Zabezpieczenie instalacji fotowoltaicznej – na co zwrócić uwagę?

Jakie są zagrożenia instalacji fotowoltaicznej?

Instalacja fotowoltaiczna to skomplikowany system, który jest podatny na różne zagrożenia. Zanim przejdziemy do omówienia tego, jak powinno wyglądać odpowiednie zabezpieczenie instalacji fotowoltaicznej, warto przeanalizować, na jakie niebezpieczeństwa jest ona narażona. Omawiając najistotniejsze zagrożenia instalacji fotowoltaicznej, należy wspomnieć m.in. o:

• przeciążeniach,
• zwarciach,
• przepięciach,
• łuku elektrycznym,
• powstawaniu pożarów,
• negatywnym działaniu warunków atmosferycznych,
• wadliwości montażu lub niskiej jakości komponentów.

Przyjrzyjmy się bliżej zabezpieczeniom, które powinni zastosować instalatorzy pragnący stworzyć niezawodną fotowoltaikę, odpowiednio chronioną przed wskazanymi niebezpieczeństwami.

Rola zabezpieczenia AC/DC dla instalacji fotowoltaicznej

Umiejętnie dobrane zabezpieczenia AC i DC to klucz do tego, aby fotowoltaika działała w sposób bezpieczny i wydajny. Tworząc system PV, instalator powinien pamiętać o tym, aby zapewnić mu odpowiednią:

• ochronę przeciwprzetężeniową,
• ochronę przeciwprzepięciową,
• ochronę odgromową,
• ochronę przeciwpożarową.

W tym celu konieczne jest zastosowanie zabezpieczeń dostosowanych do potrzeb fotowoltaiki. Wśród nich znajdują się najczęściej:

• wyłączniki oraz bezpieczniki pełniące funkcję zabezpieczenia nadprądowego,
• rozłączniki – typ urządzenia stosowanego po stronie DC, jeśli w instalacji jest falownik, który nie posiada wbudowanego rozłącznika,
• ograniczniki przepięć.

W dalszej części tekstu omówiliśmy różne elementy, z których składa się zabezpieczenie fotowoltaiki AC/DC.

Ochrona przeciwprzetężeniowa

Jednym z podstawowych aspektów, o które musi zadbać instalator, jest odpowiednie zabezpieczenie paneli fotowoltaicznych przed przetężeniem elektrycznym. Zjawisko to polega na wzroście prądu w obwodzie ponad długotrwale dopuszczalną wartość. Przetężenia dzieli się na zwarcia i przeciążenia. W jaki sposób może dojść do przetężenia w przypadku instalacji fotowoltaicznej?

Przyczyną zajścia takiej sytuacji może być na przykład zacienienie lub uszkodzenie jednego bądź kilku modułów. Jeżeli panel, z któregoś z tych powodów przestanie właściwie funkcjonować, to w efekcie staje się biernym elementem będącym zwarciem dla obwodu. Jak to oddziałuje na instalację? Pasmo, które zawiera niesprawny panel, generuje mniejszy prąd niż pozostałe, co sprawia, że zaczyna przez nie płynąć prąd rewersyjny, czyli poruszający się w przeciwnym kierunku. Jest to coś, przed czym trzeba chronić instalację PV, ponieważ panele fotowoltaiczne mogą wytrzymać prąd rewersyjny jedynie do pewnej wartości (tzw. maksymalny prąd wsteczny) określonej przez producenta.

Jak zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną przed przetężeniem? Zgodnie z normą IEC 62548-1 należy wyposażyć system w specjalne urządzenia, które ochronią panel lub łańcuch paneli przed tym zjawiskiem. W tym celu korzysta się najczęściej z wyłączników nadprądowych oraz podstaw bezpiecznikowych z wkładką topikową. Jednym ze sposobów na wkomponowanie tych zabezpieczeń do układu jest umieszczenie bezpieczników topikowych po stronie prądu stałego DC oraz wyłączników nadprądowych za inwerterem, czyli po stronie prądu przemiennego AC. Nie zawsze jednak stworzenie takiego zabezpieczenia jest konieczne – w praktyce stosuje się je wtedy, gdy instalacja fotowoltaiczna zawiera więcej niż trzy łańcuchy paneli połączone równolegle. Oznacza to, że w przypadku wielu systemów domowych instalatorzy mogą zrezygnować z tego zabezpieczenia.

Ochrona odgromowa

Kolejnym elementem ochronnym, który składa się na bezpieczeństwo systemów PV montowanych na dachach budynków, jest zabezpieczenie odgromowe instalacji fotowoltaicznej. Panele znajdujące się kilka lub kilkanaście metrów nad ziemią w znaczący sposób narażone są na bezpośrednie działanie wyładowań atmosferycznych. Uderzenie pioruna w moduły PV może wywołać poważne szkody, dlatego niezbędna jest sprawna instalacja odgromowa instalacji fotowoltaicznej.

