Ochrana fotovoltických systémov pred bleskom a prepätím

Zdroj: OBO Bettermann

Zriadenie fotovoltického systému je vždy spojené s relatívne vysokou investíciou, ktorá by sa, prirodzene, mala vrátiť v čo najkratšom čase. Preto je dôležité zabezpečiť nepretržitú prevádzku a spoľahlivosť celého systému.

Fotovoltické systémy sa inštalujú zvyčajne na streche alebo na otvorenom priestranstve. Ich umiestnenie na takýchto exponovaných miestach však spôsobuje, že sú tieto systémy obzvlášť ohrozené údermi blesku a prepätím. Ak systém zlyhá v dôsledku poškodenia prepätím, prichádzame na jednej strane o výnos počas trvania opravy, na druhej strane vznikajú dodatočné náklady, napríklad výmenou meniča alebo chybného panelu.

Legislatívne požiadavky

Na ochranu pred prepätím fotovoltických systémov sa musia brať do úvahy tieto usmernenia:

• Aby sa zabránilo poškodeniu priamymi účinkami blesku, odporúča sa pre fotovoltické systémy zriadiť ochranu pred bleskom podľa STN EN 62305.
• Analýza rizík podľa STN EN 62305-2 pomáha určiť potrebu systému na ochranu pred bleskom a požadovanú triedu ochrany pred bleskom. To však platí len v prípadoch, keď si ďalšie predpisy nevyžadujú žiadne iné opatrenia. V prípade komplexných pozemných fotovoltických systémov, ako sú fotovoltické elektrárne alebo solárne parky s požiadavkou zvýšenej spoľahlivosti, by sa potreba ochrany alebo potreba dodatočných opatrení mala preskúmať aj pomocou STN EN 62305-2.
• Iba chránený systém dokáže odolať namáhaniu, ktorému je vystavený, a dlhodobo bezpečne vyrábať energiu. Napríklad v novej verzii smernice VdS z roku 2010 (február 2021) poisťovatelia nehnuteľností naďalej odporúčajú použitie prepäťových ochrán vonkajších fotovoltických systémov.
• Norma STN 33 2000-7-712 sa vzťahuje priamo na fotovoltické napájacie systémy a požiadavky na ich ochranu a konštrukciu.

Obr. 1 Príčiny poškodenia fotovoltických zdrojov (02/2018)
Obr. 1 Príčiny poškodenia fotovoltických zdrojov (02/2018) | Zdroj: OBO Betterman

Návrh účinnej ochrany pred bleskom a prepätím

Na čo treba myslieť za každých okolností? Pri fotovoltických zdrojoch je jediným spoľahlivým riešením ochrany pred bleskom použitie izolovaného alebo oddialeného bleskozvodu, pričom platí, že:
• pri návrhu prepäťových ochrán treba počítať aj s výstupom jednosmerného napätia z fotovoltických panelov,
• fotovoltické panely je nutné umiestniť do ochranného uhla bleskozvodu,
• ak sú potrebné SPD, musíme ich inštalovať do silových, ale aj dátových obvodov.

Fotovoltické systémy: varianty a odlišnosti požiadaviek

V oblasti ochrany pred bleskom a prepätím možno fotovoltické systémy rozdeliť na:
• fotovoltické systémy bez vonkajšej ochrany pred bleskom,
• fotovoltické systémy s vonkajšou ochranou pred bleskom a dodržanou dostatočnou oddeľovacou vzdialenosťou,
• fotovoltické systémy s vonkajšou ochranou pred bleskom bez dodržania dostatočnej oddeľovacej vzdialenosti.

Fotovoltické systémy bez vonkajšej ochrany pred bleskom

Pri stavbách, ktoré nie sú chránené proti priamym zásahom bleskového výboja, dochádza pri priamom zásahu k zničeniu zariadení. Ak teda takáto ochrana inštalovaná nie je, zameriame sa aspoň na ochranu fotovoltických zariadení pred spínacím prepätím alebo prepätím indukovaným od blízkeho alebo vzdialeného úderu blesku.

Všetky nosné kovové konštrukcie fotovoltických panelov treba navzájom elektricky prepojiť a pripojiť k ekvipotenciálnej svorke minimálne vodičom dimenzie Cu 6 mm2. Na vstupe napájania do objektu zo strany siete inštalujeme SPD triedy 2. Na AC strane meniča inštalujeme SPD triedy 2, na DC strane meniča inštalujeme takisto SPD triedy 2, určenej na trvalé zaťaženie DC napätím.

