Liczba instalacji fotowoltaicznych w Polsce w ciągu ostatnich kilku lat zwiększyła się znacząco, dzięki czemu coraz większy odsetek energii elektrycznej zużywanej codziennie przez firmy i gospodarstwa domowe pochodzi ze źródeł odnawialnych. Warto mieć na uwadze, że nawet względnie niewielka instalacja PV stanowi jednak skomplikowany, wieloelementowy system, który jest narażony na różnego rodzaju zagrożenia zewnętrzne i wewnętrzne.
Trzeba również pamiętać, że prawidłowe funkcjonowanie fotowoltaiki jest w dużej mierze uzależnione od tego, jakie zabezpieczenia PV zostały zastosowane i w jaki sposób jest eksploatowana oraz konserwowana cała instalacja. Poniżej przedstawiamy najważniejsze informacje na temat tego, jak zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną, na co zwrócić szczególną uwagę oraz jak dbać o nią, by bezawaryjnie i bezproblemowo funkcjonowała przez wiele lat po uruchomieniu.
Nowoczesne i wydajne instalacje fotowoltaiczne to idealna alternatywa dla tradycyjnych form pozyskiwania energii elektrycznej. Są w 100% ekologiczne, ponieważ wykorzystują energię ze światła słonecznego. Fotowoltaika działa praktycznie bezobsługowo i pozwala przez wiele lat cieszyć się oszczędnościami na rachunkach za prąd. Na kompleksowy system fotowoltaiczny, oprócz paneli, składa się inwerter (falownik), który prąd stały przetwarza na energię o parametrach spełniających wymagania sieci elektroenergetycznej, a także szereg elementów i urządzeń zabezpieczających.
Zabezpieczenie instalacji fotowoltaicznej przed uszkodzeniami
Faktem jest, że każda instalacja PV jest w zasadzie bezobsługowa, ale nie oznacza to automatycznie, iż fotowoltaika jest całkowicie odporna na uszkodzenia lub że nie jest narażona na awarię. Z uwagi na to, że wydatki poniesione na stworzenie mikroelektrowni słonecznej są z reguły znaczne, a naprawy czy wymiana uszkodzonych elementów bywają bardzo kosztowne, w interesie każdego inwestora leży skuteczne zabezpieczenie instalacji fotowoltaicznej przed potencjalnymi uszkodzeniami.
Konieczność ta dotyczy zarówno zagrożeń ze strony czynników zewnętrznych (opady śniegu, gradobicia, wysokie temperatury, promieniowanie UV itp.), jak i wewnętrznych (np. błędy montażowe, niewłaściwie przygotowany projekt instalacji czy nieprawidłowa eksploatacja). Znakomitej większości z tych problemów można uniknąć powierzając zaprojektowanie oraz montaż instalacji PV profesjonalnej, rzetelnej firmie, korzystającej z dobrej klasy osprzętu i paneli fotowoltaicznych.
Prawidłowe zabezpieczenie instalacji PV przed przepięciami/przeciążeniami
Każda instalacja fotowoltaiczna, która została podłączona do ogólnej sieci elektroenergetycznej, jest narażona na wystąpienie przepięć i przeciążeń związanych z przepływającym przez daną instalację prądem stałym oraz zmiennym. W prawidłowo zaprojektowanym systemie PV muszą się z tego względu znaleźć niezbędne zabezpieczenia prądowe, gwarantujące całej instalacji odpowiedni poziom bezpieczeństwa oraz ochrony przed konsekwencjami wystąpienia prądów zwarciowych czy nagłych wzrostów albo wahań napięcia.
Podstawowym zabezpieczeniem w tym zakresie jest prawidłowo wykonana instalacja odgromowa, której zasadniczym zadaniem jest ochrona budynku (a tym samym zainstalowanego na nim systemu PV) przed bezpośrednimi uderzeniami piorunów. Co istotne, instalacja odgromowa nie może być w żaden sposób połączona z instalacją fotowoltaiczną umieszczoną na dachu tego samego budynku.
Trzeba również pamiętać, że wyładowania atmosferyczne występujące w czasie burzy mają ogromną moc: natężenie prądu może sięgać nawet 150 000 A, a napięcie liczy się w dziesiątkach milionów V. Oznacza to, że piorun nie musi uderzyć bezpośrednio w instalację PV, aby spowodować w niej szkody. Z tego powodu instalacje fotowoltaiczne powinny być dodatkowo wyposażone w odpowiednio dobrane ograniczniki przepięć zarówno po stronie prądu stałego, jak i po stronie prądu zmiennego. Pozwoli to ochronić fotowoltaikę przed konsekwencjami wystąpienia przepięć w sieci elektroenergetycznej.
