วิธีปกป้องระบบพลังงานแสงอาทิตย์ของคุณจากฟ้าผ่า

ฟ้าผ่าเป็นสาเหตุทั่วไปของความล้มเหลวในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) และระบบไฟฟ้าลม ฟ้าผ่าที่ตกในระยะไกลจากระบบหรือแม้กระทั่งระหว่างก้อนเมฆอาจทำให้เกิดไฟกระชากได้ แต่ความเสียหายจากฟ้าผ่าส่วนใหญ่สามารถป้องกันได้ ต่อไปนี้เป็นเทคนิคที่คุ้มต้นทุนที่สุดบางส่วนที่ผู้ติดตั้งระบบไฟฟ้ายอมรับโดยทั่วไป โดยอ้างอิงจากประสบการณ์หลายสิบปี ปฏิบัติตามคำแนะนำเหล่านี้ แล้วคุณจะมีโอกาสหลีกเลี่ยงความเสียหายจากฟ้าผ่าต่อระบบพลังงานหมุนเวียน (RE) ของคุณได้มาก

ลงหลักปักฐาน

การต่อลงดินเป็นเทคนิคพื้นฐานที่สุดในการป้องกันความเสียหายจากฟ้าผ่า คุณไม่สามารถหยุดไฟกระชากจากฟ้าผ่าได้ แต่คุณสามารถวางเส้นทางตรงลงดินเพื่อเลี่ยงอุปกรณ์มีค่าของคุณ และปล่อยไฟกระชากลงสู่พื้นดินอย่างปลอดภัย เส้นทางไฟฟ้าลงดินจะปล่อยไฟฟ้าสถิตย์ที่สะสมอยู่ในโครงสร้างเหนือพื้นดินอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมักจะช่วยป้องกันการดึงดูดของฟ้าผ่าได้ตั้งแต่แรก

อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าและอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยดูดซับไฟกระชาก อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถทดแทนการต่อสายดินที่ดีได้ อุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานร่วมกับการต่อสายดินที่มีประสิทธิภาพเท่านั้น ระบบสายดินเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานด้านสายไฟของคุณ ควรติดตั้งก่อนหรือระหว่างติดตั้งสายไฟ มิฉะนั้น เมื่อระบบทำงานแล้ว ส่วนประกอบที่สำคัญนี้อาจไม่ถูกทำเครื่องหมายในรายการ "สิ่งที่ต้องทำ"

ขั้นตอนแรกในการต่อสายดินคือการสร้างเส้นทางการระบายลงดินโดยการยึด (เชื่อมต่อ) ส่วนประกอบโครงสร้างโลหะและกล่องหุ้มไฟฟ้าทั้งหมด เช่น โครงโมดูล PV ชั้นวาง และเสาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานลม ประมวลกฎหมายไฟฟ้าแห่งชาติ (NEC) มาตรา 250 และมาตรา 690.41 ถึง 690.47 กำหนดขนาด วัสดุ และเทคนิคของสายไฟที่เป็นไปตามมาตรฐาน หลีกเลี่ยงการต่อสายดินให้โค้งงออย่างรุนแรง เนื่องจากไฟกระชากที่มีกระแสไฟฟ้าสูงมักไม่เลี้ยวในมุมแคบ และสามารถกระโดดไปที่สายไฟที่อยู่ใกล้เคียงได้ง่าย ควรใส่ใจเป็นพิเศษกับการต่อสายทองแดงเข้ากับส่วนประกอบโครงสร้างอลูมิเนียม (โดยเฉพาะโครงโมดูล PV) ใช้ขั้วต่อที่มีฉลากว่า “AL/CU” และตัวยึดสแตนเลส ซึ่งจะช่วยลดโอกาสเกิดการกัดกร่อน สายดินของทั้งวงจร DC และ AC จะเชื่อมต่อกับระบบต่อสายดินนี้ด้วย (โปรดดูบทความของ Code Corner เกี่ยวกับการต่อสายดินของอาร์เรย์ PV ใน HP102 และ HP103 สำหรับคำแนะนำเพิ่มเติม)

