Výběr přepěťových ochran pro fotovoltaické systémy - instalace přepěťových ochran

1. Faktory ovlivňující instalaci SPD

Přepětí ve střešních fotovoltaických (FV) systémech je primárně způsobeno přímými údery blesku (na budovu nebo v její blízkosti či v blízkosti FV zařízení s LPS), indukovaným napětím ze změn elektrického pole souvisejících s bleskem nebo spínacími operacemi v rozvodných sítích AC/DC. Pro posouzení potřeby přepěťové ochrany a určení vhodné ochranné strategie by se jako reference mělo použít jmenovité impulzní výdržné napětí (Uw) zařízení. Pokud posouzení rizik nestanoví jinak, měly by být SPD instalovány na straně DC i AC FV systému.

Mezi zařízení ve fotovoltaickém systému, která mohou vyžadovat ochranu, patří:

Střídače, včetně rozhraní k nízkonapěťovému střídavému i stejnosměrnému systému, fotovoltaická pole, vnitřní zapojení fotovoltaického systému, komponenty instalované mezi střídačem a fotovoltaickými panely, jako jsou slučovací boxy; zařízení používané pro monitorování a řízení fotovoltaického systému.

Podle normy IEC 61643-12 a příslušných oddílů normy GB/T 21714 závisí výběr a instalace přepěťových chráničů (SPD) pro fotovoltaické systémy na několika faktorech. Patří mezi ně hustota úderů blesku od země (NG) [1/km²·rok] nebo průměrný počet dnů s bouřkami za rok (T), charakteristiky nízkonapěťového napájecího systému (např. nadzemní vedení nebo podzemní kabely) a povaha chráněného zařízení, zda je instalován externí systém ochrany před bleskem (LPS) k ochraně fotovoltaického systému před přímými údery blesku.

Pokud je přítomna externí ochrana proti přepětí (LPS), požadavky na SPD jsou ovlivněny úrovní ochrany (třídou) LPS a tím, zda je dodržena požadovaná oddělovací vzdálenost (S) mezi LPS a FV systémem (izolovaná vs. neizolovaná LPS).

2. Vliv různých konfigurací externích LPS na ochranu před bleskem pro fotovoltaické systémy

Instalace SPD pro střešní fotovoltaické systémy se obecně dělí do tří kategorií na základě přítomnosti a typu externího LPS:

(1) FV systémy bez externího LPS

Jak je znázorněno na diagramu (není zde zahrnut), pokud budova není vybavena externím systémem ochrany před bleskem, měly by být na základě výsledků posouzení rizika úrazu bleskem instalovány přepěťové ochrany (SPD). Doporučuje se instalovat přepěťové ochrany na straně střídavého i stejnosměrného proudu, aby se ochránily kritické fotovoltaické komponenty.

Pro stranu stejnosměrného proudu by měla být v blízkosti slučovací skříně FV panelů nebo FV panelu (pokud se slučovací skříně nepoužívá) instalována DC SPD typu 2 (označená jako DC1). Tato SPD chrání budovu před vnějšími přepětími přenášenými FV kabely a obvykle se instaluje hned za vstupem FV kabelů do budovy. Další DC SPD typu 2 (označená jako DC2) by měla být instalována v blízkosti DC vstupu střídače. Pokud je délka kabelu mezi DC1 a střídačem menší než 10 metrů, lze DC1 vynechat.

Pro stranu střídavého proudu se na vstupu střídavého proudu, obvykle umístěném v hlavním rozvaděči, doporučuje použít ochranu proti přepětí typu 2 (označená jako AC1). Toto zařízení chrání před přepětím z veřejné rozvodné sítě. Zda je AC1 potřeba v systému bez externí ochrany před bleskem, závisí na výsledcích posouzení rizika blesku. Pro ochranu drahého střídače se obvykle instaluje ochrana proti přepětí typu 2 (označená jako AC2) v blízkosti výstupu střídače. Pokud je délka kabelu mezi AC1 a AC2 menší než 10 metrů, lze AC2 vynechat. Podrobné pokyny naleznete v konfigurační tabulce.

(2) FV systémy s externím LPS, které splňují požadovanou oddělovací vzdálenost (izolované LPS)

Jak je znázorněno na diagramu, pokud má budova externí systém ochrany před bleskem (například jímací tyče nebo pásky) a střešní FV panel je tímto systémem chráněn s dodržováním správné odstupové vzdálenosti, považuje se FV systém za vybavený izolovaným LPS. I v tomto případě je instalace SPD stále nutná.