Burza jako czynnik ryzyka
Pogoda w naszej szerokości geograficznej potrafi zmieniać się bardzo dynamicznie. Duże zagrożenie stanowi zjawisko burzy z wyładowaniami. Uderzenie pioruna może być niebezpieczne zarówno dla ludzi, jak i urządzeń elektrycznych. Instalacja fotowoltaiczna, umieszczona na dachu czy na otwartej przestrzeni, wydaje się najbardziej narażona na działanie tego typu zdarzenia. Bez odpowiednich zabezpieczeń może dojść do poważnych uszkodzeń. Sam piorunochron nie chroni przed negatywnymi następstwami. Podczas uderzenia napięcie powstałe w skutek zetknięcia się wyładowania z ziemią, dochodzi do kilkudziesięciu milionów woltów, prąd jest w stanie osiągnąć natężenie nawet do stu tysięcy amperów. Wydawać by się mogło, że prawdopodobieństwo uderzenia w budynek jest niewielkie, dlatego większość domów jednorodzinnych nie posiada zewnętrznej instalacji odgromowej.
Zabezpieczenie paneli PV
Do zabezpieczania paneli PV przed skutkami prądów zwarciowych wykorzystuje się odpowiednie bezpieczniki topikowe poziomu I oraz dedykowane wyłączniki nadprądowe DC. Bezpieczniki odłączają panele, w których doszło do zwarcia, od reszty instalacji PV, natomiast wyłączniki nadprądowe zabezpieczają instalację oraz przewody przed skutkami awarii po stronie prądu stałego.
Warto dodać, że z racji swej konstrukcji panele PV nie wymagają dodatkowych zabezpieczeń powierzchni – przy prawidłowo wykonanym montażu osiadający na panelach kurz i zabrudzenia będą samoistnie spływać w trakcie deszczu. Proces ten można jednak w pewnym stopniu przyspieszyć, stosując dedykowane powłoki hydrofobowe (odpychające wodę), które nie redukują ilości światła słonecznego docierającego do panelu, jednocześnie ułatwiając spłukiwanie zanieczyszczeń z powierzchni paneli PV.
Jak zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną przed piorunami?
Zabezpieczeniem przed takimi sytuacjami są ochronniki przepięć. Domowa instalacja fotowoltaiczna połączona jest z instalacją zasilania budynku, co powoduje, że podlega tym samym zasadom ochrony. Specjalne ochronniki umieszcza się na głównej tablicy budynku lub w osobnych skrzynkach elektrycznych. Ich zadaniem jest sprawowanie pieczy nad przewodami zasilającymi dom (fazowymi i N-neutralnymi). Zabezpieczają przewody napięcia stałego prowadzące od modułów do falownika oraz przewody napięcia przemiennego pomiędzy falownikiem, a przyłączem sieci elektrycznej. W przypadku, gdy długość przewodów wynosi więcej niż 10 metrów, wtedy należy zastosować dodatkową osłonę.
Jak działają ochronniki?
Najczęściej są to iskierniki lub warystory, półprzewodniki, które przewodzą wysokie napięcie. Aby ochronnik był skuteczny, musi zostać połączony z potencjałem ziemi. W przypadku pojawienia się przepięcia w przewodzie automatycznie zmniejsza swoją rezystancję (opór) do zera i prowadzi nagromadzoną energię właśnie tam. Dzięki temu rozładowuje niebezpieczne napięcie, nie pozwalając na awarię przy wejściu do falownika lub modułu.
Do czego służy przewód ochronny PE?
Również ważny w tym przypadku jest przewód ochronny PE - przewód w instalacji elektrycznej, który nie jest obciążony prądami roboczymi. Łączy on jednocześnie wszystkie inne elementy przewodzące z uziemionym punktem układu sieci. W ten sposób przewód ochronny zmniejsza ryzyko porażenia elektrycznego. W celu zapewnienia najwyższej ochrony instalację fotowoltaiczną powinno się łączyć z konstrukcją wsporczą oraz ze wspólnym uziemieniem. Brak uziemionego punktu naraża domowników na niebezpieczeństwo uszkodzenia sprzętu elektrycznego i elektronicznego, a całą instalację fotowoltaiczną na poważną awarię.
Zabezpieczenie inwertera PV
Jako kluczowy element każdej instalacji fotowoltaicznej, inwerter (falownik) powinien być zabezpieczony po obu stronach systemu PV, tzw. w obwodzie prądu stałego i w obwodzie prądu zmiennego. Do izolacji inwertera od reszty instalacji służą bezpieczniki topikowe poziomu II oraz dedykowane rozłączniki, pozwalające skutecznie odciąć falownik od paneli i okablowania.
