Výber prepäťových ochrán pre fotovoltaické systémy - inštalácia prepäťových ochrán

1. Faktory ovplyvňujúce inštaláciu SPD

Prepätie v strešných fotovoltaických (FV) systémoch je primárne spôsobené priamymi údermi blesku (na budovu alebo v jej blízkosti alebo v FV zariadení s LPS), indukovaným napätím zo zmien elektrického poľa súvisiacich s bleskom alebo spínacími operáciami v rozvodných sieťach striedavého/jednosmerného prúdu. Na posúdenie potreby prepäťovej ochrany a určenie vhodnej ochrannej stratégie by sa ako referencia malo použiť menovité impulzné výdržné napätie (Uw) zariadenia. Pokiaľ posúdenie rizík neurčuje inak, SPD by sa mali inštalovať na jednosmernú aj striedavú stranu FV systému.

Medzi zariadenia vo fotovoltaickom systéme, ktoré môžu vyžadovať ochranu, patria:

Meniče vrátane rozhraní k nízkonapäťovému striedavému aj jednosmernému systému, fotovoltaické panely, vnútorné zapojenie fotovoltaického systému, komponenty inštalované medzi meničom a fotovoltaickými panelmi, ako sú napríklad zlučovacie skrinky; zariadenia používané na monitorovanie a riadenie fotovoltaického systému.

Podľa normy IEC 61643-12 a príslušných častí normy GB/T 21714 závisí výber a inštalácia SPD pre fotovoltaické systémy od viacerých faktorov. Patria sem hustota úderov blesku v zemi (NG) [1/km²·rok] alebo priemerný počet dní s búrkami za rok (T), charakteristiky nízkonapäťového napájacieho systému (napr. nadzemné vedenia alebo podzemné káble) a povaha chráneného zariadenia, či je nainštalovaný externý systém ochrany pred bleskom (LPS) na ochranu fotovoltaického systému pred priamymi údermi blesku.

Ak je prítomný externý LPS, požiadavky na SPD sú ovplyvnené úrovňou ochrany (triedou) LPS a tým, či je dodržaná požadovaná oddeľovacia vzdialenosť (S) medzi LPS a FV systémom (izolovaný vs. neizolovaný LPS).

2. Vplyv rôznych konfigurácií externých LPS na ochranu pred bleskom pre fotovoltaické systémy

Inštalácia SPD pre strešné FV systémy sa vo všeobecnosti delí na tri kategórie na základe prítomnosti a typu externého LPS:

(1) FV systémy bez externého LPS

Ako je znázornené na diagrame (nie je tu zahrnutý), ak budova nie je vybavená externým systémom ochrany pred bleskom, mali by sa na základe výsledku posúdenia rizika blesku nainštalovať prepäťové ochrany (SPD). Odporúča sa nainštalovať prepäťové ochrany na strane striedavého aj jednosmerného prúdu na ochranu kritických fotovoltaických komponentov.

Pre stranu jednosmerného prúdu by sa mal v blízkosti zlučovacej skrinky FV panelov alebo FV panelov (ak sa zlučovacia skrinka nepoužíva) nainštalovať DC SPD typu 2 (označený ako DC1). Tento SPD chráni budovu pred externými prepätiami prenášanými cez FV káble a zvyčajne sa inštaluje hneď za vstupom FV káblov do budovy. Ďalší DC SPD typu 2 (označený ako DC2) by sa mal nainštalovať v blízkosti DC vstupu meniča. Ak je dĺžka kábla medzi DC1 a meničom kratšia ako 10 metrov, DC1 sa môže vynechať.

Pre stranu striedavého prúdu sa na vstupe striedavého prúdu, zvyčajne umiestnenom na hlavnom rozvádzači, odporúča použiť ochranu proti prepätiu typu 2 AC (označená ako AC1). Toto zariadenie chráni pred prepätím prichádzajúcim z rozvodnej siete. Či je AC1 potrebný v systéme bez externej ochrany pred bleskom, závisí od výsledkov posúdenia rizika blesku. Na ochranu drahého meniča sa v blízkosti výstupu striedavého prúdu meniča zvyčajne inštaluje ochrana proti prepätiu typu 2 AC (označená ako AC2). Ak je dĺžka kábla medzi AC1 a AC2 menšia ako 10 metrov, AC2 sa môže vynechať. Podrobné pokyny nájdete v konfiguračnej tabuľke.

(2) FV systémy s externým LPS, ktoré spĺňajú požadovanú odstupovú vzdialenosť (izolovaný LPS)

Ako je znázornené na diagrame, ak má budova externý systém ochrany pred bleskom (ako sú napríklad chytače vzduchu alebo pásky) a strešné FV pole je týmto systémom chránené s dodržaním správnej odstupovej vzdialenosti, FV systém sa považuje za vybavený izolovaným LPS. Aj v tomto prípade je inštalácia SPD stále potrebná.

