Elektrownie słoneczneFotowoltaika

Bezpieczeństwo instalacji solarnych

Zabezpieczenie instalacji słonecznych

Cena instalacji fotowoltaicznych oraz koszt ich montażu są opłacalną inwestycją dopiero na przestrzeni czasu, dlatego warto dbać o jak najdłuższą żywotność instalacji słonecznych. 

Najdroższymi częściami instalacji słonecznych są falowniki. Jednak nie tylko na nich należy się skupić. Bardzo istotną rolę odgrywają także pojedyncze panele fotowoltaiczne. Chociaż może się wydawać, że są to niedrogie części, trzeba mieć na uwadze fakt, że stanowią element większej całości. W podłączeniach szeregowych ma więc bezpośredni wpływ na pozostałe panele. Nieprawidłowa praca jednego panelu naraża na awarię pozostałe. Możliwe zagrożenia należy wyeliminować w tym przypadku już na poziomie projektowania instalacji słonecznej. 

W miarę możliwości warto przewidzieć wszelkie możliwe źródła awarii spowodowanej czynnikami wewnętrznymi (np. wada urządzenia) i zewnętrznymi (np. zakłócenia pracy sieci elektroenergetycznej). Podłączenie instalacji do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej generuje ryzyko awarii czujników i sterowników (gdy sieć jest niskonapięciowa) lub awarii na odcinku między modułami a falownikiem (w przypadku zwarcia) albo też w miejscu przyłączenia falownika do sieci (w momencie wzrostu napięcia).

Dlatego istnieje szereg zabezpieczeń przed możliwymi awariami. Stosuje się ograniczniki, bezpieczniki i rozłączniki, jak również diody bocznikujące (te ostatnie stanowią element części instalacji).

Zabezpieczenie, które jest często stosowane w systemach słonecznych, to instalacja odgromowa. Jej uzupełnieniem jest ochrona przed przepięciami, powstałymi nie tylko na skutek uderzenia gromu, ale także spowodowanych awariami sieci elektroenergetycznej. Aby skutecznie zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną, montowane są ograniczniki przepięć (SPD- Surge Protection Device). W przypadku prądu stałego mamy do czynienia z utrudnionym łagodzeniem zwarć. Dlatego tak ważne jest prawidłowe dobranie ograniczników przepięć. W przeciwnym wypadku istnieje ryzyko pożaru.

Istnieje kilka rodzajów ograniczników. Jeśli za kryterium podziału weźmiemy sposób gaszenia fali przepięcia, możemy wyróżnić ograniczniki działające ucinająco lub ograniczająco. 

Ucinająco działają iskierniki powietrzne i gazowe. Są skuteczne, gdyż potrafią odprowadzić duże prądy udarowe. Niestety są też źródłem prądu następczego. 

Ograniczniki, które działają ograniczająco to warystory. Warystor jest półprzewodnikiem, co oznacza, że ma przy maksymalnym napięciu prądu elektrycznego warystor działa jak izolator, zaś przy zmianie warunków zachowuje się jak przewodnik.  Warystory należy poddawać systematycznej kontroli. Szybciej tracą swoją wydajność te warystory, które pracują na prądzie stałym. Prąd zmienny wydłuża ich efektywność. Żywotność i wydajność warystorów zależy też od warunków ich przebywania. Odpowiednimi warunkami dla ich prawidłowego działania są chłód i suchość, a więc cień. 

Ostatnim typem ograniczników wyróżnionym ze względu na sposób gaszenia fali przepięcia są ograniczniki złożone. Stanowią kombinację obu powyższych sposobów działania, a wiec ucinająco – ograniczające. Jest to połączenie iskiernika gazowego z warystorem.

Analizując ich rolę, wyróżniamy 3 typy ograniczników. Ograniczniki przepięć typu 1 (klasy B) chronią system fotowoltaiczny przed wyładowaniem elektrycznym (piorunem), uderzającym w samą instalację lub zachodzącym w bezpośrednim jej otoczeniu. Zredukowane przez taki ogranicznik przepięcie nadal jednak pozostaje niszczące dla instalacji. Dlatego wprowadzono ograniczniki przepięć typu 2 (klasy C), które zabezpieczają przed przepięciami komutacyjnymi. Chronią w ten sposób większość urządzeń elektronicznych. Jednak okazują się zbyt mało czułe dla szczególnie delikatnej elektroniki. Wówczas montuje się ograniczniki przepięć typu 3 (klasy D).

Dedykowane do ochrony instalacji fotowoltaicznej ograniczniki przepięć są przystosowane do napięć znamionowych w przedziale 500 – 1500 V DC. Na rynku dostępne są też ograniczniki przepięć dla instalacji pracującej na prądzie o mniejszym napięciu. Czy i jakiego typu ogranicznik przepięć należałoby zastosować w danej instalacji słonecznej jest decyzją uwarunkowaną wieloma zmiennymi. Zależy ona bowiem m.in. od zastosowanych przewodów (ich długości i ułożenia) oraz od obecności instalacji odgromowej. Przeciwpiorunowa ochrona jest obowiązkowa w przypadku usytuowania systemu fotowoltaicznego na dachu budynku. Stosuje się wówczas najczęściej układ zwodów (LPS), który tworzy strefę ochronną dla wszystkich urządzeń, zainstalowanych na dachu mieściła.

