HOME BLOG NASZE PRODUKTY ROZWIĄZANIA & DYSTRYBUCJA DO POBRANIA MONITORING SKLEP

System zabezpieczenia odgromowego systemu PV

Piorun to zjawisko polegające na nagłym wyładowaniu elektrycznym pomiędzy chmurami burzowymi powstałymi w wyniku silnej konwekcji atmosferycznej, lub pomiędzy chmurami burzowymi a ziemią. Wyładowania atmosferyczne są zazwyczaj podzielone na bezpośrednie i pośrednie (indukowane).

Bezpośrednie wyładowania atmosferyczne

Bezpośrednie wyładowania atmosferyczne zwykle nazywane są po prostu piorunami a ich efekty można podzielić na: termiczne, elektryczne i mechaniczne. Energia pioruna jest tak ogromna, że może natychmiast spowodować fizyczne i elektryczne uszkodzenia trafionego obiektu.

Pośrednie (indukowane) wyładowania atmosferyczne

Pośrednie (indukowane) uderzenie pioruna jest wynikiem wyładowania bezpośredniego w niedalekiej odległości. Takie uderzenie (na objętym nim obszarze, tj. w promieniu 2km od miejsca uderzenia), jest w stanie spowodować wysoki poziom napięcia przepięciowego i prądu udarowego w przewodniku metalowym. Wynika to z działania indukcji elektrostatycznej i elektromagnetycznej spowodowanych gromadzeniem się ładunków elektrycznych w chmurach burzowych oraz ich gwałtownym wyładowaniem (spadkiem naładowania ) podczas uderzeń pioruna. Głównymi skutkami różnicy potencjałów elektrycznych są iskry elektryczne, prądy przepięciowe, zwarcia oraz wynikające z nich uszkodzenia urządzeń. Uderzenia indukowane powodują szczególnie duże szkody w systemach elektrycznych pracujących na niskim napięciu oraz w systemach informatycznych.

System fotowoltaiczny składa się głównie z ciągów paneli PV, falownika podłączonego do sieci i skrzynki rozdzielczej prądu zmiennego

Powszechnie stosowana rama panelu z ogniwami z krzemu krystalicznego jest wykonana ze stopu aluminium oraz połączona z metalowym wspornikiem, dzięki czemu panel PV jest podatny zarówno na bezpośrednie jak i pośrednie uderzenia pioruna. Urządzenia elektryczne, takie jak falowniki i skrzynki rozdzielcze są podatne na indukowane wyładowania atmosferyczne. Ponadto, energia wyprodukowana przez wyładowanie elektryczne może przedostać się do wnętrza budynków i zagrozić bezpieczeństwu osobistemu lub uszkodzić znajdujący się w nich sprzęt. Silniejsze uderzenia piorunów mogą poważnie uszkodzić całą instalację fotowoltaiczną.

Projektując zabezpieczenia odgromowe dla systemów fotowoltaicznych, należy przede wszystkim rozważyć instalację piorunochronów, których celem będzie zapobieżenie uszkodzeniom instalacji fotowoltaicznej przez bezpośrednie uderzenie pioruna. Jednocześnie należy wziąć pod uwagę ryzyko indukowanych wyładowań atmosferycznych, które są równie groźne dla urządzeń.

Podstawowe środki zabezpieczenie odgromowego

Rozproszony system fotowoltaiczny jest wyposażony w trzystopniowe zabezpieczenie odgromowe. Konstrukcja ochrony odgromowej i uziemienia obejmuje następujące elementy: (Proszę również zapoznać się z lokalnymi normami dotyczącymi systemów ochrony odgromowej).

Środek 1: Ustawić piorunochron, aby zapobiec bezpośredniemu uderzeniu pioruna na małej wysokości.

Środek 2: Solidnie uziemić wspornik ciągu paneli fotowoltaicznych

Środek 3: W skrzynce przyłączeniowej ciągu fotowoltaicznego zainstalować ogranicznik przepięć (SPD) na wejściu i wyjściu a następnie solidnie uziemić jego obudowę

Środek 4: Solidnie uziemić urządzenia w pomieszczeniu sprzętowym

Środek 5: Zamontować odgromową skrzynkę izolacyjną na wejściu i wyjściu z pomieszczenia w którym znajduje się falownik oraz zainstalować urządzenie chroniące przed przepięciami (SPD) aby ograniczyć ryzyko wyładowań pośrednich

Gdy instalacja PV jest umieszczona na dachu budynku, powinniśmy wziąć pod uwagę istniejący na nim system odgromowy. Jeżeli sprzęt PV znajduje się w zakresie jego ochrony, nie ma potrzeby dodawania osobnego, zewnętrznego systemu odgromowego. W przeciwnym razie konieczny jest zewnętrzny system odgromowy. Stawiając piorunochron należy upewnić się, iż urządzenia PV znajdują się w jego zakresie ochrony oraz, że konstrukcja piorunochronu nie zacienia modułów solarnych.

