- Zagrożenie piorunowe dla fotowoltaiki: Statystyki pogodowe w Polsce wskazują na występowanie średnio od 20 do 30 dni burzowych w roku, przy czym największa intensywność wyładowań atmosferycznych przypada na rejony górskie. Piorun uderzający w pobliżu budynku generuje potężne przepięcia w sieci, które dla instalacji fotowoltaicznej są śmiertelnym zagrożeniem. Układy półprzewodnikowe w panelach oraz zaawansowane komponenty elektryczne w falowniku pod wpływem nagłego skoku napięcia mogą ulec całkowitemu spaleniu, co skutkuje kosztowną naprawą i długotrwałym unieruchomieniem systemu.
- Rodzaje ograniczników i normy techniczne: W celu ochrony urządzeń fotowoltaicznych stosuje się specjalne ograniczniki przepięć na prąd stały, które są projektowane i testowane według rygorystycznych norm polskich i europejskich. Urządzenia te potrafią wielokrotnie odprowadzać prąd udarowy do ziemi. Kluczowy jest dobór odpowiedniego typu zabezpieczenia: w sytuacji, gdy odległość między panelami a odgromem jest mniejsza niż pół metra lub dach pokryty jest blachodachówką, bezwzględnie należy zastosować ograniczniki hybrydowe typu T1 plus T2. W przypadku zachowania bezpiecznych odstępów lub braku instalacji odgromowej minimum stanowi typ T2, choć eksperci zalecają stosowanie mocniejszego wariantu łączonego w niemal każdej instalacji.
- Dopasowanie do napięcia i parametry kabli: Ogranicznik przepięć musi być precyzyjnie dobrany do maksymalnego napięcia prądu stałego generowanego przez łańcuchy paneli. Ponieważ karty katalogowe podają parametry dla temperatury dodatniej (25 stopni Celsjusza), a napięcie paneli rośnie podczas mrozów, projektant musi przyjąć wartość zabezpieczenia wyższą o około 20 do 25 procent od wyliczeń bazowych. Niezwykle ważny dla skuteczności ochrony jest też przewód uziemiający: zaleca się stosowanie grubego kabla miedzianego o przekroju minimum 16 milimetrów kwadratowych, którego długość ze względów bezpieczeństwa nie powinna przekraczać 50 centymetrów.
- Zasady rozmieszczenia aparatów ochronnych: Lokalizacja ograniczników w instalacji zależy od fizycznej odległości między panelami na dachu a falownikiem. Jeśli długość trasy kablowej nie przekracza 10 metrów, wystarczy zamontować jeden ogranicznik przepięć umieszczony bezpośrednio przy falowniku. W budynkach wyższych, gdzie odległość ta jest większa, konieczne jest zastosowanie dwóch aparatów ochronnych: jednego na początku trasy (blisko modułów na dachu) i drugiego na jej końcu (przy falowniku).
- Szczelność obudowy i montaż ekspercki: Fabryczne aparaty ochronne przeznaczone dla fotowoltaiki posiadają zazwyczaj niską klasę szczelności chroniącą jedynie przed dotykiem. Z tego powodu, aby uchronić je przed zgubnym wpływem wilgoci, kurzu i warunków atmosferycznych, muszą być montowane w dedykowanych skrzynkach przyłączeniowych o wysokiej klasie szczelności IP65. Bez względu na stopień zaawansowania budowy domu, precyzyjne rozplanowanie rozdzielnic, tras kablowych oraz urządzeń zabezpieczających należy zawsze powierzyć wykwalifikowanemu elektrykowi z uprawnieniami, co gwarantuje bezpieczeństwo i poprawność działania całego systemu.
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”
Komentarze (6)
Takie drobne doprecyzowanie:
1. Wymagania dla ograniczników obecnie stawia norma PN-EN 61643-11 dla SPD do ochrony instalacji zasilania nn, a dla SPD do ochrony obwodów PV wymagania aktualnie obejmuje norma PN-EN 61643-31.
2. Nie ma aktualnie wymagania zachowania odstępu 0,5 m między panelami PV a przewodami instalacji odgromowej. Należy obliczyć tu odstęp separujący, którego wartość zależy od klasy LPS, wysokości budynku i liczby przewodów odprowadzających. Wartość takiego odstępu na poziomie dachu może wynosić zarówno kilkanaście, jak i kilkadziesiąt centymetrów i jest różna w różnych punktach dachu.
3. Zawsze jest ryzyko uderzenia pioruna. To czy stosujemy urządzenie piorunochronne czy nie to zależy od wyniku oceny ryzyka wg PN-EN 62305-2 lub woli inwestora. Natomiast jeżeli wg norm taka ochrona nie jest wymagana, to oznacza, że ryzyko uderzenia pioruna jest bardzo małe, ale w dalszym ciągu jest możliwe. Ogranicznik przepięć Typu 1 zawsze można zastosować w PV jako rozwiązanie o lepszych parametrach.
4. Odnośnie przewodów uziemiających o długości do 50 cm: tu warto zwrócić uwagę, żeby stosować lokalne szyny wyrównawcze, do których łączone są ograniczniki przepięć oraz chronione urządzenia takie jak moduły PV lub falownik. Takie punkty wyrównawcze powinny być zawsze lokalizowane tak, gdzie stosowane są SPD.
A czy przepięcia wywołane przez instalację fotowoltaiczną spowodowane nieprawidłowym doborem aparatu lub jego wadliwym działaniem u sąsiada mogą wywołać przepięcia w innych domach w okolicy?
Artykuł doskonale uzupełnia inne publikacje na temat ochrony przeciwprzepięciowej.
Każdy kto się zajmuje tą tematyką powinien zainteresować się tym artykułem.
Dobry materiał, krótko i na temat, dzięki.
Przydatny artykół dla osoby bez doświadczenia. Co ważne nie promują konkretnego producenta