Cầu chì năng lượng mặt trời (cầu chì quang điện): Các thành phần cốt lõi và cấu tạo được giải thích | EssFuse

Cầu chì năng lượng mặt trời cũng là cầu chì quang điện: Được cấu tạo từ các thành phần sau:

Cầu chì năng lượng mặt trời, được biết đến rộng rãi với tên gọi cầu chì quang điện (PV), Cầu chì quang điện là các linh kiện bảo vệ quá dòng được thiết kế chuyên dụng cho hệ thống điện mặt trời DC. Không giống như cầu chì AC thông thường, cầu chì quang điện phải dập tắt hồ quang điện DC một cách đáng tin cậy, chịu được sự dao động nhiệt độ ngoài trời rộng và đáp ứng các tiêu chuẩn IEC 60269-6 gPV nghiêm ngặt cho các điều kiện lỗi cụ thể của năng lượng mặt trời, bao gồm dòng điện ngược chuỗi và sự cố ngắn mạch trong hộp kết hợp PV. Nhiều người lắp đặt và thiết kế hệ thống thường bỏ qua thực tế rằng hiệu suất dập tắt lỗi ổn định của cầu chì năng lượng mặt trời đến trực tiếp từ cấu trúc bên trong nhiều bộ phận chính xác của chúng. Dưới đây, chúng tôi sẽ phân tích từng thành phần cốt lõi của cầu chì quang điện tiêu chuẩn và phần cứng hỗ trợ, giải thích về lựa chọn vật liệu, mục đích chức năng và lý do tại sao cầu chì thông thường không thể thay thế cầu chì năng lượng mặt trời gPV được chứng nhận trong các mảng năng lượng mặt trời.

Các thành phần cốt lõi bên trong cầu chì quang điện.

Cầu chì là một cụm linh kiện dạng hộp có thể thay thế, thực hiện chức năng ngắt dòng điện quá tải. Nó bao gồm năm bộ phận cơ bản hoạt động cùng nhau trong điều kiện điện áp DC cao.

1. Bộ phận cầu chì (Cầu chì dạng thanh / Dây cầu chì)

Bộ phận cầu chì là trái tim chức năng của bất kỳ cầu chì năng lượng mặt trời nào. Được chế tạo từ lá/dải bạc hoặc hợp kim bạc có độ tinh khiết cao với tiết diện được hiệu chỉnh chính xác, bộ phận dẫn điện này mang dòng điện hoạt động bình thường liên tục mà không bị quá nhiệt. Khi dòng điện quá tải hoặc ngắn mạch chạy qua bộ phận này, năng lượng nhiệt I²R làm tăng nhiệt độ nhanh chóng cho đến khi kim loại tan chảy và bay hơi, tạo ra một khe hở vật lý bên trong hộp để ngắt mạch.
Đối với cầu chì quang điện gPV, hình dạng phần tử được thiết kế cẩn thận để đáp ứng cả dòng ngắn mạch lớn và dòng sự cố ngược tương đối thấp từ các chuỗi PV mắc song song — một yêu cầu quan trọng mà các cầu chì đa năng gG thông thường không thể đáp ứng. Vật liệu bạc mang lại hiệu suất chống lão hóa ổn định lâu dài ngay cả dưới sự thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ thường gặp trong các hệ thống năng lượng mặt trời ngoài trời.

2. Chất độn hồ quang tôi cát tinh khiết cao

Bao quanh phần tử cầu chì bên trong ống gốm là cát thạch anh tinh khiết cao đã được xử lý hóa học (cát silica SiO₂). Vật liệu dạng hạt này là đặc điểm quan trọng nhất giúp dập tắt hồ quang điện một chiều một cách an toàn. Khi phần tử cầu chì bốc hơi trong quá trình sự cố, một hồ quang điện một chiều dẫn điện sẽ hình thành trên khe hở kim loại bị đứt. Vì dòng điện một chiều không có điểm giao nhau bằng không tự nhiên như mạch điện xoay chiều, nên hồ quang điện một chiều có thể duy trì và gây ra thiệt hại nghiêm trọng nếu không được dập tắt ngay lập tức.
Cát thạch anh hấp thụ năng lượng nhiệt hồ quang khổng lồ, tan chảy cục bộ thành vật liệu fulgurite giống thủy tinh cách điện, và làm tắc nghẽn và dập tắt hồ quang DC trong vòng mili giây. Kích thước hạt, độ tinh khiết và mật độ nén của cát thạch anh được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình sản xuất để đảm bảo khả năng ngắt mạch định mức (thường là 20kA-50kA đối với cầu chì PV DC 1000V-1500V thông dụng).

