Przemysł PV dojrzał, a projektowanie i budowa instalacji stały się bardziej znormalizowane. Jednak nadal istnieją wątpliwości co do wymogów ochrony odgromowej.

Dlaczego uderzenia piorunów w instalacje fotowoltaiczne są nadal stosunkowo częstym zjawiskiem? Aby odpowiedzieć na to pytanie, Solis postanowił podzielić się problemami, które można łatwo przeoczyć podczas wykonywania instalacji oraz sposobami na zwiększenie skuteczności ochrony systemów PV.

CZĘŚĆ 1 Ogólne rozwiązanie ochrony odgromowej

Schemat 1 – Standardowy plan ochrony odgromowej 

W przypadku obszarów o stosunkowo niskiej częstotliwości burz, metody uziemienia przedstawione na schemacie 1 są powszechnie stosowane i nie ma konieczności instalowania dodatkowych kabli odgromowych.

Jeśli system jest zainstalowany na dachu płaskim, to uziemienia dokonuje się przez podłączenie do istniejącego systemu ochrony odgromowej budynku lub przez pokrywę falownika. Taka ochrona przed wyładowaniami atmosferycznymi jest potencjalnie nieefektywna w przypadku obszarów o wysokim prawdopodobieństwie wyładowań atmosferycznych.

CZĘŚĆ 2 Udoskonalone rozwiązanie ochrony przed piorunami

Przed rozważeniem skutecznej ochrony odgromowej instalacji systemu PV, przyjrzyjmy się typowym rodzajom uderzeń pioruna.

Klasyfikacja uderzeń pioruna

  • Typ I: Bezpośrednie uderzenie w matrycę fotowoltaiczną, przez pętlę DC do falownika, nazywana bezpośrednim uderzeniem pioruna
  • Typ II: Reakcja elektrostatyczna (lub indukcja elektromagnetyczna), która występuje w pobliżu kwadratowej matrycy, jest nazywana indukcyjnym uderzeniem pioruna
  • Typ III: Uderzenie pioruna w urządzenie prowadnicy i naruszenie falownika przez wbudowane zabezpieczenie odgromowe – nazywane jest to odbitym uderzeniem pioruna

W przypadku systemów PV w budynkach mieszkalnych, najczęściej występują uderzenia pioruna typu I i II: bezpośrednie i indukcyjne. Jeśli nieruchomość znajduje się w obszarze narażonym na częste wyładowania atmosferyczne lub na dachu znajdują się inne wysokie konstrukcje metalowe, np. kolektory słoneczne, zbiorniki na wodę lub antena satelitarna, prawdopodobieństwo uderzenia pioruna się zwiększa, co powoduje, że podczas etapu projektowania konieczne jest wzmocnienie ochrony odgromowej.

Metalowy element na dachu

Aby zwiększyć skuteczność ochrony odgromowej systemów domowych, oprócz normalnych środków ochrony odgromowej, należy wziąć pod uwagę następujące elementy:

  1. Jeśli system ma dużą pojemność lub znajduje się w obszarze z częstymi burzami, konieczne jest zainstalowanie piorunochronu obok systemu PV;
  2. Jeśli na dachu znajdują się też inne obiekty metalowe, strona DC systemu PV powinna być jak najdalej od tych struktur. Należy upewnić się, że mocowanie systemu PV nie dotyka tych elementów. Zaleca się również zamontowanie piorunochronu na dachu.
  3. Aby zmniejszyć siłę uderzenia pioruna, należy zmniejszyć ogólny przekrój okablowania systemu PV.
  4. Zaleca się wdrożenie oddzielnego rozwiązania ochrony odgromowej dla systemu PV i unikanie podłączenia go do oryginalnego systemu ochrony odgromowej budynku.

Wzmocnione zabezpieczenie odgromowe (dach pochylony/dach płaski)

CZĘŚĆ 3 Analiza przypadku

Projekt, który znajduje się na poniższym zdjęciu jest zlokalizowany w Fenghua w Chinach. Według statystyk na tym obszarze w ciągu roku uderza około 75 piorunów. To definiuje ten obszar jako narażony na wyładowania atmosferyczne. Zlokalizowane tam budynki mieszkalne posiadają dużą powierzchnię płaskiego dachu, a całkowita moc zainstalowana wynosi 28 kW z falownikiem GCI-25K-5G. Schemat systemu ochrony odgromowej, który został wdrożony w tej instalacji przedstawiono na poniższym rysunku.

Rozwiązanie ochrony odgromowej systemu PV w Fenghua w Chinach

Oprócz ochrony odgromowej budynków dla modułów fotowoltaicznych, wsporników, falowników i skrzynek rozdzielczych, system ochrony odgromowej projektu dodaje następujące funkcje bezpieczeństwa:

1) W przypadku najbardziej wrażliwych części systemu, np. falownika, należy upewnić się, że zarówno elektryczne (wewnętrzne) uziemienie, jak i uziemienie pokrywy (zewnętrzne) są skutecznie podłączone.

Zabezpieczenie uziemiające falownik

Aby zmniejszyć bezpośredni wpływ piorunów na system, w projekcie dodano cztery okrągłe pręty stalowe o długości 1,5m i Φ10mm w czterech rogach, które zostały przyspawane do instalacji odgromowej budynku.

2) Do oddzielonego uziemienia domowych instalacji PV, wybrano miejsce, w którym ziemia była wystarczająco gruba i wilgotna i wykopano otwór o głębokości 1,5m, a następnie użyto okrągłego pręta stalowego Φ8, aby oddzielić uziemienie. Opór rezystora uziemiającego wynosi 2,68Ω, w związku z tym spełnia wymagania poniżej 4Ω.

CZĘŚĆ 4 Podsumowanie

Nie można zignorować ochrony odgromowej i uziemienia mieszkalnych systemów PV. Stąd w procesie instalacji systemu należy nie tylko wziąć pod uwagę naukową technologię ochrony odgromowej i uziemienia, ale także wzmocnić ochronę systemu odgromowego zgodnie z warunkami panującymi na miejscu. Krótko mówiąc, powinno się poświęcić czas na rozważenie ochrony odgromowej instalacji PV, ponieważ staranność i rozwaga w fazie projektowania i instalacji może zapobiec wielu późniejszym problemom. Bezpieczna i stabilna konstrukcja odgromowa i uziemiająca może zapobiec uszkodzeniu systemu, a nawet stratom osobistym i majątkowym.

Solis

Producent falowników fotowoltaicznych