Dobre uziemienie polega na wprowadzeniu szpilki uziemiającej w kolejne warstwy ziemi w taki sposób, aby przejęła ona na siebie ładunek elektryczny i rozprowadziła go w ziemi. Urządzenia uziemiające muszą być połączone ze sobą za pomocą listwy uziemiającej, aby rozłożyć ładunek elektryczny w celu jego uziemienia. Piorunochron (stanowiący niezależny system uziemienia) powinien być wyposażony w oddzielny, niezależny pręt uziemiający wprowadzony do gruntu, a rezystancja uziemienia musi być mniejsza niż 4Ω. Metalowe wsporniki stałe powinny być podłączane do systemu uziemienia co około 10 metrów. Urządzenia systemu solarnego i system uziemienia budynku powinny być połączone ze sobą a połączenie to powinno być wykonane ze stali ocynkowanej z zabezpieczeniem antykorozyjnym. W ten sposób można zmniejszyć rezystancję i tym samym zredukować ryzyko przepięcia spowodowane pośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi (pomiędzy różnymi punktami uziemienia).

Dobór sprzętu do systemu ochrony odgromowej

Piorunochron

Do piorunochronów używa się zwykle prętów ze stali o średnicy 12-16 mm. W przypadku zastosowania taśmy odgromowej należy stosować pręty stalowe o średnicy nie mniejszej niż 8 mm lub taśmę stalową o grubości nie mniejszej niż 4 mm.

Wysokość piorunochronu powinna być większa lub równa poziomej odległości piorunochronu do chronionego obiektu. Im wyższy jest piorunochron, tym większy jest chroniony przez niego obszar.

Sprzęt uziemiający

Korpus uziemiający powinien być wykonany ze stali ocynkowanej ogniowo. Jego dane techniczne to na ogół: rura stalowa o średnicy 50mm, grubości nie mniejszej niż 3,5mm; 50mm*50mm*5mm kątownik stalowy, długość nie mniejsza niż 2,5m; lub taśmę stalową 40mm*4mm, o długości między 2,5 do 4m. Głębokość osadzenia poziomego płaskiego stalowego korpusu uziemiającego powinna wynosić co najmniej 0,5 m, a głębokość osadzenia pionowego kątownika stalowego co najmniej 2,5 m. Połączenia spawane powinny być ponownie pokryte powłoką antykorozyjną.

Do przewodników uziemiających zaleca się stosowanie prętów lub taśm ze stali ocynkowanej ogniowo. Pręt jest pewniejszym rozwiązaniem, przy czym jego średnica nie powinna być mniejsza niż 8 mm. W przypadku zastosowania taśmy stalowej, jej grubość powinna wynosić co najmniej 4 mm. W przypadku wyższych wymagań należy stosować dwuwarstwowy izolowany wielożyłowy przewód miedziany o powierzchni przekroju 35 mm².

Połączenie wyrównawcze

Jeśli rama modułu PV jest wykonana ze stopu aluminium oraz dodatkowo jest powlekana, mocowanie może nie spełniać wymogów uziemienia. Moduł PV jest prawidłowo uziemiony tylko wtedy, gdy otwór uziemiający modułu PV połączony jest ze wspornikiem. Dlatego też w tych miejscach, tj. pomiędzy zewnętrznym systemem odgromowym a modułem PV, należy przewidzieć połączenie wyrównawcze.

Zabezpieczenie przed przepięciami

Aby ograniczyć szkody spowodowane przepięciami i wyładowaniami atmosferycznymi, na przewodzie pod napięciem należy zainstalować ogranicznik przepięć i, w celu ochrony instalacji PV, należy: 1. zainstalować ogranicznik przepięć na wejściu DC i wyjściu AC falownika. 2. Zainstalować ogranicznik przepięć w skrzynce rozdzielczej sieci elektrycznej (szafie rozdzielczej), aby zabezpieczyć kable przyłączeniowe przed wyładowaniami pośrednimi. Aby zapobiec zwarciu w przypadku awarii ogranicznika przepięć, wyłącznik lub bezpiecznik muszą być połączone szeregowo z ogranicznikiem przepięć. Prąd znamionowy wyłącznika (bezpiecznika) nie może być większy niż wartość znamionowa zabezpieczenia nadprądowego zalecana przez specyfikację zainstalowanego ogranicznika przepięć.

Podsumowanie

W dużych naziemnych elektrowniach słonecznych konieczne jest zainstalowanie kompleksowego systemu ochrony odgromowej, w tym piorunochronów, listew odgromowych, urządzeń i prętów uziemiających oraz ograniczników przepięć (SPD). Dla instalacji przemysłowych i komercyjnych można wykorzystać oryginalne urządzenia odgromowe istniejącego budynku w celu uzyskania ochrony odgromowej i uziemienia urządzeń. Podczas gdy w przypadku instalacji prywatnych, jeżeli budynek nie jest wysoki, a w okolicy znajdują się wyższe konstrukcje, wymagania w zakresie ochrony odgromowej są stosunkowo niskie.