Tìm hiểu về An toàn Điện mặt trời PV: Quy tắc tuân thủ lưới điện 120

Khi các hệ thống quang điện mặt trời (PV) nhanh chóng thâm nhập vào thị trường dân dụng và thương mại trong cuộc cách mạng năng lượng sạch, hoạt động an toàn và hiệu quả của chúng đòi hỏi sự tuân thủ nghiêm ngặt các quy định. Trong số các tiêu chuẩn này, "quy tắc 120%" của Bộ luật Điện quốc gia (NEC) là một biện pháp bảo vệ quan trọng cho các hệ thống PV được kết nối lưới. Quy định này đại diện cho nhiều hơn một giới hạn kỹ thuật—đó là một khuôn khổ toàn diện cân bằng công suất hệ thống, khả năng của bảng điện và sự ổn định của lưới điện. Bài viết này cung cấp một phân tích chuyên sâu về các nguyên tắc, ứng dụng và chiến lược tuân thủ quy tắc 120% cho các chuyên gia về năng lượng mặt trời.

Quy tắc 120% xuất hiện thông qua sự phát triển của NEC để giải quyết các thách thức hội nhập lưới điện do các hệ thống năng lượng mặt trời đặt ra. Mục tiêu chính của nó là ngăn chặn tình trạng quá tải bảng điện có thể gây ra các mối nguy hiểm về an toàn. Là tiêu chuẩn có thẩm quyền cho các công trình điện ở Hoa Kỳ, các quy định của NEC có trọng lượng pháp lý, khiến việc tuân thủ quy tắc 120% là bắt buộc đối với tất cả các chuyên gia về năng lượng mặt trời.

Nguyên tắc cốt lõi của quy tắc giới hạn việc đưa dòng điện bổ sung từ các hệ thống PV vào các bảng điện. Cụ thể, định mức dòng điện kết hợp của bộ ngắt PV và bộ ngắt chính không được vượt quá 120% dòng điện định mức của thanh cái bảng. Hạn chế này đảm bảo đủ biên độ công suất trong quá trình đầu ra PV cao điểm, ngăn ngừa quá nhiệt, hư hỏng thiết bị hoặc nguy cơ hỏa hoạn.

Mặc dù rất cần thiết cho sự an toàn, quy tắc 120% có thể tạo ra các ràng buộc về công suất. Các chuyên gia có thể xem xét các chiến lược tuân thủ sau:

• Nâng cấp bảng điều khiển: Việc lắp đặt các bảng có công suất cao hơn sẽ làm tăng định mức thanh cái, cho phép các hệ thống PV lớn hơn.
• Quản lý tải: Các hệ thống điều khiển thông minh tối ưu hóa việc phân phối tải, ngăn chặn tình trạng quá tải bộ ngắt chính liên tục.
• Lưu trữ năng lượng: Các hệ thống pin lưu trữ lượng điện PV dư thừa, giảm việc cấp điện trực tiếp vào lưới và giảm căng thẳng cho bảng điều khiển.

Các tấm pin mặt trời, được đánh giá theo công suất đỉnh trong điều kiện tiêu chuẩn, thể hiện hiệu suất thực tế thay đổi, bị ảnh hưởng bởi bức xạ và nhiệt độ. Các tấm pin hiệu suất cao tối đa hóa việc chuyển đổi năng lượng. Bộ biến tần, chuyển đổi điện DC thành AC, thường phải vượt quá tổng công suất của bảng điều khiển 120% để đảm bảo hoạt động ổn định trong mọi điều kiện. Tiêu chí lựa chọn bao gồm hiệu suất chuyển đổi, các tính năng bảo vệ và khả năng tương thích với lưới điện.