Innym sposobem zabezpieczenia instalacji fotowoltaicznej jest zastosowanie dwumodułowych ograniczników przepięć. Działają one na zasadzie zabezpieczania bieguna dodatniego (napięcie 500V DC) i bieguna ujemnego (napięcie 500V DC), o łącznej wartości napięcia 1000V. Gdy dochodzi do awarii, napięcie prądu na biegunie, gdzie doszło do zwarcia, spada do 0V. Drugi biegun przyjmuje cały prąd i napięcie wzrasta w nim do 1000V. knstrukcyjnie nie jest do tego przygotowany, więc ulega uszkodzeniu. Jak więc widać, choć omawiane rozwiązanie jest tańsze, technologicznie jest dużo słabsze.

Aby uniknąć trwałych szkód w instalacji fotowoltaicznej, można użyć trzymodułowego ogranicznika. Wówczas łączy się je w układzie „Y”, gdzie trzeci biegun (również o napięciu 500V DC) podłącza się szeregowo względem uziemienia. Zwiększa to wytrwałość ogranicznika do znoszenia spadku napięcia nawet o 1000V DC.  

Czasem bywa też tak, że same ograniczniki ulegają awarii. W celu ich zabezpieczenia konieczne okazuje się zastosowanie urządzeń odłączających. Takimi urządzeniami są bezpieczniki tapiokowe lub wyłączniki nadprądowe. Stanowią zewnętrzne elektryczne urządzenie zewnętrzne, które odłączają od sieci. Innym zabezpieczeniem dla ograniczników przepięciowych na wypadek usterki są bezpieczniki termiczne jako wewnętrzne termiczne urządzenie odłączające. W chwili awarii ogranicznik przepięć zostaje odłączony od sieci przez bezpiecznik termiczny. Jedynie ograniczniki technologii VG nie potrzebują dodatkowych zabezpieczeń w przypadku zwarcia w postaci wkładki tapiokowej. Iskiernik gazowy jest wystarczającym zabezpieczeniem w ich przypadku przed ewentualną awarią

Wspomniane powyżej bezpieczniki również pełnią ważną funkcję w instalacji fotowoltaicznej. Chronią system słoneczny przed przeciążeniem prądem wstecznym. Panele są połączone równolegle, więc przez zacienienie jednego z paneli, można spowodować przepłynięcie tzw. prądu rewersyjnego lub prądu wstecznego przez łańcuch z zacienionym modułem. Wartość prądu rewersyjnego pozostaje uwarunkowana ilością równolegle połączonych ze sobą łańcuchów.

 

Rynek oferuje moduły wytrzymałe na przepływ prądu wstecznego o wartości 1,5-2 Isc. Gdy mamy instalację o podłączonych równolegle trzech lub więcej łańcuchach, konieczne staje się zabezpieczenie, jakim jest bezpiecznik I poziomu. Wyposażony we wkładki topikowe cylindryczne wyłącza instalację w przypadku przeciążenia. Chroni moduły fotowoltaiczne przed prądem rewersyjnym w przedziale 1,13 In – 1,45 In. 

Dostępne są także wkładki tapiokowe, zabezpieczające tylko falowniki. Wówczas mówimy o bezpiecznikach II poziomu. Mocowane są tuż przed falownikiem i zawierają wkładki topikowe PV DC. Ten typ bezpieczników nadaje się do instalacji, działających na prądzie stałym o napięciu w przedziale 750V- 1100V.  Przy wyższym napięciu (1500V) stosuje się dwubiegowe listwy rozdzielcze. Jest to rozwiązanie dla dużych instalacji fotowoltaicznych.

 

Kolejnym zabezpieczeniem obok ograniczników i bezpieczników są rozłączniki. Można je stosować zarówno w przypadku prądu stałego jak i przemiennego. Rozłączniki stanowią izolację dla falowników np. w chwili prac serwisowych. 

Specjalnie dla fotowoltaiki zostały skonstruowane rozłączniki OTDC. Działają w oparciu o elektromagnetyczną siłę Lorentza, która, gdy zachodzi taka potrzeba, przerywa prąd w rozłącznikach poprzez wyciągnięcie i przerwanie łuku. W mniejszych rozłącznikach stosuje się dodatkowo pole magnetyczne wytwarzane wewnątrz komór łukowych. 

Realizacja funkcji izolowania i rozłączania jest w niektórych modelach rozłączników możliwa także poprzez zdalne sterowanie przy użyciu napędu silnikowego. Istnieją na rynku również takie rozłączniki izolacyjne, które wymagają montażu wewnątrz budynku.

Zostaw odpowiedź