วิธีป้องกันระบบพลังงานแสงอาทิตย์ของคุณจากฟ้าผ่า

ฟ้าผ่าเป็นสาเหตุทั่วไปของความล้มเหลวในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) และระบบไฟฟ้าจากลม ไฟกระชากที่สร้างความเสียหายสามารถเกิดขึ้นได้จากฟ้าผ่าที่โจมตีระยะไกลจากระบบ หรือแม้กระทั่งระหว่างก้อนเมฆ แต่ความเสียหายจากฟ้าผ่าส่วนใหญ่สามารถป้องกันได้ ต่อไปนี้คือเทคนิคบางส่วนที่คุ้มค่าที่สุดซึ่งเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปของผู้ติดตั้งระบบไฟฟ้า โดยอิงจากประสบการณ์หลายทศวรรษ ปฏิบัติตามคำแนะนำนี้ และคุณมีโอกาสที่ดีที่จะหลีกเลี่ยงความเสียหายจากฟ้าผ่าต่อระบบพลังงานหมุนเวียน (RE) ของคุณ

ได้รับการต่อสายดิน

การต่อสายดินเป็นเทคนิคพื้นฐานที่สุดในการป้องกันความเสียหายจากฟ้าผ่า คุณไม่สามารถหยุดไฟกระชากฟ้าผ่าได้ แต่คุณสามารถกำหนดเส้นทางให้ฟ้าผ่าลงดินได้โดยตรง ซึ่งจะเลี่ยงอุปกรณ์อันมีค่าของคุณ และปล่อยไฟกระชากลงสู่พื้นโลกได้อย่างปลอดภัย ทางเดินไฟฟ้าลงดินจะปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตที่สะสมอยู่ในโครงสร้างเหนือพื้นดินอย่างต่อเนื่อง บ่อยครั้งสิ่งนี้จะป้องกันการดึงดูดของฟ้าผ่าตั้งแต่แรก

อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าและอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากได้รับการออกแบบมาเพื่อปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยการดูดซับไฟกระชาก อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถทดแทนการต่อสายดินที่ดีได้ ทำงานร่วมกับการต่อสายดินที่มีประสิทธิภาพเท่านั้น ระบบสายดินเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานการเดินสายไฟของคุณ ติดตั้งก่อนหรือขณะติดตั้งสายไฟ มิฉะนั้น เมื่อระบบทำงาน องค์ประกอบที่สำคัญนี้อาจไม่ถูกทำเครื่องหมายในรายการ "สิ่งที่ต้องทำ"

ขั้นตอนที่หนึ่งในการต่อลงดินคือการสร้างเส้นทางระบายลงสู่พื้นโดยการเชื่อม (เชื่อมต่อถึงกัน) ส่วนประกอบโครงสร้างโลหะทั้งหมดและเปลือกหุ้มไฟฟ้า เช่น กรอบโมดูล PV ชั้นวางสำหรับติดตั้ง และหอกำเนิดพลังงานลม รหัสไฟฟ้าแห่งชาติ (NEC) มาตรา 250 และมาตรา 690.41 ถึง 690.47 ระบุขนาด วัสดุ และเทคนิคของสายไฟที่สอดคล้องกับรหัส หลีกเลี่ยงการโค้งงออย่างแหลมคมในสายกราวด์ เนื่องจากกระแสไฟกระชากสูงไม่ชอบการเลี้ยวมุมที่คับแคบและสามารถข้ามไปยังสายไฟในบริเวณใกล้เคียงได้อย่างง่ายดาย ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการยึดลวดทองแดงเข้ากับองค์ประกอบโครงสร้างอะลูมิเนียม (โดยเฉพาะเฟรมโมดูล PV) ใช้ขั้วต่อที่มีป้ายกำกับ “AL/CU” และตัวยึดสแตนเลส ซึ่งช่วยลดโอกาสที่จะเกิดการกัดกร่อน สายกราวด์ของทั้งวงจร DC และ AC จะเชื่อมต่อกับระบบกราวด์นี้ด้วย (โปรดดูบทความ Code Corner เกี่ยวกับการต่อสายดินอาร์เรย์ PV ใน HP102 และ HP103 สำหรับคำแนะนำเพิ่มเติม)