Thanh cái—các thành phần dẫn điện của bảng điều khiển—xác định công suất dòng điện an toàn tối đa. Thiết kế hệ thống phải duy trì định mức thanh cái trên tổng tải kết nối với biên độ mở rộng. Đánh giá tải chính xác liên quan đến:

• Lập danh mục tất cả các thiết bị điện có công suất định mức (W)
• Ước tính thời lượng sử dụng hàng ngày (giờ)
• Tính toán mức tiêu thụ hàng ngày (Wh = W × giờ)
• Tổng hợp tổng số để có hồ sơ tải toàn diện

Là các trung tâm phân phối điện, MSP có thể yêu cầu thêm các bộ ngắt để tích hợp PV. Các cân nhắc quan trọng bao gồm:

• Duy trì tuân thủ các định mức dòng điện của đồng hồ
• Đảm bảo tải PV không vượt quá 120% công suất MSP

Các hệ thống PV sử dụng hai phương pháp kết nối:

• Phía đường dây: Kết nối trực tiếp với lưới điện phía trên MSP, phù hợp với các hệ thống lớn hoặc các bảng có giới hạn công suất, yêu cầu các thiết bị ngắt kết nối chuyên dụng.
• Phía tải: Kết nối với các mạch MSP hiện có, cung cấp việc lắp đặt đơn giản hơn nhưng đòi hỏi đủ công suất bảng điều khiển.

Các bộ ngắt mạch và thiết bị quá dòng là các biện pháp bảo vệ quan trọng, tự động ngắt dòng sự cố. Việc định cỡ thích hợp cân bằng hiệu quả bảo vệ với độ tin cậy hoạt động, tuân theo các quy định của NEC và địa phương.

Các biện pháp phòng cháy chữa cháy chính bao gồm:

• Duy trì khoảng trống mép mái để lính cứu hỏa tiếp cận
• Cung cấp các lối đi được chỉ định cho phòng cháy chữa cháy
• Đảm bảo hệ thống nối đất thích hợp
• Sử dụng các thành phần chống cháy

Lập kế hoạch công suất bắt đầu bằng các cuộc kiểm toán năng lượng chi tiết phân tích các mô hình tiêu thụ trong quá khứ và các dự báo tăng trưởng trong tương lai. Giảm công suất hệ thống (thường là hệ số 0,75-0,85) tính đến các yếu tố hiệu suất trong thế giới thực như bám bẩn và các hiệu ứng nhiệt.

Các bảng được thiết kế đặc biệt cung cấp:

• Đủ công suất với khoảng trống mở rộng
• Hệ thống nối đất được tối ưu hóa
• Không gian bộ ngắt chuyên dụng
• Cân bằng tải pha

Tích hợp lưới điện hiệu quả đòi hỏi phải nâng cấp cơ sở hạ tầng và các công nghệ lưới điện thông minh. Đối với các dự án quy mô tiện ích, việc áp dụng quy tắc 120% trở nên phức tạp hơn, đòi hỏi các giải pháp tích hợp tiên tiến và sự hợp tác chặt chẽ với tiện ích.

Trong khi các hệ thống dân dụng tập trung vào việc tối ưu hóa công suất hạn chế theo quy tắc 120%, các công trình thương mại phải đối mặt với những phức tạp bổ sung bao gồm quy mô lớn hơn, nhu cầu điện cao hơn và các yêu cầu pháp lý nghiêm ngặt.

Các giải pháp mới nổi như lưu trữ pin và quản lý tải tiên tiến giúp tăng cường tính linh hoạt của hệ thống. Các tế bào năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo và các hệ thống theo dõi vượt qua các ranh giới hiệu quả, trong khi việc định cỡ và các chiến lược kết nối được tối ưu hóa giúp giảm thiểu tổn thất.

Hỏi: Quy tắc 120% được tính như thế nào? Đáp: Định mức bộ ngắt chính × 1,2 = Định mức bộ ngắt PV tối đa cho phép.

Hỏi: Sự khác biệt giữa quy tắc 120% và 125% là gì? Đáp: Quy tắc 120% điều chỉnh tổng công suất bảng điều khiển, trong khi quy tắc 125% liên quan đến công suất tải mạch liên tục.