3. Thân cầu chì gốm cường độ cao (ống cầu chì)

Vỏ ngoài chính được làm bằng gốm alumina cao hoặc sứ steatit. Thân gốm này đảm nhiệm ba chức năng cốt lõi:
1. Khả năng cách điện tuyệt vời cho hoạt động ở điện áp DC cao (600 V, 1000 V hoặc 1500 V DC);
2. Hệ thống ngăn chặn cơ học khí nóng áp suất cao và plasma sinh ra trong quá trình ngắt hồ quang để ngăn ngừa vỡ vỏ thiết bị;
3. Độ cứng vững của kết cấu để chống lại rung động ngoài trời, chu kỳ nhiệt và va đập cơ học trong quá trình vận chuyển và vận hành thực địa.
Tất cả các thông số điện áp, dòng điện, loại sử dụng. gPV, Thông tin về khả năng chịu tải và các ký hiệu tiêu chuẩn được in hoặc dập nổi trên bề mặt ngoài của gốm để kỹ thuật viên lắp đặt năng lượng mặt trời có thể nhận biết nhanh chóng tại chỗ.

4. Nắp bịt đầu bằng kim loại và các khớp nối tiếp xúc bên trong

Các nắp bịt đầu bằng đồng thau hoặc hợp kim đồng được ép chặt hoặc hàn điểm vào cả hai đầu hở của ống gốm. Các nắp bịt đầu có hai vai trò chính: chuyển tiếp điện đáng tin cậy giữa phần tử cầu chì bên trong và các tiếp điểm lò xo của giá đỡ cầu chì bên ngoài, cộng với việc làm kín cơ học để giữ cho chất độn thạch anh được niêm phong bên trong thân hộp. Một số mẫu cầu chì quang điện tích hợp các chân chỉ báo bị đứt cầu chì trực quan bên trong các nắp bịt đầu, cho phép nhân viên hiện trường nhanh chóng xác nhận tình trạng cầu chì bị đứt mà không cần tháo rời phần cứng hộp kết hợp.
Các mối hàn điểm giữa phần tử cầu chì bạc và nắp chụp bằng đồng giúp kiểm soát điện trở tiếp xúc đủ thấp để tránh hiện tượng quá nhiệt bất thường trong quá trình vận hành liên tục dưới dòng điện định mức của chuỗi PV. Các điểm hàn kém chất lượng sẽ tạo ra các điểm nóng và gây ra hiện tượng nổ sớm không mong muốn trong các nhà máy điện mặt trời thực tế.

5. Cơ chế báo hiệu thổi (tùy chọn)

Nhiều cầu chì quang điện tầm trung đến cao cấp bao gồm một chốt chỉ báo nhỏ có lò xo. Khi phần tử cầu chì tan chảy trong điều kiện sự cố, lò xo sẽ đẩy chốt chỉ báo ra ngoài, cung cấp phản hồi trực quan rõ ràng thông qua cửa sổ kiểm tra của hộp cầu chì tương ứng. Điều này giúp giảm thời gian khắc phục sự cố bảo trì trong các hệ thống hộp kết nối trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn. Cầu chì PV có trang bị chỉ báo được khuyến nghị mạnh mẽ cho các dự án quang điện thương mại và quy mô tiện ích.

Phụ kiện phần cứng bên ngoài tương thích: Giá đỡ cầu chì PV (Bộ đế cầu chì)

Một bộ bảo vệ quang điện hoàn chỉnh không chỉ bao gồm mỗi cầu chì; mà còn cần một giá đỡ cầu chì PV đạt chuẩn DC được lựa chọn phù hợp. Các thành phần chính của giá đỡ cầu chì:
1.Kẹp tiếp xúc hợp kim đồng có lò xoÁp dụng lực tiếp xúc ổn định lên các đầu chụp cầu chì, giảm thiểu điện trở tiếp xúc và nguy cơ quá nhiệt;
2..Nhà cách nhiệt: Nhựa kỹ thuật chịu nhiệt độ cao, có thể lắp đặt trên thanh ray DIN hoặc lắp đặt dạng tấm bên trong hộp kết hợp PV;
3.Đầu nối cáp kiểu vítĐược thiết kế cho hệ thống dây cáp DC năng lượng mặt trời;
4.Cửa sổ kiểm tra trực quan: Dùng để quan sát trạng thái của đèn báo cầu chì bị cháy;
5.Khóa an toàn cửa cuốn (tùy chọn)Giúp ngăn ngừa việc người dùng vô tình chạm vào các bộ phận dẫn điện trong quá trình thay thế cầu chì, nâng cao an toàn cho người vận hành tại công trường.
Lưu ý quan trọng: Giá đỡ cầu chì phải phù hợp chính xác với điện áp DC định mức của cầu chì đã lắp đặt. Việc sử dụng giá đỡ chỉ dành cho dòng điện xoay chiều với cầu chì quang điện sẽ tạo ra những nguy hiểm tiềm ẩn nghiêm trọng về an toàn trong các mạch điện DC năng lượng mặt trời.