แท่งกราวด์

จุดอ่อนที่สุดของการติดตั้งหลายๆ อย่างคือการเชื่อมต่อกับพื้นดิน เพราะคุณไม่สามารถยึดสายไฟเข้ากับพื้นดินได้! แทนที่จะทำแบบนั้น คุณต้องฝังหรือตอกแท่งโลหะที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อไฟฟ้าและไม่กัดกร่อน (โดยทั่วไปคือทองแดง) ลงในพื้นดิน และตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวของแท่งโลหะส่วนใหญ่จะสัมผัสกับดินที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อไฟฟ้า (ซึ่งหมายถึงดินที่ชื้น) วิธีนี้ เมื่อเกิดไฟฟ้าสถิตหรือไฟกระชากลงมาตามสาย อิเล็กตรอนจะไหลลงสู่พื้นดินโดยมีความต้านทานน้อยที่สุด

ในลักษณะเดียวกับที่ท่อระบายน้ำระบายน้ำ การต่อลงดินจะทำหน้าที่กระจายอิเล็กตรอน หากท่อระบายน้ำไม่ระบายน้ำลงดินอย่างเพียงพอ จะเกิดการสำรองไฟฟ้า เมื่ออิเล็กตรอนย้อนกลับ อิเล็กตรอนจะกระโดดข้ามช่องว่าง (ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร) ไปยังสายไฟ ผ่านอุปกรณ์ของคุณ และลงดินในภายหลัง

เพื่อป้องกันปัญหานี้ ให้ติดตั้งแท่งดินชุบทองแดงยาว 8 ฟุต (2.4 ม.) ขนาด 5/8 นิ้ว (16 มม.) หนึ่งแท่งขึ้นไป โดยควรติดตั้งในดินที่ชื้น แท่งดินแท่งเดียวมักไม่เพียงพอ โดยเฉพาะในดินที่แห้ง ในพื้นที่ที่ดินแห้งมาก ให้ติดตั้งแท่งดินหลายแท่ง โดยเว้นระยะห่างกันอย่างน้อย 6 ฟุต (3 ม.) และเชื่อมต่อเข้าด้วยกันด้วยสายทองแดงเปลือยที่ฝังไว้ วิธีอื่นคือฝังสายทองแดงเปลือยเบอร์ 6 (13 มม.2) เบอร์ 8 สองตัว (8 มม.2) หรือใหญ่กว่าในร่องที่มีความยาวอย่างน้อย 100 ฟุต (30 ม.) (สายดินทองแดงเปลือยสามารถวางตามก้นร่องที่ส่งน้ำหรือท่อระบายน้ำ หรือสายไฟอื่นๆ ได้) หรือตัดสายดินครึ่งหนึ่งแล้วแผ่ออกไปในสองทิศทาง เชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งของสายดินที่ฝังไว้แต่ละเส้นเข้ากับระบบสายดิน

พยายามวางระบบบางส่วนไว้ในบริเวณที่มีความชื้น เช่น บริเวณที่ระบายน้ำบนหลังคาหรือบริเวณที่รดน้ำต้นไม้ หากมีปลอกบ่อน้ำเหล็กอยู่ใกล้ๆ คุณสามารถใช้ปลอกนั้นต่อลงดินได้ (ต่อเข้ากับปลอกบ่อน้ำด้วยสลักเกลียวให้แน่น)

ในสภาพอากาศชื้น ฐานคอนกรีตของชุดเสาหรือเสาไฟ หรือหอกังหันลม หรือแท่งกราวด์ที่หุ้มด้วยคอนกรีตจะไม่ให้การต่อลงดินที่เหมาะสม ในสถานที่เหล่านี้ คอนกรีตมักจะนำไฟฟ้าได้น้อยกว่าดินชื้นที่อยู่รอบฐาน หากเป็นเช่นนี้ ให้ติดตั้งแท่งกราวด์ในดินถัดจากคอนกรีตที่ฐานของชุดเสาหรือที่ฐานของหอกังหันลม และที่จุดยึดสายยึดแต่ละเส้น จากนั้นเชื่อมต่อทั้งหมดเข้าด้วยกันด้วยสายเปล่าที่ฝังอยู่ใต้ดิน

