Ogranicznik przepięć PV

Wyładowania atmosferyczne lub zakłócenia z sieci elektroenergetycznej (EE) mogą poważnie uszkodzić naszą instalację fotowoltaiczną i przynieść ogromne straty finansowe. Dlatego warto odpowiednio zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną przed tymi skutkami.

W tym celu montuje się ograniczniki przepięć SPD (surge protection device) – są to aparaty stosowane w instalacjach energetycznych do ochrony przez zmianami napięcia lub przepięciami. Instaluje się je w systemach fotowoltaicznych – po stronie AC do ochrony falownika, jak i DC do ochrony paneli fotowoltaicznych.

Wyróżniamy trzy poziomy ochrony, a tym samym trzy rodzaje ograniczników stosowanych w instalacjach PV:

• Ograniczniki przepięć typu 1 (klasa B) – poziom ochrony polega na zabezpieczeniu przed bliskim lub bezpośrednim uderzeniem pioruna.
• Ogranicznik przepięć typu 2 (klasa C) – poziom ochrony zabezpiecza większość urządzeń elektrycznych.
• Ograniczniki przepięć typu 3 (klasa D) – poziom ochrony najlepszy dla dla szczególnie czułych urządzeń.

Najczęściej stosowane w instalacjach fotowoltaicznych są ograniczniki typu 2 (klasy C)

Ogranicznik przepięć C

Ogranicznik typu C chroni urządzenia elektryczne i elektroniczne przed skutkami wyładowań atmosferycznych oraz zmianami napięcia energii elektrycznej w sieciach elektroenergetycznych. Tego typu urządzenia montowane są w rozdzielnicach elektrycznych i powszechnie występują w instalacjach elektrycznych do poziomu 1,5 kV. Technologia wykonania ogranicznika jest dosyć prosta. Składa się on z podstawy ochronnika oraz wymiennej wkładki, zawierające element zabezpieczający. Do budowy ograniczników typu C, jako wkładki zabezpieczające, stosuje się zmiennooporowe elementy półprzewodnikowe zwane warystorami. Urządzenia te są niewielkich rozmiarów.

Mogą być jednolitej budowy (monolityczne) lub składać się z podstawy i wymiennego modułu warystorowego.

Zasady budowy oraz jak należy testować ograniczniki określono w następujących normach:

• ogólnej – PN-EN61643-11
• dotycząca ograniczników przepięć stosowanych w fotowoltaice – PN-EN 50539-11

Do czego służy ogranicznik przepięć w instalacji fotowoltaicznej?

Zadaniem ogranicznika przepięć w instalacji fotowoltaicznej jest ochrona urządzeń stanowiących system fotowoltaiczny przed przejściowym przepięciem. Jego montaż chroni poszczególne elementy pracujące pod napięciem (falownik, moduły) przed skutkami skoków napięcia w sieci elektroenergetycznej, które mogą być wywołane np. wyładowaniami atmosferycznymi. Zatem ogranicznik przepięć, obok typowej instalacji odgromowej, stanowi zabezpieczenie naszej instalacji PV.

Przepięcia są to nagłe skoki napięcia ponad wartość maksymalną w instalacjach elektrycznych. Najczęstszymi ich przyczynami są zwarcia lub uderzenie pioruna. Przepięcie może doprowadzić do uszkodzenia zarówno falownika, jak i elementów modułów, co może narazić nas na wysokie koszty.

Jak działa fotowoltaiczny ogranicznik przepięć?

Ogranicznik ma za zadanie bezpiecznie przyjąć falę przepięciową, pojawiającą się w sieci elektrycznej i odprowadzić ją do uziomu, a nie do instalacji PV. W ogranicznikach typu C elementem chroniącym jest wkładka warystorowa, która zmniejsza swoją rezystancję w momencie fali uderzeniowej napięcia (przecięcia), a tym samym pozwala na swobodny odpływ prądu przepięciowego do uziomy. Moment pojawienia się takiego zjawiska jest bardzo krótki, praktycznie niemożliwy do zarejestrowania dla ludzkiego oka.

Po zaniku fali, rezystancja ogranicznika powraca do normalnej wartości i przez urządzenie przestaje płynąć prąd. Ograniczniki przepięć są urządzeniami wielokrotnego użytku. odpowiednio dopasowane do instalacji PV mogą służyć przez wiele lat.

Jak dobrać ogranicznik przepięć do instalacji fotowoltaicznej ?

Dobór ograniczników przepięć zależy od czynników:

• typu i położenia obiektu – na dachu lub ziemi;
• rodzaju zastosowanych modułów PV, ich łączenia oraz inwertera solarnego;
• wielkości instalacji PV;
• mocy i napięcia generowanego przez łańcuch paneli PV po stronie DC oraz mocy falownika;
• obecności lub braku instalacji odgromowej;
• długości przewodów przyłączeniowych;
• topografii terenu;
• intensywności występowania burz i wyładowań atmosferycznych;
• ilości obiektów generujących wyładowania pioruna (posiadających biegun dodatni);
• położenia budynku (na którym jest instalacja PV) w stosunku do innych obiektów;
• typu układu sieciowego (energetycznego), z którego jest zasilany budynek.

Co daje ogranicznik przepięć w instalacjach fotowoltaicznych ?

Instalacje fotowoltaiczne, ze względu na swoją konstrukcję i usytuowanie, są wyjątkowo narażone na przepięcia powstałe w wyniku uderzenia piorunów. Dla systemów fotowoltaicznych są groźne zarówno bezpośrednie uderzenia piorunów, wywołujące skoki napięcia na instalacji PV, jak i tzw. prąd udarowy, pojawiający się w sieci elektroenergetycznej, pod wpływem pośrednich wyładowań atmosferycznych, czyli uderzeń piorunów gdzieś w okolicy. Dlatego w celu ochrony urządzeń, takich jak falownik fotowoltaiczny oraz panele PV, należy zabezpieczyć je ogranicznikami zarówno po stronie AC, jak i DC.

Dobrze dobrana i zabezpieczona instalacja fotowoltaiczna odwdzięczy się długą i niezawodną pracą.