แท่งกราวด์

จุดอ่อนที่สุดของการติดตั้งจำนวนมากคือการเชื่อมต่อกับพื้นโลก ท้ายที่สุดแล้ว คุณไม่สามารถแค่ผูกสายไฟเข้ากับโลกได้! แต่คุณจะต้องฝังหรือตอกแท่งโลหะที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและไม่กัดกร่อน (โดยทั่วไปคือทองแดง) ลงในดิน และตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นที่ผิวส่วนใหญ่สัมผัสกับดินที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (ซึ่งหมายถึงความชื้น) ด้วยวิธีนี้ เมื่อไฟฟ้าสถิตหรือไฟกระชากลงมา อิเล็กตรอนสามารถระบายลงดินโดยมีความต้านทานน้อยที่สุด

ในทำนองเดียวกันกับวิธีที่สนามระบายน้ำกระจายน้ำ การต่อสายดินทำหน้าที่กระจายอิเล็กตรอน ถ้าท่อระบายน้ำระบายลงดินได้ไม่เพียงพอ ก็จะมีการสำรองข้อมูลเกิดขึ้น เมื่ออิเล็กตรอนสำรอง พวกมันจะกระโดดข้ามช่องว่าง (ก่อตัวเป็นอาร์คไฟฟ้า) ไปยังสายไฟของคุณ ผ่านอุปกรณ์ของคุณ จากนั้นจึงลงกราวด์เท่านั้น

เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ให้ติดตั้งแท่งกราวด์ชุบทองแดงยาว 8 ฟุต (2.4 ม.) 5/8 นิ้ว (16 มม.) อย่างน้อยหนึ่งแท่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในดินชื้น โดยทั่วไปแล้วก้านเดียวไม่เพียงพอ โดยเฉพาะในดินแห้ง ในพื้นที่ที่พื้นดินแห้งมาก ให้ติดตั้งแท่งหลายอัน โดยเว้นระยะห่างกันอย่างน้อย 6 ฟุต (3 ม.) แล้วต่อเข้าด้วยกันด้วยลวดทองแดงเปลือยที่ฝังไว้ อีกวิธีหนึ่งคือการฝังลวดทองแดงเปลือย #6 (13 มม.2), #8 สองเส้น (8 มม.2) หรือลวดทองแดงเปลือยขนาดใหญ่กว่านั้นไว้ในร่องลึกอย่างน้อย 100 ฟุต (30 ม.) (สายกราวด์ทองแดงเปลือยสามารถเดินตามด้านล่างของคูน้ำที่บรรทุกน้ำ ท่อระบายน้ำทิ้ง หรือสายไฟอื่นๆ ได้) หรือตัดสายดินครึ่งหนึ่งแล้วกางออกเป็นสองทิศทาง เชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งของสายไฟที่ฝังไว้เข้ากับระบบสายดิน

พยายามกำหนดเส้นทางส่วนหนึ่งของระบบไปยังพื้นที่เปียก เช่น บริเวณที่มีท่อระบายน้ำบนหลังคาหรือบริเวณที่จะรดน้ำต้นไม้ หากมีบ่อเหล็กอยู่ใกล้ๆ คุณสามารถใช้เป็นกราวด์ได้ (ทำการต่อด้วยสลักเข้ากับตัวเรือนอย่างแน่นหนา)

ในสภาพอากาศชื้น ส่วนท้ายคอนกรีตของแผงติดตั้งบนพื้นดินหรือเสา หรือหอกำเนิดพลังงานลม หรือแท่งกราวด์ที่หุ้มด้วยคอนกรีตจะไม่สามารถทำการต่อลงดินในอุดมคติได้ ในสถานที่เหล่านี้ คอนกรีตมักจะนำไฟฟ้าได้น้อยกว่าดินชื้นที่อยู่รอบๆ ฐานราก ในกรณีนี้ ให้ติดตั้งสายกราวด์บนพื้นคอนกรีตที่ฐานของอาร์เรย์ หรือที่ฐานของหอกำเนิดลมและที่พุกลวดแต่ละจุด จากนั้นเชื่อมต่อทั้งหมดเข้าด้วยกันด้วยลวดเปลือยที่ฝังไว้