ในสภาพอากาศที่แห้งแล้ง มักจะเป็นตรงกันข้าม ฐานรากคอนกรีตอาจมีความชื้นมากกว่าดินโดยรอบ และให้โอกาสในการต่อลงดินที่ประหยัด หากต้องฝังเหล็กเส้นยาว 20 ฟุต (หรือยาวกว่านั้น) ลงในคอนกรีต เหล็กเส้นเองก็สามารถใช้เป็นแท่งดินได้ (หมายเหตุ: ต้องวางแผนก่อนเทคอนกรีต) วิธีการต่อลงดินแบบนี้มักใช้ในสถานที่แห้ง และมีคำอธิบายไว้ใน NEC ข้อ 250.52 (A3) เรื่อง “อิเล็กโทรดหุ้มคอนกรีต”

หากคุณไม่แน่ใจว่าวิธีต่อสายดินแบบใดดีที่สุดสำหรับสถานที่ของคุณ ให้ปรึกษาผู้ตรวจสอบระบบไฟฟ้าของคุณในระหว่างขั้นตอนการออกแบบระบบของคุณ ไม่ควรต่อสายดินมากเกินไป ในสถานที่แห้ง ให้ใช้ทุกโอกาสในการติดตั้งแท่งดินสำรอง สายไฟฝังดิน ฯลฯ เพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อน ให้ใช้เฉพาะฮาร์ดแวร์ที่ได้รับการอนุมัติในการต่อกับแท่งดิน ใช้สลักเกลียวทองแดงแบบแยกส่วนเพื่อต่อสายดินอย่างน่าเชื่อถือ

วงจรไฟฟ้าต่อลงดิน

สำหรับการเดินสายไฟในอาคาร NEC กำหนดให้ด้านหนึ่งของระบบไฟฟ้ากระแสตรงต้องเชื่อมต่อหรือ “ต่อ” กับกราวด์ ส่วนไฟฟ้ากระแสสลับของระบบดังกล่าวจะต้องต่อลงกราวด์ตามวิธีปกติของระบบที่เชื่อมต่อกับกริด (ในสหรัฐอเมริกา วงจรไฟฟ้าที่ไม่ได้ต่อลงกราวด์ถือเป็นมาตรฐานในประเทศอื่นๆ) ระบบไฟบ้านสมัยใหม่ในสหรัฐอเมริกาจำเป็นต้องต่อลงกราวด์ระบบไฟฟ้า จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องต่อสายดินของสายไฟ DC ขั้วลบและสายกลาง AC เข้ากับกราวด์ที่จุดเดียวในระบบที่เกี่ยวข้อง และต้องต่อที่จุดเดียวกันในระบบกราวด์ ซึ่งทำได้ที่แผงไฟฟ้ากลาง

ผู้ผลิตระบบแบบแยกส่วนบางประเภทที่มีวัตถุประสงค์เฉพาะ (เช่น ปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์และเครื่องขยายสัญญาณวิทยุ) แนะนำว่าไม่ควรต่อสายดินกับวงจรไฟฟ้า โปรดดูคำแนะนำเฉพาะในคำแนะนำของผู้ผลิต

การเดินสายอาร์เรย์และเทคนิค “คู่บิดเกลียว”