Cách thức hoạt động phối hợp của tất cả các thành phần trong các sự cố xảy ra

1.Giai đoạn hoạt động bình thườngDòng điện một chiều an toàn của chuỗi PV chạy qua các nắp chụp đầu → phần tử cầu chì bạc → các nắp chụp đầu đối diện. Nhiệt lượng sinh ra do tổn hao I²-R của phần tử được tản vào cát thạch anh và vỏ gốm, duy trì trạng thái cân bằng nhiệt ổn định mà không làm tan chảy phần tử.
2.Giai đoạn lỗi quá dòng / ngắn mạchDòng điện cao bất thường làm tăng nhiệt độ của linh kiện nhanh chóng; dải cầu chì bạc tan chảy và bốc hơi, tạo ra hồ quang điện một chiều năng lượng cao bên trong khoang chứa đầy cát thạch anh.
3.Giai đoạn dập tắt hồ quangCát thạch anh hấp thụ năng lượng nhiệt của hồ quang, tạo thành các lớp rắn cách điện, ngăn chặn và dập tắt hồ quang DC dai dẳng trong vòng vài mili giây. Mạch điện sẽ bị hở vĩnh viễn để bảo vệ các tấm pin mặt trời, dây dẫn và thiết bị biến tần. Cầu chì bị đứt cần được thay thế thủ công sau khi đã loại bỏ nguyên nhân gây ra sự cố.

Vì sao chất lượng linh kiện lại quan trọng đối với hệ thống quang điện

Cầu chì quang điện gPV tiêu chuẩn tuân theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 60269-6. Việc sử dụng các loại cầu chì thay thế không được chứng nhận (cầu chì gG đã được sửa đổi, cầu chì giá rẻ với chất độn có độ tinh khiết thấp hoặc các phần tử hợp kim bạc kém chất lượng) dẫn đến các chế độ hỏng hóc nguy hiểm: không dập tắt được hồ quang DC, vỏ bị nổ, hiện tượng nổ không cần thiết dưới dòng điện bình thường của chuỗi, hoặc không thể loại bỏ các lỗi dòng điện ngược có cường độ thấp từ các chuỗi năng lượng mặt trời mắc song song.
EssFuse cầu chì năng lượng mặt trời quang điện Sử dụng các phần tử nung chảy bạc có độ tinh khiết cao, cát thạch anh được xử lý hóa học bằng phương pháp làm nguội hồ quang và thân gốm alumina cao, tuân thủ phân loại gPV IEC 60269-6, hỗ trợ các kịch bản bảo vệ hệ thống quang điện 1000 V DC và 1500 V DC cho các ứng dụng hộp kết hợp trên mái nhà dân dụng, mái nhà thương mại và trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Cầu chì AC thông thường có thể dùng làm cầu chì cho hệ thống quang điện mặt trời không?
A: Không. Các cầu chì loại AC thông thường thiếu cấu trúc dập tắt hồ quang DC tối ưu và đặc tính dòng điện theo thời gian cụ thể cho gPV cần thiết để xử lý dòng điện sự cố ngược chiều trong chuỗi PV, do đó chúng không thể đảm bảo ngắt mạch an toàn trong điều kiện sự cố hệ thống năng lượng mặt trời DC điện áp cao.
Hỏi: Sự khác biệt giữa cầu chì nối và giá đỡ cầu chì là gì?
A: Cầu chì liên kết là hộp chứa vật tư tiêu hao, sẽ tan chảy và đứt khi xảy ra sự cố. Giá đỡ cầu chì là phần cứng đế gắn cố định được lắp đặt bên trong hộp nối, có thể tái sử dụng sau khi thay thế cầu chì liên kết bị cháy. Cả hai bộ phận phải có điện áp DC định mức phù hợp cho ứng dụng quang điện.
Hỏi: Điều gì sẽ xảy ra nếu chất độn cát thạch anh bên trong cầu chì năng lượng mặt trời có thành phần hạt kém chất lượng?
A: Chất độn thạch anh kém chất lượng làm giảm khả năng dập tắt hồ quang. Trong điều kiện sự cố ngắn mạch, hồ quang DC không thể được dập tắt kịp thời, có thể dẫn đến vỡ vỏ cầu chì, khói hoặc nguy cơ cháy bên trong hộp ghép nối PV.

Lời bế mạc

Mọi thành phần bên trong cầu chì quang điện mặt trời Được tối ưu hóa cho những thách thức đặc thù của việc phát điện mặt trời dòng điện một chiều. Hiểu rõ cấu tạo bên trong của cầu chì giúp các kỹ sư EPC, người lắp đặt năng lượng mặt trời và nhân viên thu mua đưa ra quyết định lựa chọn linh kiện sáng suốt cho các dự án năng lượng mặt trời. Khi lựa chọn thiết bị bảo vệ quang điện, hãy luôn kiểm tra phân loại gPV, tuân thủ tiêu chuẩn IEC 60269-6, điện áp DC định mức và các thông số về khả năng ngắt mạch.
Nếu bạn muốn tìm hiểu đầy đủ các dòng cầu chì quang điện và giá đỡ cầu chì phù hợp của EssFuse cho các yêu cầu thiết kế dự án năng lượng mặt trời của mình, hãy xem trang của chúng tôi. Bộ sưu tập sản phẩm PV-fuse.