置的直流開關(guān),如果安裝室外,都要求滿足至少IP65的防護等級。 　　三、光伏系統(tǒng)中直流開關(guān)的選型步驟 　　光伏直流開關(guān)的選型一般通過關(guān)鍵參數(shù)初步估算并保證足夠的余量。光伏系統(tǒng)中光伏電池板本身的輸出功率受到天氣、環(huán)境溫度、逆變器功率點跟蹤等影響;其次,光伏逆變器本身有輸入功率的限制和保護,有最大容許輸入電壓,以及電流的限制和保護;最后直流開關(guān)本身的額定關(guān)斷能力和環(huán)境溫度也有關(guān)系。 　　環(huán)境一定的時候電池板(電池陣列)輸出受逆變器直流側(cè)功率跟蹤的影響,隨著電壓的升高,直流開關(guān)通斷電流的能力會下降(熱效應(yīng)影響)。總的來說使用的直流開關(guān)能通斷電池板實際輸出的電壓和電流,天氣、環(huán)境穩(wěn)定、逆變器的功率跟蹤等都需要考慮在內(nèi)。 　　最簡單的方法是選擇的直流開關(guān)(無論外置和內(nèi)置)滿足如上公式1.1和1.2的要求。由于電池板不可能工作在最大短路電壓和開路電流上,所以一般外置的直流開關(guān)使用最大功率點電壓和電流來做參考: 　　電壓=NSxVMPx1.15(公式1.3) 　　電流=NPxIMPx1.25(公式1.4)對于內(nèi)置的直流開關(guān),可能還會受到逆變器本身最大輸入電壓和電流的限制,所 　　以為了合理節(jié)約系統(tǒng)成本,一般依據(jù)直流開關(guān)能通斷電池板實際輸出的電壓和電流,并不高于所選擇使用的逆變器的保護電壓和電流?？偟膩碚f,直流開關(guān)的通斷V-1曲線需要包絡(luò)逆變器允許輸入的直流電壓和電流曲線?？偟膩碚f光伏直流開關(guān)的選擇可以根據(jù)如下幾個步驟: 　　1.確定系統(tǒng)電壓。  　　所選擇的直流開關(guān)允許最大電壓需要能達到光伏系統(tǒng)電壓要求。常見的有600V和1000V。一般接入單相逆變器的系統(tǒng)電壓最高為600V,三相組串型或者電站型逆變器的系統(tǒng)電壓最高為1000V。 　　2.確定獨立電池串的路數(shù)。 　　如果是內(nèi)置的直流開關(guān),由于集成在逆變器內(nèi)部,所以和逆變器獨立的MPPT數(shù)目有關(guān)系。常見的逆變器是單路MPPT,雙路MPPT,市面上也有少數(shù)3路MPPT的并網(wǎng)逆變器。一般逆變器功率等級在1kW~3kW的設(shè)計為單路MPPT;3kW~30kW為雙路MPPT,有少數(shù)公司也有三路MPPT的逆變器;大型逆變器100kW以上一般都是通過匯流箱匯流后輸入一路MPPT。逆變器獨立的MPPT數(shù)目決定了選擇的內(nèi)置直流開關(guān)的獨立通段對數(shù)。 　　如果是外置直流開關(guān),可能和設(shè)計的系統(tǒng)組網(wǎng)有關(guān)系,可以選擇具有通斷多串電池板的外置直流開關(guān)或者選擇只能通斷一串電池板的外置直流開關(guān)。 　　3.確定電池串的電壓和電流。 　　通過電池組串電壓和電流參數(shù),一般保險起見根據(jù)公式1.1和1.2計算,也可以根據(jù)公式1.3和1.4。如果對光伏逆變器的構(gòu)造比較了解,尤其是逆變器廠家在選擇內(nèi)置直流開關(guān)時,為了有效節(jié)約逆變器整機成本,可以通過研究逆變器出入直流電壓電流曲線來選擇,保證所選擇的直流開關(guān)曲線在各種天氣環(huán)境和溫度下都包絡(luò)逆變器輸入的直流開關(guān)和電流曲線。 　　4.分析使用的環(huán)境和安裝方式。 　　根據(jù)使用的環(huán)境確定工作溫度,防護和防火等級,一般品質(zhì)好的直流開關(guān)工作穩(wěn)定可以在-40°到60°。常見的外置直流開關(guān)防護等級為IP65,內(nèi)置直流開關(guān)安裝后保證整機通過IP65。防火等級一般為外殼或者本體材料UL94V-0,手柄UL94V-2。安裝方式有面板安裝,底座安裝,單孔安裝等。 　　5.確定具體型號。 　　如上1~4滿足,接下來需要從所傾向的品牌中選擇具體型號。一般具體型號的規(guī)格是通過電流分段的,完全匹配的直流開關(guān)是很難找到的,一般留有一定的余量來選擇高于理論計算的規(guī)格的直流開關(guān)。常見有16A,25A和32A,有些大廠家會有40A,50A,600V或者1000V額定電壓等級。 　　隨著國內(nèi)光伏政策的明晰,光伏電站新增安裝的逐年增加,尤其是目前分布式光伏系統(tǒng)的啟動,個人住戶屋頂光伏系統(tǒng)的安裝將越來越流行。光伏直流開關(guān)將是這些系統(tǒng)安全性保障的最重要部件,光伏直流開關(guān)的可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)電和收益,直接影響到光伏系統(tǒng)的安全可靠運行,所以選擇合格的光伏直流開關(guān)將至關(guān)重要。 　　目前國內(nèi)市場所謂的光伏直流開關(guān)多是一些交流開關(guān)或其改進產(chǎn)品,不是真正應(yīng)用在光伏系統(tǒng)中的具有安全滅弧、高功率切斷的直流開關(guān)。這些交流開關(guān)的滅弧能力、額定帶載切斷功率都遠遠不夠,容易導致過熱、漏電和火花,嚴重時甚至燒毀掉整個光伏電站。