Ochranné a spínací přístroje FV zdrojů

 

 

V praxi má jediný fotovoltaický (FV) článek díky malému výkonu jen malé využití. Proto se jednotlivé články spojují do větších celků, tzv. FV panelů (modulů). Skupina FV panelů spojených společně do série se nazývá string (řetězec). Výkonné fotovoltaické zdroje jsou tvořeny velkým počtem sério-paralelně řazených panelů, které tvoří tzv. FV pole.

 

Jelikož FV články vyrábějí stejnosměrnou elektrickou energii, je tato energie transformována prostřednictvím měniče (invertoru) na střídavou elektrickou energii požadovaných parametrů.

 

Specifické vlastnosti FV zdrojů:

 

V popředí zájmu je doba návratnosti investice. Na ní se odrazí samozřejmě jak technické provedení a účinnost instalace, tak doba provozu.

 

Z toho pohledu je kladen velký důraz na snížení rizik a případný rozsah poruch na minimum.

 

Fotovoltaické panely, měniče a kabely představují nejnákladnější část investice v rámci celé FV aplikace, a proto se ochrana zaměřuje předně na tyto části.

 

K poruše, v krajním případě k destrukci, může dojít vlivem atmosférických a spínacích přepětí. Dalším potencionálním zdrojem poruchy je zkratování části elektrického obvodu, které může mít za následek proudové přetížení určitých částí s důsledkem až jejich možného zničení, případně i vznik požáru. To je důvodem, proč je u fotovoltaických aplikací kladen důraz na použití přístrojů osvědčeného výrobce.

 

Jak bylo již zmíněno, FV články jsou zdrojem stejnosměrné elektrické energie. V praktických aplikacích se vyskytují stejnosměrná napětí převážně do 1 000 V DC. Hodnoty napětí jsou dány počtem panelů řazených v sérii jednotlivých FV polí.

 

Průběh stejnosměrného elektrického proudu je v ideálním případě konstantní hodnoty a neprochází nulovou hodnotou, na rozdíl od střídavého elektrického proudu. Z toho důvodu je zřejmé, že vypínání stejnosměrného proudu, zvláště vyššího napětí, je obtížnější ve srovnání se střídavým proudem, a proto je pro ochranu a spínání ve stejnosměrných aplikacích nezbytné použít speciální ochranné a spínací přístroje, které jsou pro tyto účely určeny.

 

Na výstupu z měniče jsou střídavé elektrické veličiny, pro které lze použít odpovídající prvky pro jištění a spínání standardních střídavých elektrických obvodů.

 

 

Díky velkorysé státní podpoře je na FV aplikace často pohlíženo především z finančního hlediska. Do popředí zájmu se dostává návratnost investice. Optimalizací projektu už ve fázi návrhu lze dosáhnout zajímavých úspor, čehož může být typickým příkladem návrh kabelového vedení. Použitím optimálního poměru pořizovací ceny kabelu a ztrát ve vedení lze minimalizovat celkové náklady na vedení, což se příznivě odrazí v návratnosti investice. K optimalizaci kabelového vedení pro AC stranu lze s výhodou využít program SICHR verze 10.

 

Všechna tato specifika je důležité vzít v úvahu při návrhu ochranných a spínacích prvků elektrické instalace.

 

V případě většího počtu paralelně řazených stringů je nutné zajistit ochranu FV panelů proti zpětným proudům a nadproudovou ochranu kabelů.

 

Jištění stringů je občas opomíjeno, a to v souvislosti s tím, že zkratový proud I_sc FV panelu je jen o 10 až 20 % větší než jeho jmenovitý provozní proud.

 

V případě aplikace s maximálním počtem tří stringů nehrozí poškození panelu poruchovým zpětným proudem vyvolaným zkratem. Riziko tepelného přetížení kabelů vlivem zkratu lze v tomto případě řešit jejich vhodným předimenzováním. Při větším počtu paralelních stringů je nutno vzít v úvahu hodnotu možného zpětného proudu s ohledem na maximální dovolený zpětný proud FV panelu.

 

Společnost OEZ s. r. o., jako tradiční výrobce jisticích a spínacích přístrojů nízkého napětí, je schopna nabídnout sortiment výrobků vhodný i pro FV aplikace (viz tabulka). Podrobnější informace o výrobcích OEZ naleznou zájemci na: http://www.oez.cz

 

 

 

 

1. Jak volit jmenovité napětí a jmenovitý proud pojistkových vložek pro DC jištění FV zdrojů?

Parametry se volí s ohledem na výsledné sério-paralelní zapojení FV panelů a jejich vlastnosti.

 

Pro jmenovité napětí jistících přístrojů platí: U_n ≥ 1,2·V_{OC_STC}·M

M – počet panelů v sérii,

V_{OC_STC} – napětí naprázdno FV panelu.

 

Činitel 1,2 zohledňuje nárůst napětí při nízkých teplotách okolí, výrobní tolerance FV panelů apod.

 

Pro volbu jmenovitého proudu pojistkové vložky platí: 1,4·I_SC ≤ I_n ≤ 0,85·I_{MOD_REVERSE} pro pojistkové vložky charakteristiky gR; gS; gG In ≥ 10 A

 

1,4·I_SC ≤ I_n ≤ 0,7·I_{MOD_REVERSE} pro pojistkové vložky charakteristiky gR; gS; gG I_n < 10 A

I_SC – zkratový proud FV panelu, I_{MOD_REVERSE} – maximální dovolený zpětný proud panelu.

 

Činitel 1,4 zohledňuje použití při teplotách okolí 60 °C , intenzitě záření 1 000 W·m^–2 a vlivu cyklického zatěžování.

 

Je-li výrobcem panelu předepsána maximální hodnota jištění, je nutné tuto hodnotu akceptovat.

 

 

2. Za jakých podmínek je nezbytná ochrana proti proudovému přetížení u FV aplikací na DC straně?

Ochrana proti proudovému přetížení se nemusí provádět u FV vodičů stringů a FV polí, je-li zatížitelnost vodiče ≥1,25·I_{SC STC} v každém místě.

 

Ochrana proti proudovému přetížení se nemusí provádět u hlavních vodičů FV, pokud je zatížitelnost vodiče ≥1,25·I_{SC STC} FV zdroje.

 

3. Lze použít sériové řazení pojistek pro dosažení vyššího jmenovitého napětí pojistkové skupiny?

V žádném případě. U sériové kombinace pojistek nelze zaručit rovnoměrné rozložení vypínacích procesů v případě poruchového stavu. Jedna pojistková vložka vždy převezme větší poměr vypínacích procesů a z toho důvodu může dojít k jejímu přetížení nad hranici konstrukčních možností.