Ogranicznik przepięć DC – fotowoltaika. Jaki ogranicznik wybrać do instalacji fotowoltaicznej?

Każda instalacja elektryczna musi być w odpowiedni sposób zabezpieczona, aby podczas jej używania nie doszło do porażenia prądem, zwarcia bądź wystąpienia pożaru. Do takich zabezpieczeń należą ograniczniki przepięć DC, które służą do ochrony instalacji fotowoltaicznej przed przepięciami. Te z kolei powstają nawet w odległości do kilkuset metrów od miejsca uderzenia pioruna. Jak działają ograniczniki przepięć DC przepięć oraz na co zwrócić uwagę przy ich doborze –-  podpowiadam w poniższym artykule.

Ryzyko wyładowań atmosferycznych

W Polsce, w zależności od roku i regionu możemy wyróżnić średnio 20-30 dni burzowych. Nie dysponujemy dokładnymi urządzeniami rejestrującymi ilość wyładowań atmosferycznych, ale bazując na zewnętrznych danych^[1], możemy stwierdzić, że nad morzem jest stosunkowo mało rejestrowanych wyładowań - podczas gdy w górach jest ich zdecydowanie więcej. Piorun, oprócz bezpośrednich szkód, które powoduje w miejscu uderzenia, generuje przepięcia – co wpływa na stan sieci elektroenergetycznych oraz na urządzenia elektrycznie znajdujące się w pobliżu. Szczególnie na tego typu zjawisko narażone są instalacje fotowoltaiczne, panele to układy półprzewodnikowe, natomiast falownik zmieniający prąd stały na przemienny ma wiele elementów elektrycznych. Przepięcia, czyli nagły wzrost napięcia, mogą być bezpośrednią przyczyną przebić i uszkodzeń różnych elementów elektronicznych, które mogą na długi czas unieruchomić działanie instalacji fotowoltaicznej.

Fotowoltaika: Ogranicznik przepięć DC / AC

Jakie ograniczniki przepięć do fotowoltaiki? W celu ochrony instalacji fotowoltaicznych i drogich urządzeń, przede wszystkim falowników DC/AC i paneli fotowoltaicznych, a także aby uniknąć kosztów napraw i przestoju – w zakresie ochrony przed skutkami przepięć stosuje się ograniczniki przepięć na prąd stały DC. Ograniczniki przepięć budowane i testowane są zgodnie z ogólną normą PN-EN 61643-11 oraz specyficzną normą dotyczącą ograniczników przepięć dla fotowoltaiki PN-EN 50539-11. Zbudowane są tak, aby wielokrotnie odprowadzać przepięcia powstałe w instalacjach i jeżeli nie ulegną awarii lub nie pojawi się prąd udarowy czy wyładowczy, mogą działać skutecznie wiele lat.

Dobór ograniczników przepięć DC dla instalacji fotowoltaicznej wiąże się z oceną analizy ryzyka oraz oceną uszkodzeń powodowanych przez wyładowanie piorunowe, ustaloną zgodnie z normą PN-EN 62305.

WAŻNE: Przykładowo: jeśli między instalacją odgromową a instalacją fotowoltaiczną nie jest zachowana odległość 0,5 m lub instalacja fotowoltaiczna jest zainstalowana na dachu pokrytym metalową dachówką, należy wówczas koniecznie zastosować ograniczniki przepięć typu T1+T2 (dawniej zwane B+C). Tego typu ogranicznik powinien ochronić instalację w min. 95 proc. przypadków, co zgodnie z wyżej cytowaną normą dla domów jednorodzinnych jest wystarczającym parametrem.

Gdy jest wymagana odległość od ogromu lub system fotowoltaiczny nie jest zabezpieczony instalacją odgromową – minimalne zabezpieczenie przepięciowe stanowi ogranicznik przepięć typu T2. Jednak w przypadku uderzenia pioruna w taką instalację PV ograniczniki typu T2 są niewystarczającą ochroną, dlatego właściwsze jest stosowanie zawsze typu T1+T2.

WAŻNE: Ważny jest właściwy dobór ogranicznika do napięcia DC występującego w sieci fotowoltaicznej. Napięcie wytwarzane przez panele fotowoltaiczne podawane jest w karcie katalogowej, zwykle odnosi się do temperatury +25 st. C. Ponieważ instalacja pracuje również w warunkach zimowych, to powinno być ono o 20-25 proc. wyższe niż wyliczone napięcie w łańcuchu PV. Na napięciowy poziom ochrony wpływa także długość przewodu PEN między ogranicznikiem przepięć DC a szyną uziemienia – z tego względu zaleca się stosowanie przewodu miedzianego PEN o przekroju minimum 16 mm² i długości do 50 cm, zastosowanie dłuższego odcinka może być wyłącznie efektem obliczeń po stronie projektanta.

Czy usytuowanie ogranicznika przepięć DC ma znaczenie?

Istotną kwestią jest usytuowanie ogranicznika przepięć – powinien on znajdować się w pobliżu chronionego obiektu. Jeżeli długość przewodu pomiędzy modułami fotowoltaicznymi a falownikiem DC/AC nie przekracza 10 m, to wystarczy zainstalować 1 ogranicznik w takim obwodzie – najlepiej obok falownika. Istnieją przypadki, np. w budynkach średnio wysokich, gdzie długość kabla jest większa niż 10 m. W takim rozwiązaniu przy modułach PV instalujemy jeden ogranicznik typu T1+T2 lub T2, w zależności od obliczeń oraz zasad podanych powyżej, natomiast drugi ogranicznik w pobliżu falownika. Ponieważ ograniczniki przepięć PV wykonane są zwykle ze stopniem ochrony IP20, dlatego ze względu na wilgoć należy je montować w skrzynkach połączeniowych PV ze stopniem ochrony IP65, a wszystkie użyte elementy muszą być dostosowane do odpowiedniego napięcia DC. Bez względu na to, czy jesteśmy na etapie projektu domu, czy stanu surowego zamkniętego – lokalizację rozdzielni, falownika oraz elementów zabezpieczających najlepiej powierzmy elektrykowi lub firmie zajmującej się montażem systemów PV.

^[1] Marek Łoboda „Aktualizacja danych o częstości doziemnych wyładowań atmosferycznych w Polsce do oceny ryzyka zagrożenia piorunowego obiektów budowlanych”