Ochrona odgromowa przepięciowa urządzeń fotowoltaicznych. Strażnik paneli

zobacz artykuł w formie pdf   zobacz pdfa zobacz pdfa

W Polsce systemy zasilania z ogniwami fotowoltaicznymi często można spotkać w miejscach oddalonych od sieci energetycznej.
Profesjonalne systemy wolnostojące wykorzystywane są do zasilania automatycznych urządzeń, takich jak oświetlenie i telefony awaryjne na autostradach, boje nawigacyjne, latarnie morskie, przekaźnikowe stacje telekomunikacyjne i stacje meteorologiczne.
Również udział paneli fotowoltaicznych stosowanych do wytworzenia energii elektrycznej z promieniowania słonecznego w budynkach rośnie z roku na rok, podczas gdy ich ceny maleją.

Wraz ze wzrastającą powierzchnią paneli następuje wzrost zagrożenia piorunowego systemów PV.
Fakt ten stwarza potrzebę rozważenia środków ochrony paneli fotowoltaicznych przed bezpośrednim uderzeniem piorunu, przed przepięciami w instalacji elektrycznej oraz sterującej pracą systemu (jeśli taki system sterowania jest stosowany).
Ochrona przed przepięciami jest szczególnie istotna w systemach PV dołączonych do sieci elektrycznej i na te układy będzie zwrócona szczególna uwaga.
Wszystkie te elementy systemu mogą być narażone na uszkodzenie lub zniszczenie spowodowane oddziaływaniem pioruna nie tylko w wyniku bezpośredniego trafienia, lecz też w wyniku wyładowania w pobliżu obiektu.


Ochrona wskazana
Błędnie zaprojektowana lub wykonana ochrona odgromowa i przepięciowa może spowodować wzrost zagrożenia wystąpienia szkody w urządzeniu. W takim przypadku należy liczyć się z dodatkowymi kosztami wynikającymi nie tylko z wymianą urządzeń, ale również z kosztami bankowymi (przy braku produkcji energii), kosztami ekspertyz (w spornych sprawach), kosztami utylizacji paneli.
Brak ochrony paneli PV przed bezpośrednim wyładowaniem może prowadzić nie tylko do ich zniszczenia, lecz również do znacznych uszkodzeń dołączonego wyposażenia elektrycznego i elektronicznego – nie tylko w urządzeniach na dachu, ale również wewnątrz budynku.

Krzysztof Wincencik
Zalecane rozwiązanie
Najkorzystniejszym rozwiązaniem do ochrony paneli fotowoltaicznych jest zastosowanie izolowanego urządzenia piorunochronnego. W przypadku paneli PV zamontowanych na dachu budynku norma 3.1. stwierdza, że:
„…Wszystkie urządzenia dachowe z materiału izolacyjnego lub przewodzącego, które zawierają wyposażenie elektryczne i/lub służące przetwarzaniu informacji, powinny się znajdować w przestrzeni ochronnej układu zwodów…”.

Ponieważ izolowane urządzenie piorunochronne ma zabezpieczać system PV nie tylko przed wyładowaniem bezpośrednim, ale również przed przeskokami iskrowymi, niezbędne jest zapewnienie bezpiecznego odstępu izolacyjnego pomiędzy elementami.Krzysztof Wincencik
Przy projektowaniu ochrony odgromowej dla zamontowanych na dachu paneli należy zapewnić odstęp izolacyjny s (obliczony zgodnie z pkt. 6.3 normy PN-EN 62305-3). Dla dachów pochyłych ochronę przed bezpośrednim trafieniem paneli można zrealizować również za pomocą krótkich zwodów pionowych montowanych na kalenicy dachu (fot.).

Istotne informacje na ten temat można znaleźć w:
* DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 Teil 3 (2009): Schutz von baulichen Anlagen und Personen Beiblatt 5: Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme
* „Review of lightning protection standards for photovoltaic systems”, Natural Resources Canada Canmet Energy Technology Centre – Varennes (2005),
* Lightning and Overvoltage Protection of PVPS – materiały GTZ Seminar Design and Simulation of PVPS (2001),
* Blitz Und Uberspannungsschutz von Photovoltaikanlagen auf Gebauden. Merkblat fur PV-Instllateure, 2008,
* Ochrona systemów fotowoltaicznych. Kompleksowe rozwiązanaia firmy Dehn, druk nr DS109/2009,
* Photovoltaik. Energiequelle mit Zukunft. Anforderungen und Schadenverhutung. Versicherungskammer Bayern. 2009.

Ograniczniki przepięćKrzysztof Wincencik
Oprócz ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna należy również zabezpieczyć instalację elektryczną wchodzącą z panela do wnętrza budynku przed oddziaływaniem piorunowego impulsu elektromagnetycznego (LEMP). Kwestia wyboru miejsca montażu i typu SPD nie jest łatwa bez dokładnej znajomości realnego stanu instalacji w obiekcie.

