Ochrona odgromowa instalacji fotowoltaicznych

Ochrona odgromowa instalacji fotowoltaicznych i uziemienie konieczne jest w celu uniknięcia szkód wyrządzonych przez wyładowania atmosferyczne w instalacjach fotowoltaicznych. Dachowe instalacje fotowoltaiczne montujemy zazwyczaj na dużej, otwartej przestrzeni. W związku z tym istnieje zagrożenie wynikające z bezpośrednich oraz pośrednich uderzeń piorunów. Poniżej przedstawiamy kluczowe zagadnienia na temat ochrony odgromowej oraz wymagań projektowych dla instalacji fotowoltaicznych montowanych na dachach domów.

Wymagania dotyczące lokalizacji

Podczas wyboru lokalizacji do montażu instalacji fotowoltaicznej na dachu, zalecane jest stosowanie instalacji odgromowej budynku.

Zewnętrzna ochrona odgromowa

W zależności od warunków występujących w miejscu zamontowanej instalacji fotowoltaicznej można zastosować różne środki ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo uszkodzenia instalacji fotowoltaicznej. Takimi środkami ochrony mogą być zwody odgromowe, opaska i siatka odgromowa. Należy również próbować zastosować wiele równomiernie rozmieszczonych przewodów łączących w celu odprowadzenia prądu wyładowania atmosferycznego do ziemi. Efekt bocznikowania przez zastosowanie systemu wielu równomiernie rozmieszczonych przewodów odgromowych redukuje doprowadzoną energię wyładowania, zmniejsza ryzyko uderzeń bocznych oraz intensywność pola magnetycznego generowaną przez prąd upływu instalacji.

Skuteczne uziemienie

W celu ochrony przed skutkami wyładowań atmosferycznych lub pośrednimi, wszystkie metalowe elementy systemu fotowoltaicznego takie jak: ramy paneli fotowoltaicznych, konstrukcja, obudowa urządzenia powinny być uziemione niezależnie.

Ochrona odgromowa instalacji fotowoltaicznych – urządzenia ochrona przeciwprzepięciowej (SPD)

Zainstaluj urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej (SPD) w pętli systemu fotowoltaicznego, aby zapewnić wielopoziomową ochronę przed skutkami wyładowań atmosferycznych, napięciami indukowanymi, skokami napięcia w efekcie załączenia lub wyłączenia linii napowietrznej.

Ogólnie rzecz ujmując, ograniczniki przepięć DC stosujemy po stronie DC systemu fotowoltaicznego, natomiast ograniczniki przepięć AC stosujemy po stronie AC za inwerterem. W dalszej części skupimy się na wyjaśnieniu i doborze urządzeń ochrony przeciwprzepięciowych (SPD) oraz na sposobie uziemienia systemu fotowoltaicznego.

Dobór i montaż zabezpieczeń SPD

Zgodnie z normą IEC61643, dobór oraz montaż zabezpieczeń SPD określany jest w zależności od rzeczywistej sytuacji na miejscu montażu instalacji fotowoltaicznej i posiada bardzo szczegółowy zakres wymagań. Rysunek 1 przedstawia schemat montażu zabezpieczeń odgromowych dla instalacji fotowoltaicznej na dachu. Ułatwi nam on lepsze zrozumienie całego systemu oraz środków ochrony odgromowej.

Rysunek 1: Schemat montażu zabezpieczeń odgromowych dla instalacji fotowoltaicznej na dachu

Projektowanie systemu zabezpieczenia odgromowego dla instalacji fotowoltaicznej zamontowanej na dachu dzielimy głównie na trzy przypadki:

1. Bez bezpośredniej ochrony odgromowej.
2. Z bezpośrednią ochroną odgromową i z zachowanym bezpiecznym odstępem izolacyjnym.
3. Z bezpośrednią ochroną odgromową bez zachowania bezpiecznego odstępu izolacyjnego.

Dla powyższych przypadków dobór zabezpieczeń SPD w pozycjach 1, 2, 3 i 4 należy przeprowadzić w oparciu o następujące warunki:

1. Odległość pomiędzy szafą rozdzielczą a inwerterem.
2. Odległość pomiędzy modułami fotowoltaicznymi a inwerterem.
3. Bezpieczna odległość izolacyjna „S” pomiędzy urządzeniami ochrony odgromowej a systemem przewodów łączących i powiązanymi urządzeniami w systemie fotowoltaicznym (w tym modułami fotowoltaicznymi, inwerterami, kablami i urządzeniami do dystrybucji mocy).

