Ochrona odgromowa instalacji fotowoltaicznych

Sprecyzowane wymagania zawarte są w normie PN-EN 62305-3:2009 „Ochrona odgromowa. Część 3. Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia”. W jej treści znajdziemy między innymi informacje o sposobie wyznaczenia wielkości i kształtu strefy ochronnej. Możemy w tym celu wykorzystać dwie metody: toczącej się kuli lub kąta ochronnego. Zasadę zgodnie z którą wyznacza się strefę ochronną z wykorzystaniem metody kuli przedstawiono na rysunku 1. W myśl tej zasady elementy, które nie są dotykane prze toczącą się kulę, są bezpieczne od bezpośredniego uderzenia pioruna. Skupmy się więc na poszczególnych wartościach oznaczonych na rysunku, które są niezbędne dla tej metody.

Rysunek 1. Metoda toczącej się kuli

Źródło: Zeszyty Naukowe SGSP 2016, nr 59/3/2016

R – promień toczącej się kuli. Dobierany go zgodnie z tabelą 1, w zależności od klasy LPS. Klasa LPS jest określana przez liczbę I-IV, która przypisuje niezbędne do zaprojektowania zewnętrznej instalacji odgromowej.  

 – odległość pomiędzy zwodami pionowymi

p – głębokość wnikania kuli, wyznaczana z wzoru:  

Ponadto spełniony musi zostać warunek p < h_z - h_PV, co zapewni, że dobór wysokości zwodów oraz odległości  jest odpowiedni.

Tabela 1. Klasy LPS

Druga z metod opiera się na wyznaczeniu kąta ochronnego, który został pokazany, jako kąt α na rysunku 2. Wyznacza się go w zależności od wysokości zwodu H od płaszczyzny odniesienia poddawanej ochronie i klasy LSP. Wykres ilustrujący tą zależność przedstawia rysunek 3.

Rysunek 2. Metoda kąta ochronnego

Źródło: Zeszyty Naukowe SGSP 2016, nr 59/3/2016

Rysunek 3. Wartość kąta ochronnego α w zależności od klasy LPS

Źródło: Zeszyty Naukowe SGSP 2016, nr 59/3/2016

Wszystkie projekty zwodów ochrony odgromowej  systemów fotowoltaicznych powinny zakładać, że ich montaż nie będzie miał wpływu na zacienianie chronionych paneli PV. Dodatkowo odległość zwodów od paneli powinna być na tyle duża, aby niemożliwa była sytuacja przeskoku iskry w sytuacji wystąpienia wyładowania bezpośredniego. Taka odległość nazywana jest odstępem izolacyjnym, do wyznaczenia którego stosujemy następujący wzór:

Gdzie:

S – odstęp izolacyjny

k_i – współczynnik dobierany w zależności od założonej klasy LPS, przykładowe wartości zależnie od klasy:

k_c – współczynnik dobierany w zależności od wartości prądy płynącego przez elementy LPS

k_m – współczynnik dobierany w zależności od wykorzystanego materiału izolacyjnego

l – odległość wzdłuż zwodu do punktu najbliższego połączenia wyrównawczego

Ochronę przepięciową stosujemy, aby zapobiec przepięciom powstałym na skutek na przykład uderzeń pioruna, czy też pochodzących z instalacji fotowoltaicznej. Uszkodzenie instalacji fotowoltaicznej może zostać spowodowane nawet poprzez przepięcie indukowane, które ma miejsce nawet kilkaset metrów dalej, niż uderzenie pioruna. Ochronę przepięciową w  instalacjach fotowoltaicznych zapewnia się poprzez zastosowanie ogranicznika przepięć. Odpowiedni dobór tego elementu powinien zapewniać niższy poziom ochrony niż maksymalne napięcie wykorzystywane przez falowniki i moduły fotowoltaiczne.

W celu ochrony instalacji fotowoltaicznych po stronie prądu stałego stosuje się ograniczniki przepięć DC w układzie „V” przedstawionym na poniższym rysunku 4.

Rysunek 4. Układ połączeń „V” ogranicznika DC

Źródło: Zeszyty Naukowe SGSP 2016, nr 59/3/2016

Projektując ochronę przepięciową możemy spotkać się z trzema następującymi przypadkami:

- budynek wyposażony w LPS, gdzie odległość elementów instalacji PV, gdzie d>s

- budynek wyposażony w LPS, gdzie odległość elementów instalacji PV gdzie d<s,< p="">

- budynek niewyposażony w LPS.

Rysunek 5. Wielkość d oznaczona na rysunku

Źródło: Zeszyty Naukowe SGSP 2016, nr 59/3/2016

Wymagania instalacyjne dla ograniczników przepięć w systemach fotowoltaicznych przedstawione zostały w poniższej tabeli. Dobór przebiega w zależności od obecności LPS, zachowania odstępów izolacyjnych, odległości między modułami PV a falownikiem oraz typów modułów i falownika.

Jeżeli w obiekcie nie zostanie zastosowana instalacja odgromowa należy uziemić panele oraz konstrukcję wsporczą. Przewód uziemiający kierujemy najkrótsza i bezpośrednią drogą do uziomu. Przewody wykonane powinny być: z żelaza (przekrój minimum 50 mm²) lub z aluminium (przekrój minimum 50 mm²) lub z miedzi (przekrój minimum 16 mm²). Przewód uziemiający należy natomiast podłączyć do jednego z trzech uziomów:

- uziom fundamentowy obiektu lub sztuczny uziom fundamentowy

- uziom pionowy, który powinien być umieszczony w gruncie, aby jego najniższa część znajdowała się na głębokości co najmniej 3 metrów, a najwyższa co najmniej 0,5 metra,

- uziom poziomy, powinien mieć długość co najmniej 5 metrów oraz znajdować się na głębokości nie mniejszej niż 0,6 metra oraz być oddalonym od krawędzi budynku o przynajmniej 1 metr.