ในสภาพอากาศที่แห้งหรือแห้งแล้ง มักจะตรงกันข้าม ฐานคอนกรีตอาจมีความชื้นสูงกว่าดินโดยรอบ และให้โอกาสที่ประหยัดในการต่อลงดิน หากจะฝังเหล็กเส้นยาว 20 ฟุต (หรือนานกว่านั้น) ลงในคอนกรีต เหล็กเส้นนั้นก็สามารถทำหน้าที่เป็นคันดินได้ (หมายเหตุ: จะต้องวางแผนก่อนที่จะเทคอนกรีต) วิธีการลงกราวด์นี้เป็นเรื่องปกติในสถานที่แห้ง และมีอธิบายไว้ใน NEC มาตรา 250.52 (A3) “อิเล็กโทรดที่ห่อหุ้มคอนกรีต”

หากคุณไม่แน่ใจถึงวิธีการต่อสายดินที่ดีที่สุดสำหรับตำแหน่งของคุณ ให้พูดคุยกับผู้ตรวจสอบไฟฟ้าในระหว่างขั้นตอนการออกแบบระบบของคุณ คุณไม่สามารถต่อสายดินมากเกินไปได้ ในที่แห้ง ให้ใช้ทุกโอกาสในการติดตั้งสายกราวด์สำรอง ลวดฝัง ฯลฯ เพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อน ให้ใช้เฉพาะฮาร์ดแวร์ที่ได้รับอนุมัติเท่านั้นในการเชื่อมต่อกับสายกราวด์ ใช้สลักเกลียวแยกทองแดงเพื่อประกบสายกราวด์ได้อย่างน่าเชื่อถือ

วงจรไฟฟ้ากราวด์

สำหรับการเดินสายไฟในอาคาร NEC กำหนดให้ด้านใดด้านหนึ่งของระบบไฟฟ้ากระแสตรงต้องเชื่อมต่อหรือ "ต่อเชื่อม" กับกราวด์ ส่วนไฟฟ้ากระแสสลับของระบบดังกล่าวจะต้องต่อสายดินในลักษณะปกติของระบบที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายใดๆ (นี่เป็นเรื่องจริงในสหรัฐอเมริกา ในประเทศอื่นๆ วงจรไฟฟ้าแบบไม่มีกราวด์ถือเป็นบรรทัดฐาน) การต่อสายดินของระบบไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบบ้านสมัยใหม่ในสหรัฐอเมริกา จำเป็นอย่างยิ่งที่ค่าลบ DC และค่าความเป็นกลางของ AC จะต้องเชื่อมสัมพันธ์กับกราวด์ที่จุดเดียวในระบบที่เกี่ยวข้อง และทั้งสองจุดไปยังจุดเดียวกันในระบบกราวด์ ทำได้ที่แผงจ่ายไฟส่วนกลาง

ผู้ผลิตระบบแยกเดี่ยวสำหรับจุดประสงค์เดียวบางระบบ (เช่น ปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์และตัวส่งสัญญาณวิทยุ) แนะนำว่าอย่าต่อสายดินวงจรไฟฟ้า ดูคำแนะนำของผู้ผลิตสำหรับคำแนะนำเฉพาะ

การเดินสายไฟแบบอาร์เรย์และเทคนิค "คู่บิด"