U systémů s izolovaným LPS je nastavení SPD podobné jako u systémů bez externí ochrany před bleskem. DC SPD typu 2 by měl být instalován v blízkosti slučovací skříně nebo v blízkosti FV panelu, pokud se slučovací skříně nepoužívá. Další DC SPD typu 2 by měl být umístěn v blízkosti stejnosměrné strany střídače a AC SPD typu 2 v blízkosti střídavé strany střídače. Protože se však FV systém připojuje do budovy i ven z ní, je AC SPD typu 1 vyžadován také v hlavním rozvaděči střídavého proudu, kde do budovy vstupuje elektrické napájení. Podrobné pokyny k uspořádání naleznete v konfigurační tabulce.

(3) FV systémy s externími LPS, které nesplňují požadovanou oddělovací vzdálenost (neizolované LPS)

U střešních fotovoltaických systémů, kde jsou panely příliš blízko k externímu systému ochrany před bleskem (LPS) a nedosahují požadované bezpečnostní vzdálenosti, musí být všechny kovové části fotovoltaického systému připojeny k LPS, aby bylo zajištěno správné vyrovnání potenciálů blesku. Toto je běžný přístup používaný pro ochranu před bleskem na střeše. V tomto uspořádání jsou kabely AC i DC v systému pospojování považovány za paralelní vodiče, což znamená, že mohou být přímo ovlivněny bleskovým proudem. Proto IEC doporučuje používat přepěťové ochrany typu 1 (SPD) – obvykle společně s SPD typu 2 – v klíčových bodech systému: kde FV kabely vstupují do budovy a na straně AC i DC důležitých zařízení, jako je střídač.

Jak je znázorněno na obrázku, DC1 by měl být instalován co nejblíže k rozvaděči, nebo v blízkosti FV panelu, pokud rozvaděč není k dispozici. DC2 a AC2 by měly být umístěny v blízkosti střídače, aby byl lépe chráněn. Ve většině případů jsou potřeba oba vodiče AC1 (u hlavního panelu) a AC2 (v blízkosti střídače). Pokud je však střídač instalován uvnitř hlavního panelu a sdílejí stejné uzemnění s délkou kabelu kratší nebo rovnou 0,5 metru, pak AC2 nemusí být nutný. Podrobné pokyny k instalaci naleznete v tabulce.

1：DC1 lze vynechat za následujících podmínek: Pokud je délka kabelu mezi DC1 a střídačem menší než 10 metrů a ochranná úroveň napětí (Up) AC2 je menší nebo rovna 0,8násobku jmenovitého impulzního výdržného napětí FV panelu (Uw); nebo pokud je Up AC2 menší nebo rovna 0,5násobku Uw a vodič PE (ochranný uzemňovač) je veden v blízkosti kabelů DC.

2：AC2 lze vynechat za následujících podmínek: Pokud je délka kabelu mezi AC1 a AC2 menší než 10 metrů; nebo pokud střídač a hlavní rozvaděč sdílejí stejnou uzemňovací elektrodu a připojovací kabely SPD nejsou delší než 0,5 metru – například pokud je střídač instalován uvnitř hlavního rozvaděče.

3： Minimální průřez uzemňovacích vodičů SPD: U SPD typu 2 by měděný uzemňovací vodič neměl být menší než 6 mm²; u SPD typu 1 by neměl být menší než 16 mm².

Volba přepěťových chráničů (SPD) na straně stejnosměrného proudu (DC) ve střešních fotovoltaických systémech závisí hlavně na tom, jak je budova chráněna před bleskem a jak je systém zapojen. Podle konfigurační tabulky a norem IEC by na straně stejnosměrného proudu střídače měla být vždy přepěťová ochrana. Další SPD v blízkosti slučovací skříně – nebo v blízkosti FV panelů, pokud slučovací skříně není – jsou však potřeba pouze v případě, že kabel mezi panely a střídačem je delší než 10 metrů.

Nicméně se to tak nedělá všude. V některých zemích – například v Německu – jsou pravidla v podstatě opačná. Tam je přepěťová ochrana DC vždy instalována hned vedle FV panelů a v blízkosti střídače je potřeba ji přidat pouze v případě, že je délka kabelu delší než 10 metrů.