การเดินสายแบบอาร์เรย์ควรใช้สายไฟที่มีความยาวน้อยที่สุด โดยสอดไว้ในโครงโลหะ สายไฟบวกและสายไฟลบควรมีความยาวเท่ากัน และควรเดินสายเข้าด้วยกันเมื่อทำได้ วิธีนี้จะช่วยลดการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไประหว่างตัวนำได้ ท่อโลหะ (ต่อสายดิน) ยังช่วยเพิ่มชั้นการป้องกันอีกด้วย ฝังสายไฟภายนอกที่ยาวแทนที่จะวางเหนือศีรษะ สายไฟที่ยาว 100 ฟุต (30 ม.) หรือมากกว่านั้นก็เหมือนกับเสาอากาศ ซึ่งจะรับไฟกระชากได้แม้กระทั่งจากฟ้าผ่าบนเมฆ ไฟกระชากในลักษณะเดียวกันนี้อาจเกิดขึ้นได้แม้ว่าจะฝังสายไฟไว้ใต้ดิน แต่ผู้ติดตั้งส่วนใหญ่เห็นด้วยว่าการเดินสายส่งสัญญาณที่ฝังไว้ใต้ดินจะช่วยลดโอกาสเกิดความเสียหายจากฟ้าผ่าได้

กลยุทธ์ง่ายๆ เพื่อลดความไวต่อไฟกระชากคือเทคนิค “สายคู่บิดเกลียว” ซึ่งช่วยปรับสมดุลและหักล้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำระหว่างตัวนำสองเส้นหรือมากกว่านั้น การหาสายไฟที่เหมาะสมซึ่งบิดเกลียวอยู่แล้วอาจเป็นเรื่องยาก ดังนั้น ให้ทำดังนี้ วางสายไฟคู่หนึ่งไว้ตามพื้น เสียบไม้ไว้ระหว่างสายไฟแล้วบิดเข้าด้วยกัน ทุกๆ 30 ฟุต (10 เมตร) ให้สลับทิศทาง (วิธีนี้ง่ายกว่าการพยายามบิดทั้งระยะทางไปในทิศทางเดียวมาก) บางครั้งสามารถใช้สว่านไฟฟ้าบิดสายไฟได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับขนาดของสายไฟ เพียงแค่ยึดปลายสายไฟเข้ากับหัวจับสว่าน แล้วปล่อยให้สว่านทำหน้าที่บิดสายไฟเข้าด้วยกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้หมุนสว่านด้วยความเร็วต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากคุณลองใช้เทคนิคนี้

ไม่จำเป็นต้องบิดสายดินเข้ากับสายไฟ สำหรับการเดินสายฝังดิน ให้ใช้สายทองแดงเปล่า หากคุณใช้ท่อร้อยสาย ให้เดินสายดินภายนอกท่อร้อยสาย การสัมผัสสายดินเพิ่มเติมจะช่วยให้ระบบต่อสายดินได้ดีขึ้น

ใช้สายคู่บิดเกลียวสำหรับสายสื่อสารหรือสายควบคุม (เช่น สายสวิตช์ลูกลอยสำหรับปิดถังน้ำของปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์) สายขนาดเล็กกว่านี้มีจำหน่ายทั้งแบบคู่บิดเกลียวล่วงหน้า คู่หลายคู่ หรือคู่เดียว นอกจากนี้ คุณยังสามารถซื้อสายคู่บิดเกลียวแบบมีฉนวนหุ้มซึ่งมีแผ่นโลหะหุ้มสายบิดเกลียวไว้ และโดยปกติแล้วจะมีสาย "ระบายน้ำ" เปล่าแยกต่างหากด้วย ต่อสายดินของฉนวนหุ้มสายและสายระบายน้ำที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งเท่านั้น เพื่อขจัดความเป็นไปได้ของการสร้างลูปกราวด์ (เส้นทางตรงไปยังกราวด์น้อยลง) ในสายไฟ

ระบบป้องกันฟ้าผ่าเพิ่มเติม

นอกเหนือจากมาตรการต่อสายดินที่ครอบคลุมแล้ว อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบพิเศษและ (อาจรวมถึงสายล่อฟ้า) ได้รับการแนะนำสำหรับสถานที่ที่มีสภาวะใด ๆ ต่อไปนี้:
• สถานที่โดดเดี่ยวบนพื้นที่สูงในพื้นที่ที่มีฟ้าผ่ารุนแรง
• ดินแห้ง เป็นหิน หรือดินที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าไม่ดี
• สายไฟยาวกว่า 100 ฟุต (30 ม.)

อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (ไฟกระชาก) ออกแบบมาเพื่อดูดซับแรงดันไฟฟ้าสูงที่เกิดจากพายุฝนฟ้าคะนอง (หรือไฟฟ้าจากสาธารณูปโภคที่ไม่ได้มาตรฐาน) และช่วยให้ไฟกระชากเลี่ยงสายไฟและอุปกรณ์ของคุณได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ปลายทั้งสองด้านของสายไฟยาวที่เชื่อมต่อกับส่วนต่างๆ ของระบบของคุณ รวมถึงสายไฟ AC จากอินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากผลิตขึ้นสำหรับแรงดันไฟฟ้าต่างๆ ทั้ง AC และ DC อย่าลืมใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ ผู้ติดตั้งระบบจำนวนมากมักใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Delta ซึ่งมีราคาไม่แพงและให้การป้องกันในระดับหนึ่งในกรณีที่มีความเสี่ยงจากฟ้าผ่าในระดับปานกลาง แต่อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้รับการรับรองจาก UL อีกต่อไป

ตัวป้องกันไฟรั่วแบบ PolyPhaser และ Transtector เป็นผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงสำหรับพื้นที่เสี่ยงต่อฟ้าผ่าและการติดตั้งขนาดใหญ่ อุปกรณ์ที่ทนทานเหล่านี้ให้การป้องกันที่แข็งแกร่งและเข้ากันได้กับแรงดันไฟฟ้าของระบบที่หลากหลาย อุปกรณ์บางชนิดมีตัวบ่งชี้เพื่อแสดงโหมดการทำงานผิดพลาด

สายล่อฟ้า

“สายล่อฟ้า” คืออุปกรณ์ปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตย์ที่ติดตั้งไว้เหนืออาคารและแผงโซลาร์เซลล์ และเชื่อมต่อกับพื้นดิน อุปกรณ์เหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตย์และการแตกตัวของไอออนในชั้นบรรยากาศโดยรอบ อุปกรณ์เหล่านี้สามารถช่วยป้องกันไม่ให้ฟ้าผ่าได้ และสามารถใช้เป็นทางให้กระแสไฟฟ้าแรงสูงไหลลงสู่พื้นดินได้หากฟ้าผ่า อุปกรณ์สมัยใหม่มีรูปร่างคล้ายหนามแหลม โดยมักมีหลายจุด

โดยทั่วไปแล้วแท่งไฟจะใช้เฉพาะในสถานที่ที่มีพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงเท่านั้น หากคุณคิดว่าสถานที่ของคุณอยู่ในหมวดหมู่นี้ ให้จ้างผู้รับเหมาที่มีประสบการณ์ด้านการป้องกันฟ้าผ่า หากผู้ติดตั้งระบบของคุณไม่มีคุณสมบัติเพียงพอ ให้พิจารณาปรึกษากับผู้เชี่ยวชาญด้านการป้องกันฟ้าผ่าก่อนติดตั้งระบบ หากเป็นไปได้ ให้เลือกผู้ติดตั้ง PV ที่ได้รับการรับรองจาก North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (ดูการเข้าถึง) แม้ว่าการรับรองนี้จะไม่เฉพาะเจาะจงกับการป้องกันฟ้าผ่า แต่ก็สามารถบ่งชี้ระดับความสามารถโดยรวมของผู้ติดตั้งได้

อยู่นอกสายตา ไม่ใช่ อยู่นอกใจ

งานป้องกันฟ้าผ่าจำนวนมากต้องฝังไว้ใต้ดินและมองไม่เห็น เพื่อให้แน่ใจว่างานจะเสร็จเรียบร้อย ให้เขียนลงในสัญญากับผู้ติดตั้งระบบ ช่างไฟฟ้า ช่างขุด ช่างประปา ช่างเจาะบ่อน้ำ หรือใครก็ตามที่ทำการขุดดินเพื่อติดตั้งระบบกราวด์ของคุณ