การเดินสายแบบอาร์เรย์ควรใช้ลวดที่มีความยาวขั้นต่ำซึ่งซุกไว้ในโครงโลหะ สายไฟบวกและลบควรมีความยาวเท่ากัน และนำมาต่อกันทุกครั้งที่เป็นไปได้ วิธีนี้จะลดการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไประหว่างตัวนำ ท่อโลหะ (ต่อสายดิน) ยังเพิ่มชั้นการป้องกันอีกด้วย ฝังสายไฟกลางแจ้งที่ยาวแทนการวางไว้เหนือศีรษะ สายไฟที่มีความยาว 100 ฟุต (30 ม.) ขึ้นไปนั้นเปรียบเสมือนเสาอากาศ ซึ่งสามารถรับไฟกระชากได้แม้จะเกิดจากฟ้าผ่าในเมฆก็ตาม ไฟกระชากที่คล้ายกันยังคงสามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าสายไฟจะถูกฝังอยู่ก็ตาม แต่ผู้ติดตั้งส่วนใหญ่เห็นพ้องกันว่าการเดินสายส่งแบบฝังยังจำกัดความเป็นไปได้ที่จะเกิดความเสียหายจากฟ้าผ่าอีกด้วย

กลยุทธ์ง่ายๆ ในการลดความไวต่อไฟกระชากคือเทคนิค "คู่บิด" ซึ่งจะช่วยปรับสมดุลและยกเลิกแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำระหว่างตัวนำสองตัวขึ้นไป การค้นหาสายไฟที่เหมาะสมที่บิดเกลียวอยู่แล้วอาจเป็นเรื่องยาก ดังนั้น สิ่งที่ต้องทำคือ: วางสายไฟคู่หนึ่งไว้บนพื้น สอดแท่งไม้ระหว่างสายไฟแล้วบิดเข้าด้วยกัน ทุกๆ 30 ฟุต (10 ม.) ให้สลับทิศทาง (วิธีนี้ง่ายกว่าการพยายามบิดระยะทางทั้งหมดไปในทิศทางเดียวมาก) บางครั้งสามารถใช้สว่านไฟฟ้าเพื่อบิดสายไฟได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับขนาดของสายไฟ เพียงยึดปลายสายไฟเข้ากับหัวจับสว่านแล้วปล่อยให้สว่านบิดสายเคเบิลเข้าด้วยกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เจาะด้วยความเร็วต่ำสุดที่เป็นไปได้หากคุณลองใช้เทคนิคนี้

สายดินไม่จำเป็นต้องบิดกับสายไฟ สำหรับการฝังศพ ให้ใช้ลวดทองแดงเปลือย หากคุณใช้ท่อร้อยสาย ให้เดินสายดินด้านนอกท่อร้อยสายไฟ การสัมผัสสายดินเพิ่มเติมจะปรับปรุงการต่อลงดินของระบบ

ใช้สายคู่บิดเกลียวสำหรับสายสื่อสารหรือสายควบคุม (เช่น สายสวิตช์ลูกลอยสำหรับปิดปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์เต็มถัง) สายเกจที่มีขนาดเล็กกว่านี้มีจำหน่ายในรูปแบบสายเคเบิลแบบบิดเกลียวล่วงหน้า แบบหลายสาย หรือแบบคู่เดียว คุณยังสามารถซื้อสายเคเบิลตีเกลียวคู่แบบหุ้มฉนวน ซึ่งมีฟอยล์โลหะล้อมรอบสายไฟบิด และโดยทั่วไปแล้วจะเป็นสาย "เดรน" เปลือยเปล่าที่แยกจากกันเช่นกัน กราวด์ชีลด์สายเคเบิลและสายเดรนที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้น เพื่อลดความเป็นไปได้ในการสร้างกราวด์กราวด์ (เส้นทางลงกราวด์ตรงน้อยลง) ในสายไฟ

การป้องกันฟ้าผ่าเพิ่มเติม

นอกเหนือจากมาตรการการต่อสายดินที่ครอบคลุมแล้ว ยังแนะนำให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบพิเศษและสายล่อฟ้า (อาจเป็น) สำหรับไซต์ที่มีเงื่อนไขใด ๆ ต่อไปนี้:
• สถานที่โดดเดี่ยวบนพื้นที่สูงในบริเวณที่มีฟ้าผ่ารุนแรง
• ดินแห้ง เป็นหิน หรือเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ไม่ดี
• สายไฟยาวกว่า 100 ฟุต (30 ม.)