W celu obliczenia i oceny wyboru urządzenia do zabezpieczenia SPD prosimy odnieść się do normy IEC 61643-31/32.

Wymagania dotyczące uziemienia

Uziemienie oraz przewody ochronne powinny spełniać normę IEC 60364-7-712:

1. Przewody łączące zabezpieczenia SPD po stronie DC: połączenie z główną szyną uziemiająca powinno być wykonane miedzianym przewodem o minimalnym przekroju 6mm² lub równoważnym dla II klasy SPD oraz miedzianym przewodem o minimalnym przekroju 16mm² lub równoważnym dla klasy I.
2. Uziemienie funkcjonalne: dla ochrony części mechanicznych minimalny przekrój miedzianego przewodu uziemiającego wynosi 4mm² lub równoważny.
3. Oddzielny uziom paneli fotowoltaicznych: jeżeli dla modułów fotowoltaicznych przewidziano oddzielny uziom, to należy go połączyć z metalowymi elementami konstrukcji.
4. Uziemienie metalowych konstrukcji montażowych PV: miedziane przewody łączące (izolowane lub nie) powinny mieć minimalny przekrój 4mm² lub równoważny. Przewody uziemiające łączą szereg modułów fotowoltaicznych prowadzimy jak najbliżej dodatnich i ujemnych przewodów modułów fotowoltaicznych. Ma to na celu zmniejszenia napięć indukowanych przez wyładowania atmosferyczne.

Ochrona odgromowa instalacji fotowoltaicznych –  podsumowanie

Ochrona odgromowa i uziemienie instalacji fotowoltaicznej zamontowanej na dachu budynku ma kluczowe znaczenie dla bezpiecznej pracy elektrowni fotowoltaicznej. Dlatego też należy poświęcić im szczególną uwagę. W powyższym artykule wyjaśniliśmy jedynie główne założenia przy projektowaniu ochrony odgromowej systemu fotowoltaicznego. W celu uzyskania szczegółowych wytycznych odnośnie projektowania i doboru zabezpieczeń SPD, należy skonsultować się z wykwalifikowanymi fachowcami w tej dziedzinie. Oprócz wspomnianych norm IEC spełnione muszę zostać także lokalne wymagania i przepisy oraz wytyczne producenta zabezpieczeń.

Marka Growatt New Energy zawsze stawia bezpieczeństwo na pierwszym miejscu przy projektowaniu falowników. Growatt oferuje pełną gamę inwerterów fotowoltaicznych wyposażonych we wbudowany moduł ochrony odgromowej SPD. Wszystko po to, aby zapewnić bezpieczeństwo całego systemu PV. Przykładem może być nowy model MAX 100-125KTL3-X LV – flagowy inwerter C&I, który posiada wbudowane zabezpieczenia SPD zarówno po stronie DC (https://onlinecasinos-australia.com/blog/casinos-scandals.html), jak i AC. Na poniższym rysunku można zobaczyć dedykowaną płytę zabezpieczeń SPD wspomnianego modelu falownika. Jest to modułowa płytka, wygodna do demontażu i ewentualnej wymiany, łatwa do przechowywania. Zintegrowana funkcja SPD w falowniku PV może przynieść oszczędności oraz skrócić czas montażu instalacji fotowoltaicznej.

Rysunek 3: Płyta zabezpieczeń SPD w falownikach 100-125KTL3-X LV

Poza zabezpieczeniem SPD, inwertery fotowoltaiczne Growatt MAX 100-125KTL3-X LV posiadają również funkcję ochrony przed degradacją indukowanym napięciem (Anti-PID) oraz moduł przerywacza łuku elektrycznego (AFCI) aby w pełni chronić instalację fotowoltaiczną. Falownik ten posiada także najwyższą moc znamionową pojedynczej jednostki na rynku. Dodatkowo posiada również najwyższy prąd wejściowy na jednym stringu, który wynosi 16A. Inwerter ten doskonale współpracuje z modułami fotowoltaicznymi o mocach powyżej 600W.

Rysunek 2: Inwerter Growatt MAX 100-125KTL3-X LV