Ochrana solárních článků před bleskem a přepětím
 | |
| Ochrana solárních článků před bleskem a přepětím Ing. Jiří Kutáč, zastoupení DEHN + SÖHNE Úvod Účinná ochrana solárních článků před bleskem a přepětím je nutná z hlediska životnosti solárních generátorů (asi dvacet let) a citlivé elektroniky měničů. Majitelé objektů i soukromých společností se stále častěji rozhodují pro investici do solární techniky, která je většinou instalována na volných střešních prostorách objektů. Z důvodu velkých prostorových nároků jsou tato zařízení obzvlášť ohrožena při bouřkách bleskovými výboji. Příčinou přepětí v solárních kolektorech jsou indukční a kapacitní vazby, které jsou způsobeny i vzdálenými bleskovými výboji a spínacími přepětími ze sítě nn. Přepětí vzniklá v důsledku šíření bleskového proudu a může způsobit škody na solárních modulech a měničích. To zpravidla má závažné následky v provozu zařízení. K nákladům na opravu zařízení je nutné připočítat také ztráty vyvolané výpadkem zařízení.  Obr. 1. Návrh jímací soustavy Nutnost ochrany před bleskem Obecně je u objektu třeba rozlišit jeho umístění, provedení a využití a zda na něm je či není instalován hromosvod. Na budovách veřejného charakteru, jako jsou školy, nemocnice apod., je vyhláškami a normami stanovena povinnost zřídit hromosvod. U soukromých a neveřejných staveb je hromosvod někdy opomenut. Častým důvodem je finanční hledisko; riziko pak plyne z nerespektování citlivosti vnitřních elektrických a elektronických zařízení. Je-li budova, kde se mají instalovat solární kolektory, bez hromosvodu, je třeba zvážit, zda po jejich instalaci nebude nutné zřídit hromosvod pro celou budovu. Podle aktuálního stavu technických poznatků instalace solárních článků nezvyšuje riziko úderu blesku do těchto budov, solární články by však neměly být přímo spojeny s hromosvodní ochranou. Články totiž představují zvýšené nebezpečí pro elektrická a elektronická zařízení uvnitř budovy z důvodu svedení části bleskového proudu přes existující kabelové šachty a kabelové rošty (galvanická vazba). V nich se také mohou indukovat přepětí v důsledku elektromagnetického pole. Proto je nutné při projektování ochrany přihlížet k přípustnému (maximálnímu) riziku objektu a vypočítanému (skutečnému) riziku podle nově připravovaného souboru norem EN 62305-2 (Řízené riziko). Jsou rozlišovány čtyři třídy systému ochrany před bleskem (LPS): I až IV. Na základě výpočtu řízeného rizika lze zjistit, zda jsou navržená ochranná opatření před bleskem a přepětím dostatečná.  Tab. 1. Přehled DEHNguard Y PV Solární články na objektech bez hromosvodu Možná místa instalace přepěťových ochran:
Provozní napětí přepěťové ochrany je nutné navrhnout tak, aby bylo vyšší než napětí naprázdno generátoru za studeného zimního dne při maximálním slunečním svitu. Přepěťové ochrany jsou v různých provedeních a napětích. Také pro napětí generátorů jsou k dispozici speciální přepěťové ochrany až do 1 000 V (tab. 1). Je možné instalovat přepěťové ochrany řady DEHNguard s bezpotenciálovým kontaktem pro dálkovou signalizaci stavu svodiče. Tak lze uspořit náklady na kontrolu (revizi) svodičů po bouřkách.  Obr. 2. Solární články na budově s hromosvodem Ochranná opatření před přepětím jsou účinná jen místně. Součástí solárních článků je zejména měnič, který může být vzdálen několik metrů od rozváděče generátoru. Je rovněž chráněn svodiči přepětí na straně stejnosměrného napětí. Svodiče přepětí stejných typů jsou instalovány i v rozváděči generátoru. Pro snížení příčných přepětí v hlavním stejnosměrném vedení generátoru se doporučuje použít stíněné vedení. Solární články na objektech s hromosvodem Řádný stav systému ochrany před bleskem a přepětím na budově se ověřuje výchozí nebo pravidelnou revizí. Zjištěné závady na hromosvodu (silná koroze součástí, uvolněné nebo chybějící spoje) by měl revizní technik písemně oznámit majiteli objektu nebo provozovateli zařízení. Při instalaci kolektorů by se mělo přihlížet k aktuálnímu stavu hromosvodu. Solární kolektory by měly být umístěny v ochranném prostoru vnější jímací soustavy. Jímací soustava, např. jímací tyče, má zabránit přímému úderu blesku a zároveň nesmí zastínit kolektory (obr. 1). Je spojena s již existující jímací soustavou a svody spojena se zemí. Je nutné upozornit na to, aby byla dodržena dostatečná vzdálenost s mezi jímací soustavou a solárními články, okapy nebo anténami. Dostatečnou vzdálenost lze vypočítat podle EN 62305-3. Nelze-li dodržet dostatečnou vzdálenost s, je nutné vodivě spojit hromosvod a konstrukci solárních článků, jak je znázorněno na obr. 2. Ve všech jiných případech je třeba zabránit přímému vodivému spojení hromosvodu a kovových konstrukcí článků.  Obr. 3. Solární články na objektu s hromosvodem – schéma zapojení přepěťových ochran Na obr. 3 je ukázán návrh ochrany před přepětím pro budovu s hromosvodem. Možná místa instalací jsou:
Na vstupu měniče DC je přepěťová ochrana zapojena na hlavní vedení generátoru. Provozní napětí přepěťové ochrany je nutné navrhnou tak, aby bylo vyšší než napětí naprázdno generátoru za studeného zimního dne při maximálním slunečním svitu. Přepěťové ochrany na vstupu měniče chrání měnič před přepětím, které může vzniknout na nestíněném vedení generátoru. Nachází-li se hlavní vedení generátoru mimo ochranný prostor jímací soustavy, buď musí být stíněno (dimenzováno na bleskový proud), nebo musí být uloženo např. v kovové trubce, která je schopna vést bleskový proud. Stínění hlavního vedení musí být vodivě spojeno s konstrukcí nejen na straně generátoru, ale také na straně vstupu měniče DC se zemí. Je-li použito stíněné vedení, má stínění vedle snížení přepětí další ochranný účinek ve vztahu k elektromagnetické kompatibilitě (EMC – electromagnetic compatibility),( anténní charakteristika vedení generátoru). Vyzařované elektromagnetické pole tohoto vedení bude značně sníženo. Průřez stínění by měl být minimálně 16 mm2 Cu, aby vydržel účinky bleskových proudů.  Obr. 4. Ochranná opatření pro objekt se solárními články Napájecí síť nn Vyrovnání potenciálů bleskového proudu je podstatnou součástí ochrany před bleskem všech metalických vedení, která vstupují do chráněného objektu. Požadavky na vyrovnání potenciálů bleskového proudu jsou splněny přímým spojením neživých kovových částí a nepřímým spojením živých vodičů přes svodiče bleskových proudů na hlavní vyrovnání potenciálů co nejblíže vstupu do objektu. Tímto ochranným opatřením se zabrání šíření bleskového proudu v objektu. Zvolené svodiče bleskového proudu (např. DEHNbloc Maxi) musí odpovídat danému typu napájecí sítě nn (TN-C, TN-S, TT) a měly by být na bázi jiskřiště. Svodiče přepětí mohou být i kombinované, např. DEHNventil, typ 1 a 2, který umožňuje instalaci i citlivých elektronických zařízení do 5 m od místa jeho instalace. Je-li koncové zařízení vzdáleno více než 5 m od DEHNventilu, je třeba před ně umístit svodič přepětí, např. DEHNguard nebo S-Protector, typ 2 nebo 3 (obr. 4). Vyrovnání potenciálů Solární generátory jsou svou funkcí srovnatelné s anténami. Proto je nutné kovové konstrukce solárních generátorů odborně uzemnit. K zabránění přeskoků na jiné konstrukce nebo součásti budov a pro zmenšení elektromagnetického pole by měly být uzemňovací přívody (vedení vyrovnání potenciálů) přednostně vedeny vně budovy nejkratší trasou k zemniči. Následná rozhodnutí by měla vycházet z přehledu, kde budou umístěny přepěťové ochrany a instalováno vyrovnání potenciálů. Shrnutí Při instalaci solárních článků je vhodné postupovat takto:
Informace o dalších výrobcích DEHN + SÖHNE zájemci naleznou na www.dehn.cz. | |