Overcurrent Protection with an Electronic Fuse in Solar Power Systems

摘要

Aurinkosähkön merkitys energiantuotannossa on kasvanut viime vuosina merkittävästi. Pyrkimys vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä tulevaisuudessa kasvattanee sen suosiota entisestään. Tämä puolestaan tarkoittaa jakeluverkkoon kytkettävien aurinkosähköjärjestelmien määrän lisääntymistä, sekä järjestelmien tehon kasvamista. Järjestelmien muuttuessa teholtaan suuremmiksi tulee niiden käyttäjien ja asentajien turvallisuuteen, sekä laitteiston suojaamiseen kiinnittää entistä enemmän huomiota.Tämän työn tavoitteena oli tutkia vaihtoehtoista menetelmää nykyiselle PV-sulakkeilla ja sarjadiodeilla toteutettavalle vikavirtasuojaukselle. Aluksi tutkittiin aurinkosähköjärjestelmässä esiintyviä vikatilanteita, joissa vikavirtasuojausta tarvitaan. Aurinkogeneraattorin simulointimallin avulla tarkasteltiin osittaisen varjostumisen ja paneelien oikosulun vaikutusta takavirran muodostumiseen aurinkogeneraattorissa. Todettiin, että käytännössä vain paneeliketjun osittainen tai täydellinen oikosulku mahdollistaa takavirran kulkemisen generaattorissa. Lisäksi tarkasteltiin maavikavirran ja takavirran muodostumista sekä galvaanisesti erotetun että erottamattoman järjestelmän tapauksessa. Työssä keskityttiin PV-sulakkeet ja sarjadiodit korvaavan järjestelmäkohtaisen elektronisen sulakkeen suunnitteluun pienjänniteverkkoon kytkettävään aurinkosähköjärjestelmään. Todettiin, että elektroninen sulake on toteutettavissa rinnakkais- ja sarjakytkimillä, joilla takavirran kulkeminen generaattorissa voidaan estää ja katkaista virtapiiri maavikavirran noustessa turvallisuuden kannalta liian korkeaksi. Elektronisen sulakepiirin toimintaa mallinnettiin lopuksi simulointimallin avulla.