Jak zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną?

Liczba instalacji fotowoltaicznych w Polsce stale rośnie. Na koniec kwietnia 2021 r. moc zainstalowana fotowoltaiki w naszym kraju wyniosła aż 4,7 GW. Dzięki produkcji darmowej, zielonej energii można obniżyć rachunki za prąd. Mimo iż instalacje PV same w sobie są bezpieczne, wymagają odpowiedniego projektu i montażu, aby to bezpieczeństwo zachować. Jakie komponenty są niezbędne do tego, żeby system fotowoltaiczny pracował bezpiecznie i bezawaryjnie? Podpowiadamy jak zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną.

Każdy system PV powinien być wykonany zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz normami. Od 19.09.2020, czyli od wejścia w życie zmiany ustawy Prawo budowlane (Dz.U. 2020 poz. 471), w odniesieniu do instalacji fotowoltaicznych o mocy zainstalowanej powyżej 6,5 kW, wprowadzony został obowiązek uzgodnienia z rzeczoznawcą do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych projektu instalacji. Należy również zawiadomić organy Państwowej Straży Pożarnej o wykonaniu instalacji PV.

Chcąc zrozumieć, jakie typy zabezpieczeń są niezbędne przy instalacji fotowoltaicznej, warto przyjrzeć się zagrożeniom związanym z jej pracą. Są to m.in.:

– czynniki pogodowe, m.in. wyładowania atmosferyczne (pioruny), upały, opady gradu, silny wiatr,

– ryzyko uszkodzenia mechanicznego komponentów,

– problemy wynikające z niewłaściwego montażu komponentów, tj. niepoprawne dokręcenie śrub w złączach kablowych oraz na konstrukcji, niedokładne upięcie kabli po stronie prądu stałego oraz zmiennego,

– przepięcia łączeniowe w sieci, 

które mogą doprowadzić do zwarcia lub przepięcia, a w konsekwencji do uszkodzenia instalacji oraz urządzeń podpiętych do wewnętrznej sieci budynku, a w skrajnych przypadkach nawet do wybuchu pożaru. Stąd też ogromne znaczenie ma prawidłowe zabezpieczenie instalacji PV, zarówno po stronie DC – prądu stałego, jak również AC, czyli prądu przemiennego. Trzeba o tym pomyśleć już na etapie projektowania instalacji fotowoltaicznej.

Zabezpieczenia po stronie paneli PV

Po stronie AC oraz DC instalacji należy zamontować:

– zabezpieczenia przeciążeniowo-zwarciowe, czyli wyłączniki nadprądowe lub wkładki bezpiecznikowe. Odpowiednio dobrane (należy uwzględnić maksymalny prąd urządzenia oraz obciążalność długotrwałą kabla) zabezpieczą instalację fotowoltaiczną przed skutkami zwarć i przetężeń. Po stronie prądu zmiennego stosujemy wyłączniki nadprądowe lub rozłączniki bezpiecznikowe z wkładkami o charakterystyce gG. Rozłączniki bezpiecznikowe wraz z wkładkami o charakterystyce gPV używamy po stronie prądu stałego – powinny znaleźć się na pojedynczych stringach oraz posłużyć do zabezpieczenia całych ciągów modułów fotowoltaicznych 

– ograniczniki przepięć, czyli urządzenia, które są w stanie przejąć prąd piorunowy, następnie odprowadzić go do ziemi i uchronić instalacje przed skutkami wyładowań (ograniczniki typu 1) oraz przepięciami indukowanymi i łączeniowymi (ograniczniki typu 2). W przypadku, gdy odległość od falownika PV do modułów PV jest mniejsza niż 10 m, ograniczniki przepięć po stronie DC powinny zostać zamontowane możliwie najbliżej falownika fotowoltaicznego, a ich ilość odpowiada ilości MPPT falownika (na jedno MPPT przypada jeden ogranicznik przepięć). Montaż ograniczników jest absolutnie konieczny w przypadku, gdy odległość między falownikiem a modułami przekracza 10 m i w tym przypadku należy zamontować kolejne zabezpieczenia analogicznie jak najbliżej modułów fotowoltaicznych. Jest to ważna kwestia, ale niestety często pomijana w instalacjach ze względu na koszt.

– rozłącznik izolacyjny – bezpośrednio nie zwiększa bezpieczeństwa instalacji, ale daje możliwość odłączenia inwertera od sieci energetycznej w przypadku pożaru czy potrzeby oddania go do serwisowania. To rozwiązanie było bardzo często pomijane przez instalatorów do czasu wprowadzenia we wrześniu 2020 roku zmiany w zakresie prawa budowlanego.

– zabezpieczenia przed prądem wstecznym, czyli bezpieczniki topikowe lub diody blokujące – to element, który powinien być używany w instalacjach PV złożonych z trzech lub więcej połączonych równolegle stringów po stronie DC. Częstym błędem jest jednak stosowanie zbyt dużej ilości zabezpieczeń lub montowanie ich w złym miejscu. 

– wyłącznik różnicowo-prądowy wykrywa różnicę prądu pomiędzy przewodem fazowym a neutralnym, dzięki czemu stanowi zabezpieczenie przez porażeniem prądem elektrycznym i pożarem instalacji. Do instalacji fotowoltaicznych przeznaczone są wyłączniki różnicowo-prądowe o charakterystyce typu A lub B. Są zalecane przez wielu producentów falowników.

– optymalizatory mocy, służące wyrównaniu mocy w panelu podczas częściowego zacienienia i stanowiące dodatkowe zabezpieczenie podczas przepięcia. Ich dodatkową funkcją jest zarządzanie każdym panelem z osobna, dzięki czemu wewnętrzne defekty czy mniejsza moc modułu PV w łańcuchu nie powoduje obniżenia mocy pozostałych paneli, tak jak w przypadku tradycyjnego falownika stringowego. Optymalizatory mocy SolarEdge mają również funkcję SafeDC, czyli najwyższy poziom bezpieczeństwa PPOŻ, gwarantujący natychmiastowe obniżenie napięcia do bezpiecznego poziomu w przypadku zagrożenia. 

– wyłącznik przeciwpożarowy – obowiązek stosowania go występuje przy budynkach, których kubatura przekracza 1000 metrów sześciennych lub w strefach, które zagrożone są wybuchem (przechowywanie lub użycie materiałów łatwopalnych, wybuchowych). Wyłącznik powinien być zamontowany blisko paneli fotowoltaicznych, tak aby długość kabla, w którym będzie płynąć napięcie prądu stałego był jak najkrótszy. Mimo że nie ma prawnego nakazu montażu przeciwpożarowego wyłącznika prądu w każdej instalacji PV, z pewnością warto o nim pomyśleć.

Zabezpieczenie po stronie falownika

Po stronie AC dochodzi do przepływu prądu zmiennego, o parametrach odpowiadających tym, które ma energia z sieci. Stosuje się tu ograniczniki przepięć oraz wyłączniki nadprądowe zwane „esami” lub rozłączniki bezpiecznikowe, chroniące przed zwarciami podczas uszkodzenia kabla lub pojawienia się zbyt dużego prądu na obwodzie zasilającym falownik. 

Właściwy dobór zabezpieczenia do falownika nie odbywa się na podstawie jednego wzoru. Odpowiednie zabezpieczenie ustala się nie tylko na podstawie prądu obciążenia znamionowego, ale i sposobu uruchomiania samego falownika, a także jego budowy: m.in. wielkości i liczby kondensatorów. Maksymalne procentowe przeciążenia i ich czasy też są różne i wymagają analizy przed przystąpieniem do projektowania systemu.

Zabezpieczenie instalacji PV to temat szczególnie ważny nie tylko ze względu na bezpieczeństwo, lecz również z punktu widzenia kwestii ewentualnego odszkodowania z powodu powstałej szkody. W przypadku, gdy rzeczoznawca dokonujący oględzin stwierdzi niezgodność wykonania instalacji z obowiązującymi normami, odmówi wypłaty odszkodowania. To argument dla właściciela elektrowni słonecznej do wystąpienia o rekompensatę powstałych szkód od instalatora, który nieprawidłowo wykonał swoją pracę. Jeśli szkodą było spłonięcie domu, należy liczyć się z ogromną kwotą odszkodowania.

Dobór odpowiednich zabezpieczeń instalacji PV to gwarancja niezawodnej, bezpiecznej i bezawaryjnej pracy systemu, dlatego już na etapie projektu warto zwrócić uwagę na jakość elementów oferowanych przez instalatora.