เครื่องป้องกันฟ้าผ่า

ตัวป้องกันฟ้าผ่า (ไฟกระชาก) ได้รับการออกแบบมาเพื่อดูดซับแรงดันไฟกระชากที่เกิดจากพายุไฟฟ้า (หรือไฟฟ้าสาธารณูปโภคนอกข้อกำหนด) และปล่อยให้ไฟกระชากเลี่ยงสายไฟและอุปกรณ์ของคุณได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ปลายทั้งสองด้านของการเดินสายไฟยาวซึ่งเชื่อมต่อกับส่วนใดๆ ของระบบของคุณ รวมถึงสายไฟ AC จากอินเวอร์เตอร์ด้วย Arrestors ถูกสร้างขึ้นมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าต่างๆ สำหรับทั้ง AC และ DC ต้องแน่ใจว่าใช้ตัวจับที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานของคุณ ผู้ติดตั้งระบบจำนวนมากใช้เครื่องป้องกันไฟกระชาก Delta เป็นประจำ ซึ่งมีราคาไม่แพงและให้การป้องกันในกรณีที่เกิดฟ้าผ่าในระดับปานกลาง แต่อุปกรณ์เหล่านี้ไม่อยู่ในรายการ UL อีกต่อไป

ตัวจับ PolyPhaser และ Transtector เป็นผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงสำหรับสถานที่เสี่ยงต่อฟ้าผ่าและการติดตั้งขนาดใหญ่ หน่วยที่ทนทานเหล่านี้ให้การป้องกันที่แข็งแกร่งและความเข้ากันได้กับแรงดันไฟฟ้าของระบบที่หลากหลาย อุปกรณ์บางตัวมีตัวบ่งชี้เพื่อแสดงโหมดความล้มเหลว

สายล่อฟ้า

“สายล่อฟ้า” คืออุปกรณ์ปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตซึ่งติดตั้งไว้เหนืออาคารและแผงโซลาร์เซลล์และเชื่อมต่อกับพื้นดิน มีไว้เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตและไอออไนเซชันในบรรยากาศโดยรอบในที่สุด พวกเขาสามารถช่วยป้องกันการโจมตีและสามารถเป็นเส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้าที่สูงมากลงกราวด์ได้หากเกิดการปะทะ อุปกรณ์สมัยใหม่มีรูปทรงแหลม มักมีหลายจุด

โดยทั่วไปแล้วแท่งไฟจะใช้เฉพาะในสถานที่ที่เกิดพายุไฟฟ้ารุนแรงเท่านั้น หากคุณคิดว่าไซต์ของคุณจัดอยู่ในหมวดหมู่นี้ ให้จ้างผู้รับเหมาที่มีประสบการณ์ด้านการป้องกันฟ้าผ่า หากผู้ติดตั้งระบบของคุณไม่ผ่านการรับรอง ให้พิจารณาปรึกษาผู้เชี่ยวชาญด้านการป้องกันฟ้าผ่าก่อนที่จะติดตั้งระบบ หากเป็นไปได้ ให้เลือกผู้ติดตั้ง PV ที่ได้รับการรับรองจากคณะกรรมการผู้ปฏิบัติงานพลังงานที่ผ่านการรับรอง (NABCEP) ของอเมริกาเหนือ (ดูการเข้าถึง) แม้ว่าการรับรองนี้ไม่ได้เฉพาะเจาะจงสำหรับการป้องกันฟ้าผ่า แต่ก็สามารถบ่งชี้ระดับความสามารถโดยรวมของผู้ติดตั้งได้

นอกสายตา ไม่ใช่นอกใจ

งานป้องกันฟ้าผ่าจำนวนมากถูกฝังและไม่อยู่ในสายตา เพื่อช่วยให้แน่ใจว่าจะดำเนินการได้อย่างถูกต้อง ให้เขียนสัญญาดังกล่าวลงในสัญญาของคุณกับผู้ติดตั้งระบบ ช่างไฟฟ้า รถขุด ช่างประปา ช่างเจาะบ่อ หรือใครก็ตามที่ทำงานดินซึ่งจะมีระบบสายดินของคุณ