Pre systémy s izolovaným LPS je nastavenie SPD podobné ako v systémoch bez akejkoľvek externej ochrany pred bleskom. V blízkosti zlučovacej skrinky alebo v blízkosti FV panelu, ak sa zlučovacia skrinka nepoužíva, by sa mal nainštalovať DC SPD typu 2. Ďalší DC SPD typu 2 by sa mal nainštalovať v blízkosti jednosmernej strany meniča a AC SPD typu 2 v blízkosti striedavej strany meniča. Keďže sa však FV systém pripája do budovy aj von z nej, je potrebný aj AC SPD typu 1 na hlavnom rozvádzači striedavého prúdu, kde do budovy vstupuje elektrická energia. Podrobné pokyny k rozmiestneniu nájdete v konfiguračnej tabuľke.

(3) FV systémy s externým LPS, ktoré nespĺňajú požadovanú odstupovú vzdialenosť (neizolovaný LPS)

V strešných fotovoltaických systémoch, kde sú panely príliš blízko k externému systému ochrany pred bleskom (LPS) a nedokážu splniť požadovanú bezpečnostnú vzdialenosť, musia byť všetky kovové časti fotovoltaického systému pripojené k LPS, aby sa zabezpečilo správne vyrovnanie potenciálov blesku. Toto je bežný prístup používaný pri ochrane pred bleskom na streche. V tomto nastavení sa s káblami AC aj DC zaobchádza ako s paralelnými vodičmi v systéme spájania, čo znamená, že môžu byť priamo ovplyvnené bleskovým prúdom. Preto IEC odporúča používať prepäťové ochrany typu 1 (SPD) – zvyčajne spolu s SPD typu 2 – v kľúčových bodoch systému: kde FV káble vstupujú do budovy a na strane AC aj DC dôležitých zariadení, ako je menič.

Ako je znázornené na diagrame, DC1 by mal byť nainštalovaný čo najbližšie k zlučovacej skrinke alebo v blízkosti FV panela, ak zlučovacia skrinka nie je k dispozícii. DC2 a AC2 by mali byť umiestnené v blízkosti meniča, aby sa zabezpečila lepšia ochrana. Vo väčšine prípadov sú potrebné oba vodiče AC1 (na hlavnom paneli) a AC2 (v blízkosti meniča). Ak je však menič nainštalovaný vo vnútri hlavného panela a zdieľajú rovnaké uzemnenie s dĺžkou kábla 0,5 metra alebo menej, AC2 nemusí byť potrebný. Podrobné pokyny na inštaláciu nájdete v tabuľke.

1：DC1 sa môže vynechať za nasledujúcich podmienok: Ak je dĺžka kábla medzi DC1 a meničom menšia ako 10 metrov a úroveň ochrany napätia (Up) AC2 je menšia alebo rovná 0,8-násobku menovitého impulzného výdržného napätia FV poľa (Uw); alebo ak je Up AC2 menšia alebo rovná 0,5-násobku Uw a vodič PE (ochranné uzemnenie) je vedený v blízkosti káblov jednosmerného prúdu.

2：AC2 sa môže vynechať za nasledujúcich podmienok: Ak je dĺžka kábla medzi AC1 a AC2 menšia ako 10 metrov; alebo ak menič a hlavný rozvádzač zdieľajú rovnakú uzemňovaciu elektródu a pripojovacie káble SPD nie sú dlhšie ako 0,5 metra – napríklad, ak je menič nainštalovaný vo vnútri hlavného rozvádzača.

3：Minimálna prierezová plocha uzemňovacích vodičov SPD: Pre SPD typu 2 by medený uzemňovací vodič nemal byť menší ako 6 mm²; pre SPD typu 1 by nemal byť menší ako 16 mm².

Výber prepäťových chráničov (SPD) na strane jednosmerného prúdu (DC) v strešných fotovoltaických systémoch závisí najmä od toho, ako je budova chránená pred bleskom a ako je systém zapojený. Podľa konfiguračnej tabuľky a noriem IEC by mala byť na strane jednosmerného prúdu meniča vždy prepäťová ochrana. Ďalšie SPD v blízkosti zlučovacej skrinky – alebo v blízkosti FV panelov, ak zlučovacia skrinka nie je – sú však potrebné iba v prípade, že kábel medzi panelmi a meničom je dlhší ako 10 metrov.

To však nie je všade tak. V niektorých krajinách – napríklad v Nemecku – sú pravidlá v podstate opačné. Tam je prepäťová ochrana DC vždy inštalovaná hneď vedľa fotovoltaických panelov a v blízkosti meniča ju stačí pridať iba vtedy, ak je dĺžka kábla dlhšia ako 10 metrov.