Oprócz wielkości generatora PV (liczba stringów) oraz położenia falownika duże znaczenie mają też informacje dotyczące ochrony odgromowej:

* czy budynek wyposażony jest w urządzenie piorunochronne,
* czy w związku z montażem instalacji PV wykonane zostanie urządzenie piorunochronne.

W przypadku budynku bez urządzenia piorunochronnego z systemem paneli fotowoltaicznych na dachu ochrona przepięciowa realizowana jest za pomocą:

* ogranicznik przepięć typ 2 – dedykowany do systemów PV,
* ogranicznik przepięć typ 2 – do sieci 230/400AC,
* ogranicznik przepięć typ 2 – do sieci 230/400AC.

Jeżeli odległość pomiędzy rozdzielnicą główną obiektu a przekształtnikiem jest większa niż 10 m, zalecane jest zastosowanie dwóch ograniczników (nr 2 i 3) przepięć typ 2 w instalacji elektrycznej AC (rys. 2).
Dwa specjalne ograniczniki przepięć typ 2 (dedykowane do systemów PV) zalecane są w przypadku, gdy długość przewodów łączących panele PV z przekształtnikiem przekracza wartość 10 m.

Dla budynku z urządzeniem piorunochronnym, na dachu którego zainstalowano panele PV, gdy zapewnione jest zachowanie bezpiecznego odstępu izolacyjnego s (wyliczony zgodnie z PN-EN 62305-3) przekształtnik chroniony jest za pomocą ograniczników przepięć typ 2.
Ogranicznik przepięć nr 2 zalecany jest, jeżeli odległość pomiędzy rozdzielnicą główną obiektu a przekształtnikiem jest większa niż 10 m.
W przypadku mniejszej odległości ogranicznik może być konieczny, w przypadku gdy zastosowany w rozdzielnicy głównej ogranicznik przepięć typ 1 (nr 3) nie jest w stanie zapewnić odpowiedniego poziomu ochrony dla obwodów wejściowych AC przekształtnika.
Również dwa specjalistyczne ograniczniki przepięć typ 2 (dedykowane do systemów PV) zalecane są w przypadku, gdy długość przewodów łączących panele PV z przekształtnikiem przekracza 10 m.
W przypadku zwykłych modułów PV można zakładać, że ich odporność udarowa jest większa niż odporność udarowa przekształtnika, a tym samym zaleca się instalację ogranicznika przepięć w pobliżu przekształtnika.

Ograniczniki przepięć chroniące systemy fotowoltaiczne winny być konserwowane i sprawdzane zgodnie z przygotowanym dla obiektu planem przeglądów i konserwacji.
Ograniczniki przepięć winny być zainstalowane w taki sposób, aby mogły być kontrolowane.
Ponieważ ograniczniki przepięć mogą być narażone na uszkodzenie i utratę swoich możliwości ochronny w wyniku oddziaływania prądu piorunowego lub też z powodu przeciążenia, zaleca się, aby w instalacji zastosować system ciągłego nadzoru ograniczników, który współpracuje z systemem kontroli i nadzoru nad pracą urządzeń PV.
Należy też pamiętać o odpowiednim ułożeniu przewodów łączących poszczególne panele fotowoltaiczne oraz przewodów sygnalizacyjnych łączących urządzenia sterujące i kontrolno-pomiarowe rozlokowane na terenie elektrowni.
Jednym z ważnych sposobów pozwalających zredukować zagrożenie przepięciowe jest trasowanie linii w taki sposób, aby zminimalizować rozległe pętle indukcyjne, a tym samym zagrożenie przepięciami spowodowanymi pobliskimi wyładowaniami piorunowymi.
Krzysztof Wincencik

Literatura:
1. PN-HD 60364-7-712:2007 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Część 7-712: Wytyczne dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Fotowoltaiczne (PV) układy zasilania.
2. PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa. Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia.
3. A. Sowa, „Ochrona odgromowa systemów fotowoltaicznych na dachach dwuspadowych”, „elektro.info” 4/2012.
4. A. Sowa, K. Wincencik, „Ograniczanie przepięć w instalacjach niskonapięciowych systemów fotowoltaicznych” „elektro.info” 7-8/2012.
5. R. Markowska, A. Sowa, „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych”, Dom Wydawniczy Medium – Warszawa 2009.

Fot. Wykorzystanie zwodu pionowego zamontowanego na kalenicy.
Rys. 1. Przykłady rozmieszczenia i ochrony odgromowej paneli PV na dachach spadzistych obiektów budowlanych.
Rys. 2. Przykładowe rozwiązanie ochrony przepięciowej dla budynku bez urządzenia piorunochronnego.
Rys. 3. Montaż ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej, w przypadku gdy odległość pomiędzy miejscem podłączenia paneli PV a przekształtnikiem jest większa od 10 m [1].
Rys. 4. Przykładowe rozwiązanie ochrony przepięciowej dla budynku z urządzeniem piorunochronnym – odstęp bezpieczny jest zachowany.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij