Jak zabezpieczyć instalację fotowoltaiczną przed przepięciem? Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa wyjaśniona
Instalacja fotowoltaiczna na dachu to rozległa sieć przewodów, która może działać jak antena wychwytująca napięcia indukowane podczas burzy. Przepięcie — nawet to pochodzące z odległego wyładowania — potrafi w ułamku sekundy uszkodzić falownik, optymalizatory czy moduły. W artykule wyjaśniamy, czym różni się ochrona odgromowa od przeciwprzepięciowej i jak dobiera się ograniczniki przepięć w instalacji PV.
Czym różni się ochrona odgromowa od ochrony przeciwprzepięciowej?
Ochrona odgromowa (zewnętrzna) chroni budynek i instalację PV przed bezpośrednim uderzeniem pioruna — odprowadza prąd piorunowy do ziemi przez zwody, przewody odprowadzające i uziomy. Ochrona przeciwprzepięciowa (wewnętrzna) chroni urządzenia elektryczne, w tym falownik, przed skutkami przepięć, które powstają nawet przy wyładowaniu w sąsiedztwie budynku lub przy przepięciach łączeniowych w sieci.
To dwa różne, ale uzupełniające się systemy. Sama instalacja odgromowa na dachu nie uchroni falownika przed przepięciem indukowanym w przewodach DC i AC — do tego potrzebne są ograniczniki przepięć (SPD, ang. Surge Protective Device) montowane w odpowiednich miejscach instalacji.
W praktyce większość uszkodzeń falowników i optymalizatorów po burzy to właśnie skutki przepięć indukowanych, a nie bezpośrednich uderzeń pioruna w panele. Dlatego ochrona przeciwprzepięciowa jest elementem, którego nie powinno się pomijać nawet w instalacjach bez zewnętrznej instalacji odgromowej budynku.
Zgodnie z obowiązującymi normami i wytycznymi projektowymi dobór zabezpieczeń zależy od tego, czy budynek posiada zewnętrzną instalację odgromową, jaka jest odległość między miejscem montażu paneli a falownikiem oraz jaki jest poziom zagrożenia piorunowego dla danej lokalizacji.
Jak dobrać ograniczniki przepięć (SPD) do instalacji PV?
Ograniczniki przepięć dobiera się odrębnie dla strony DC (między panelami a falownikiem) i strony AC (między falownikiem a siecią), uwzględniając napięcie pracy instalacji, liczbę modułów połączonych szeregowo w łańcuchu (string) oraz długość przewodów.
Na etapie projektu bierze się pod uwagę między innymi:
- napięcie trwałej pracy ograniczanej instalacji (Uc) — musi być dopasowane do maksymalnego napięcia łańcucha modułów,
- klasę ogranicznika (typ 1, typ 2 lub typ 1+2) w zależności od obecności zewnętrznej instalacji odgromowej,
- lokalizację SPD — zazwyczaj przy wejściu kabli DC do falownika oraz przy wyjściu AC do rozdzielnicy,
- długość przewodów — ochronniki przeciwprzepięciowe powinny być instalowane na obu końcach każdego dłuższego przewodu łączącego elementy systemu, co ogranicza ryzyko, że sam przewód stanie się źródłem indukowanego napięcia.
W budynkach z zewnętrzną instalacją odgromową (piorunochronem) wymagania są bardziej rygorystyczne — stosuje się ograniczniki typu 1 lub kombinowane typu 1+2, zdolne odprowadzić znacznie większe prądy udarowe. W budynkach bez zewnętrznej instalacji odgromowej najczęściej wystarczające są ograniczniki typu 2, chroniące przed przepięciami pochodzącymi z sieci elektroenergetycznej oraz wyładowań w okolicy.
Dobór konkretnych parametrów (prąd wyładowczy, napięcie ochronne) powinien wykonać projektant lub instalator na podstawie obliczeń zgodnych z obowiązującymi normami — to nie jest element, który warto szacować „na oko”.
Gdzie montuje się zabezpieczenia przeciwprzepięciowe w instalacji PV?
Ograniczniki przepięć montuje się zazwyczaj w kilku punktach: w skrzynce przyłączeniowej generatora PV (strona DC), bezpośrednio przy wejściu do falownika oraz w rozdzielnicy głównej po stronie AC. Jeśli falownik jest oddalony od paneli o więcej niż kilkanaście metrów, zaleca się dodatkowy ogranicznik również przy panelach.
Typowy schemat ochrony obejmuje:
- SPD strona DC — montowany możliwie blisko falownika, chroni przed przepięciami wnikającymi od strony generatora fotowoltaicznego,
- SPD strona AC — montowany w rozdzielnicy głównej lub podrozdzielnicy, chroni falownik i inne urządzenia od strony sieci energetycznej,
- uziemienie konstrukcji — metalowa konstrukcja montażowa paneli oraz obudowy falownika powinny być połączone wyrównawczo i podłączone do instalacji uziemiającej budynku,
- w budynkach z piorunochronem — zachowanie odpowiednich odstępów izolacyjnych między instalacją PV a zwodami i przewodami odprowadzającymi, albo zastosowanie dodatkowych połączeń wyrównawczych, jeśli odstępu nie da się zachować.
Warto pamiętać, że nowoczesne falowniki hybrydowe — jak modele z serii Huawei SUN2000 czy Solplanet ASW-LT — mają często wbudowane podstawowe zabezpieczenia po stronie DC, ale to nie zwalnia z obowiązku zaprojektowania pełnej ochrony zgodnej z wymaganiami dla konkretnego budynku i poziomu ryzyka.
Czy warto wykonać analizę ryzyka piorunowego przed montażem PV?
Tak, w przypadku budynków o podwyższonym ryzyku (duże połacie dachu, lokalizacja na otwartym terenie, wcześniejsze incydenty) analiza ryzyka piorunowego pozwala dobrać odpowiedni poziom ochrony (LPL) i uniknąć niedoszacowania zabezpieczeń. Dla typowego budynku jednorodzinnego decyzję o zakresie ochrony najczęściej podejmuje projektant na etapie projektu instalacji elektrycznej i PV.
Analiza uwzględnia m.in. gęstość wyładowań atmosferycznych w danym regionie, wysokość i powierzchnię budynku, obecność innych obiektów w otoczeniu oraz wartość chronionego mienia. Na tej podstawie określa się, czy konieczna jest zewnętrzna instalacja odgromowa, jaki typ ograniczników przepięć zastosować i czy potrzebne są dodatkowe środki, takie jak ekranowanie przewodów.
Koszt pełnej ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej zależy od wielkości instalacji, typu budynku i liczby wymaganych punktów ochrony — orientacyjnie stanowi on niewielki procent wartości całej inwestycji w fotowoltaikę, a znacząco obniża ryzyko kosztownej awarii falownika czy optymalizatorów po burzy. Dokładny zakres i koszt zabezpieczeń najlepiej ustalić indywidualnie z projektantem lub instalatorem, uwzględniając lokalne warunki.
| Element ochrony | Co chroni | Kiedy wymagany |
|---|---|---|
| Zewnętrzna instalacja odgromowa (piorunochron) | Budynek, konstrukcję, bezpośrednie uderzenie pioruna | Zależnie od analizy ryzyka i przepisów lokalnych |
| Ogranicznik przepięć typu 1 (lub 1+2) | Falownik i instalację PV przy budynku z piorunochronem | Budynki z zewnętrzną instalacją odgromową |
| Ogranicznik przepięć typu 2 | Falownik i urządzenia przed przepięciami z sieci/otoczenia | Budynki bez zewnętrznej instalacji odgromowej |
| Uziemienie i połączenia wyrównawcze | Konstrukcję montażową, obudowy, ramy paneli | Zawsze w instalacji PV |
Pamiętaj
- Ochrona odgromowa chroni budynek przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, a ochrona przeciwprzepięciowa (SPD) chroni falownik i urządzenia przed przepięciami indukowanymi — to dwa uzupełniające się systemy.
- Dobór ograniczników przepięć (typ 1, 2 lub 1+2) zależy od tego, czy budynek ma zewnętrzną instalację odgromową, od napięcia pracy instalacji i długości przewodów DC/AC.
- Pełną ochronę instalacji PV projektuje się indywidualnie — warto skonsultować dobór zabezpieczeń z doświadczonym instalatorem, zamiast szacować parametry samodzielnie.
Zastanawiasz się, jaki zestaw zabezpieczeń odgromowych i przeciwprzepięciowych sprawdzi się w Twojej instalacji? Skontaktuj się z EL-MAX i umów bezpłatną konsultację oraz wycenę dopasowaną do Twojego budynku.