Obr. 2 Principiálna schéma pripojenia fotovoltickej elektrárne
Obr. 2 Principiálna schéma pripojenia fotovoltickej elektrárne | Zdroj: OBO Betterman

Fotovoltické systémy s vonkajšou ochranou pred bleskom a dodržanou dostatočnou oddeľovacou vzdialenosťou

Pri inštalácii fotovoltického systému a systému ochrany pred bleskom je vždy potrebné dbať na to, aby sa zachovala dostatočná oddeľovacia vzdialenosť medzi fotovoltickým systémom a vonkajším systémom ochrany pred bleskom, ako aj žľabmi, anténovými systémami a inými zariadeniami.

Ide o jediný spôsob, ako sa jednoznačne vyhnúť nebezpečným bleskovým čiastkovým prúdom na kovových a elektrických inštaláciách. Polohy potrebných zachytávacích zariadení sa plánujú v súlade s STN EN 62305-3.

Pomocou metódy valivej gule možno profesionálne dimenzovať požadované dĺžky zachytávačov, ako aj vzdialenosti medzi nimi. Tie musia byť usporiadané tak, aby všetky časti zariadenia, ktoré sa majú chrániť, boli v ochrannom priestore zachytávacieho zariadenia.

Všetky nosné kovové konštrukcie fotovoltických panelov treba navzájom elektricky prepojiť a pripojiť k ekvipotenciálnej svorke minimálne vodičom dimenzie Cu 6 mm2. Na vstupe napájania do objektu zo strany siete inštalujeme SPD triedy 1 alebo 1+2. Na AC strane meniča inštalujeme SPD triedy 2, na DC strane meniča inštalujeme takisto SPD triedy 2, určenej na trvalé zaťaženie DC napätím.

Obr. 3 Príklad dodržania oddeľovacej vzdialenost
Obr. 3 Príklad dodržania oddeľovacej vzdialenost | Zdroj: OBO Betterman

Fotovoltické systémy s vonkajšou ochranou pred bleskom bez dodržania dostatočnej oddeľovacej vzdialenosti

V niektorých prípadoch, ak nie je možné z architektonického hľadiska dodržať dostatočnú oddeľovaciu vzdialenosť „s“ (napríklad strecha je z kovu, investor nechce inštalovať izolovaný bleskozvod, rozmerové možnosti strechy nedovoľujú umiestnenie bleskozvodu do dostatočnej vzdialenosti…), je potrebné pristúpiť ku kompromisnému riešeniu ochrany, pri ktorom sa počíta s poškodením/zničením fotovoltických panelov účinkami prepätia, ale dá sa zamerať aspoň na ochranu objektu a ostatných komponentov FV systému.

Aj v tomto prípade sa snažíme ochrániť panely pred priamym zásahom bleskom vhodným umiestnením zachytávacích zariadení (t. j. FV panely sú v ochrannom priestore zachytávacej sústavy). Keďže sa v tomto prípade nepodarilo dodržať dostatočnú oddeľovaciu vzdialenosť „s“, pripojíme k bleskozvodu konštrukciu fotovoltického zdroja.

Je potrebné dbať na to, aby sme nevytvárali tzv. slepé zvody. Všetky nosné kovové konštrukcie fotovoltických panelov treba navzájom elektricky prepojiť a pripojiť k ekvipotenciálnej svorke minimálne vodičom dimenzie Cu 16 mm2. Ak je strecha z kovu, je nutné prepojiť aj kovovú krytinu s konštrukciou panelov.

Na vstupe napájania do objektu zo strany siete inštalujeme SPD triedy 1 alebo 1+2. Na AC strane meniča inštalujeme SPD triedy 1 alebo 1+2, na DC strane meniča inštalujeme takisto SPD triedy 1 alebo 1+2, určenej na trvalé zaťaženie DC napätím. Komponenty ochrany pred bleskom na pripojenie sa musia testovať podľa STN EN 62561-1.

Prepäťové ochrany: výber a požadovaný počet

Pri ich výbere by sa mali brať do úvahy najmä tieto skutočnosti:
• Najvyššie nepretržité trvalé napätie prepäťovej ochrany pre stranu jednosmerného napätia fotovoltického systému nesmie v žiadnom prípade prekročiť najvyššie napätie otvoreného obvodu fotovoltického systému.
• Počet požadovaných ochranných zariadení vyplýva z počtu sledovačov MPP v príslušnom fotovoltickom systéme.
• Ak je menič pripojený k informačnému alebo ku komunikačnému systému, tieto vedenia by sa mali integrovať aj do ekvipotenciálneho vyrovnania s použitím vhodných prepäťových ochrán.

Článok vznikol v spolupráci so spoločnosťou OBO Bettermann, s. r. o.