Jakie zabezpieczenia instalator powinien zapewnić tworzonemu przez siebie systemowi PV? W celu uchronienia go przed skutkami działania prądów piorunowych należy zadbać o:

• zewnętrzną instalację odgromową,
• wewnętrzną ochronę przeciwprzepięciową,
• wyrównanie potencjałów.

Przed wykonaniem zewnętrznej instalacji odgromowej konieczna jest dokładna analiza danego przypadku. Projekt i montaż ochrony odgromowej instalacji fotowoltaicznej powinien być zgodny z wymogami zawartymi w odpowiednich normach, takich jak m.in.:

• PN-EN 62305-1:2011,
• PN-EN 62305-32011,
• PN-EN 62305-4:2011.

Rolę zabezpieczeń odgromowych pełnią zwykle zwody pionowe oraz poziome. Ich instalację przeprowadza się na kalenicy, natomiast przewody odprowadzające montuje się na połaci dachu i elewacji budynku.

O czym musi pamiętać instalator tworzący zabezpieczenie odgromowe instalacji fotowoltaicznej? Kluczem do powodzenia tego systemu ochronnego jest umieszczenie najważniejszych elementów fotowoltaicznych w tzw. przestrzeni chronionej. Innym istotnym aspektem, na który trzeba zwrócić uwagę, jest odstęp izolacyjny, czyli zachowanie odpowiedniej odległości między zwodami a fragmentami fotowoltaiki. Poza tym warto zamontować instalację wyrównania potencjałów, dzięki której można uniknąć niekontrolowanych różnic potencjałów, a w konsekwencji zapobiec m.in. pożarom czy wybuchom.

Ochrona przeciwprzepięciowa

Do najważniejszych składowych tworzących zabezpieczenie instalacji PV jest ochrona przeciwprzepięciowa. Co się kryje za tym pojęciem? Oznacza ono zabezpieczenie przed m.in.:

• przepięciami z sieci energetycznej,
• przepięciami oraz sprzężeniami powstałymi w wyniku uderzenia pioruna w okolice instalacji lub w nią samą,
• przepięciami powstałymi w samej instalacji.

Czym właściwie jest przepięcie? Najprościej rzecz ujmując, jest to wzrost napięcia ponad maksymalną wartość napięcia instalacji. O tym, jak duże jest to zagrożenie dla fotowoltaiki, świadczy fakt, że system PV może zostać uszkodzony przez przepięcia indukowane, nawet jeśli piorun uderzył kilkaset metrów dalej.

Urządzeniami wykorzystywanymi jako zabezpieczenie przepięciowe do fotowoltaiki są ograniczniki przepięć SPD. Tworzy się je zazwyczaj w oparciu o iskierniki i warystory. Ich zadaniem jest odprowadzenie nadmiaru napięcia do ziemi poprzez przewód uziemiający. Należy je umieszczać w bliskim sąsiedztwie chronionego obiektu zarówno po stronie AC, jak i DC. Warto wspomnieć, że przypadku prądu stałego często stosowane są ograniczniki przepięć wyposażone w system SCI, czyli Short Circuit Interruption.

Jakie są zasady doboru zabezpieczeń przeciwprzepięciowych instalacji fotowoltaicznej? Podejście do tego tematu różni się w zależności od tego, czy budynek, na którym ma powstać fotowoltaika, posiada urządzenie piorunochronne, czy też nie.

Jeżeli obiekt nie posiada urządzenia piorunochronnego, to nie ma ryzyka bezpośredniego wyładowania atmosferycznego w instalację fotowoltaiczną. Oznacza to, że wystarczy zastosować ograniczniki przepięć typu 2. Jeśli mowa o stronie DC, to dedykowany dla systemów PV ogranicznik SPD należy zamontować na wejściu inwertera, a w momencie gdy odległość między panelami a falownikiem jest większa niż 10 m, to również przy panelach. W przypadku strony AC inwertera również stosuje się SPD – jeśli odległość między rozdzielnicą a falownikiem jest większa niż 10 m, to montuje się dwa ograniczniki przepięć, a jeżeli mniejsza, to jeden.

Z inną sytuacją mamy do czynienia, gdy instalacja fotowoltaiczna znajduje się na dachu z urządzeniem piorunochronnym. W takim wypadku mogą znależć zastosowanie dwa scenariusze.