Zabezpieczenie przeciwpożarowe instalacji fotowoltaicznej
Instalacje PV ulegają uszkodzeniu lub zniszczeniu w wyniku pożaru jedynie sporadycznie, niemniej jednak niezbędne jest zabezpieczenie każdej instalacji PV zgodnie z bieżącymi wymaganiami ustawowymi w tym zakresie. Oznacza to w praktyce, że każdy budynek o kubaturze przekraczającej 1000 m3 oraz budynki, w których wyznaczono strefy zagrożenia wybuchem, muszą być wyposażone w oddzielny wyłącznik ppoż. Fotowoltaika montowana na tego rodzaju budynkach może dzięki temu zostać skutecznie i bezpiecznie odcięta od zasilania, co ułatwia prowadzenie ewentualnej akcji gaśniczej.
Zgodnie z obowiązującymi przepisami ppoż fotowoltaika powinna być gaszona wyłącznie przy użyciu środków gaśniczych przeznaczonych do likwidowania pożarów instalacji elektrycznych, czyli gaśnicami proszkowymi lub pianowymi. Każdorazowo należy również zgłosić pożar fotowoltaiki Państwowej Straży Pożarnej, po czym odciąć płonącą instalację fotowoltaiczną od źródła zasilania i wyłączyć inwerter.
Jak wykonać instalację fotowoltaiczną zgodną z wymaganiami ochrony przeciwpożarowej?
Warto podkreślić, że zagrożenia pożarowe dla każdej instalacji fotowoltaicznej powinny być uwzględniane przez instalatorów. Nie ma jednoznacznej wykładni, która by wskazywała, jak wykonać instalacje fotowoltaiczne pod kątem ochrony przeciwpożarowej. Niemniej jednak uniknięcie ryzyka pożaru jest bardzo ważnym zagadnieniem, na które kładziony jest coraz większy nacisk. 19 września 2020 r. weszło w życie rozporządzenie, na mocy którego każdy projekt instalacji powyżej 6,5 kW musi być uzgodniony z rzeczoznawcą do spraw przeciwpożarowych, co tylko potwierdza istotę bezpieczeństwa instalacji fotowoltaicznych. Na pewno sposób montażu przewodów, złączek i innych komponentów, prawidłowy dobór przewodów, zabezpieczenie instalacji przed przeciążeniem znacząco wpływa na bezpieczeństwo pożarowe.
Do czego służy wyłącznik przeciwpożarowy?
Wyłącznik przeciwpożarowy w instalacji fotowoltaicznej chroni ludzi i przedmioty przy pośrednim lub bezpośrednim kontakcie z prądem. Gwarantuje zabezpieczenie przeciwpożarowe, kontroluje szczelność izolacji oraz odłącza zasilanie. Wyłącznik powinien być zamontowany blisko paneli fotowoltaicznych, tak aby długość kabla, w którym będzie płynąć napięcie prądu stałego była jak najkrótsza. Stworzy to bezpieczne środowisko w przypadku akcji służb ratunkowych – zmniejszy potencjalne uszkodzenia, a także zapewni bezpieczeństwo całego systemu fotowoltaicznego.
Na co zwrócić uwagę przy wykonywaniu instalacji fotowoltaicznej?
Na pewno należy zwrócić uwagę na specyfikę instalacji prądu stałego i kwestii wygaszenia łuku, jeśli taki powstanie. Szczególnie istotne jest staranne prowadzenie przewodów i zabezpieczenie ich przed narażeniem mechanicznym. Fachowcy zwracają uwagę, że innymi istotnymi czynnikami są zwarcia, źle dobrane przewody, wtyczki złej jakości czy brak zastosowania ochrony przetężeniowej w instalacji w postaci wyłączników.
Podsumowanie
Fotowoltaika rozwija się bardzo dynamicznie, a Polska dysponuje jednymi z najlepszych warunków do wykorzystywania energii słonecznej w tej części Europy. Wszystkie przedstawione aspekty sprawiają, że instalacje fotowoltaiczne znacznie różnią się od innych systemów, co sprawia, że niezbędne jest fachowe podejście i wiedza techniczna w celu poprawnego zabezpieczenia takiej instalacji. Dlatego też odpowiednie zabezpieczenie instalacji fotowoltaicznej to kluczowe zadanie, którym powinien zająć się wykwalifikowany pracownik.