• Jeżeli możliwe jest zachowanie odstępów izolacyjnych między fotowoltaiką a elementami instalacji piorunochronnej, to po stronie DC montuje się ograniczniki typu 2, a po stronie AC instalowane są SPD typu 1. Często w celu wzmocnienia ochrony obwodów AC inwertera stosuje się dodatkowy ogranicznik przepięcia typu 2.
• W momencie, gdy nie istnieje możliwość zachowania odstępów izolacyjnych lub dach wykonany jest z metalu, to po stronie DC stosuje się SPD typu 1 a po stronie AC, podobnie jak poprzednio, SPD typu 1 oraz 2.

Należy podkreślić, że decyzja o tym, jakie zabezpieczenia instalacji fotowoltaicznej wybierze instalator, powinna być poprzedzona wnikliwą lekturą odpowiednich norm.

Zabezpieczenie pożarowe

Analizując dobór zabezpieczeń do instalacji PV, nie można zapomnieć o ochronie przeciwpożarowej. O istotności tego zabezpieczenia świadczy fakt, że zgodnie z rozporządzeniem, które weszło w życie w 2020 roku, każdy projekt instalacji powyżej 6,5 kW musi być uzgodniony z rzeczoznawcą do spraw przeciwpożarowych. Kluczowym urządzeniem, o którym instalatorzy muszą pamiętać w kontekście ochrony przeciwpożarowej jest wyłącznik przeciwpożarowy, który ma za zadanie przerwać obwód DC, gdy dojdzie do pożaru lub awarii sieci. W ten sposób strażacy działający na dachu budynku w trakcie pożaru nie są narażeni na porażenie prądem i mogą skutecznie prowadzić działania gaśnicze.

Kryteria doboru zabezpieczeń instalacji fotowoltaicznej

Na decyzję na temat tego, jak zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną, wpływa wiele czynników. Jakimi kryteriami należy się kierować podczas wyboru zabezpieczeń? Wśród aspektów, które należy rozważyć, znajdują się m.in.:

• miejsce montażu instalacji,
• obecność ochrony odgromowej na budynku,
• zagrożenia, jakie mogą napotkać tę konkretną instalację fotowoltaiczną,
• konieczność zgodności z normą EN 62305-2 i europejskimi normami bezpieczeństwa elektrycznego.

W jakich źródłach należy szukać zasad doboru zabezpieczeń do instalacji PV? Instalatorzy powinni zapoznać się z „Fotowoltaicznym dekalogiem dobrych praktyk” opublikowanym przez Stowarzyszenie Branży Fotowoltaicznej Polska PV, fragmentem ustawy Prawo Budowlane dotyczącym fotowoltaiki, a także normami takimi jak m.in.:

• PN-HD 60364-7-712
• EN 62305
• EN 50539-11.

Dogłębna analiza tych norm pozwoli instalatorowi zrozumieć zasady, jakimi należy kierować się m.in. podczas wyboru ograniczników przepięć, wyłączników różnicowoprądowych po stronie AC czy zabezpieczeń nadprądowych po stronie DC.

Podsumowanie

Instalatorzy chcący realizować prawidłowo swoje projekty muszą dbać o to, aby spełniać wymogi bezpieczeństwa instalacji fotowoltaicznej. Aby to zrobić, zobowiązani są zapoznać się z odpowiednimi normami i przepisami prawnymi, a następnie na ich podstawie dobrać zabezpieczenia, które pozwolą zniwelować zagrożenia instalacji fotowoltaicznej. W tym celu powinni oni wyposażyć swój system PV w różne rodzaje ochrony, np. przeciwprzetężeniową, odgromową, przeciwprzepięciową oraz przeciwpożarową.

Jeśli jesteś instalatorem i interesuje Cię niezawodna ochrona przeciwpożarowa instalacji fotowoltaicznej, to skorzystaj z oferty Sklepu Soltech. Oprócz wysokiej jakości wyłączników przeciwpożarowych proponujemy usługę uzgodnienia instalacji z rzeczoznawcą PPOŻ. pod względem wymogów prawnych oraz zgłoszenia do Straży Pożarnej montażu instalacji. Nasza hurtownia fotowoltaiczna zapewnia instalatorom atrakcyjne rabaty również na inne produkty takie jak: m.in. inwertery czy gotowe zestawy fotowoltaiczne. Dostarczamy także sprawdzone przewody do fotowoltaiki i akcesoria, wśród których znajdują się skrzynki przyłączeniowe AC/DC takie jak: rozdzielnica przyłączeniowa SH-183 DCAC, rozdzielnica przyłączeniowa SH-176 DCAC oraz rozdzielnica przyłączeniowa SH-279 DCAC. Oferujemy fachową pomoc w doborze odpowiedniego rozwiązania do potrzeb instalatora. Serdecznie zapraszamy do kontaktu.