Instalacje paneli słonecznych (PV) — instalacja i bezpieczeństwo prądu stałego

Instalacja paneli słonecznych (PV — fotowoltaika) konwertuje światło słoneczne na prąd stały (DC) w modułach, a falownik konwertuje to na prąd przemienny (AC), który jest podłączany do instalacji i sieci. To brzmi prosto, ale strona DC pęka z wieloma nawykami, które elektryk ma z instalacji AC — i tam leży niebezpieczeństwo i błędy. Wymagania normatywne znajdują się w DS/HD 60364-7-712.

• 01Moduły — poszczególne panele, które każdy dostarcza DC napięcia i prądu w zależności od natężenia światła.
• 02Ciąg (string) — moduły połączone w szeregu, aby ich napięcia były sumowane do zakresu pracy falownika.
• 03Kable DC i wyłącznik DC — między strunami a inwerterem, z możliwością odłączenia strony DC.
• 04Inwerter — konwertuje DC na 230/400 V AC i synchronizuje się z siecią.
• 05Przyłączenie AC — przez własną grupę z ochroną prądową i prądową błędu do tablicy i dalej do sieci zgodnie z Regulaminem wspólnym.

Każdy może zamontować i połączyć instalację fotowoltaiczną, jeśli została kupiona jako kompletny produkt z instrukcją montażu. Ale podłączenie w rozdzielnicy zawsze wymaga uprawnień (§ 2 ustawy o uprawnieniach). Podłączenie wykonuje się zwykle na zaciskach wyjściowych falownika. Gdy instalacja jest podłączona na stałe, mogą ją naprawiać tylko uprawnieni instalatorzy elektryczni i firmy, które zawodowo serwisują instalacje fotowoltaiczne.

Duński Urząd ds. Przedsiębiorczości (dawniej Sikkerhedsstyrelsen) zebrał ogólne wymagania dla instalacji fotowoltaicznych. Instalacja podlega HD 60364, w tym HD 60364-7-712:2016. Oto najważniejsze dla strony DC:

• 01Strona DC musi mieć izolację podwójną lub wzmocnioną, a sprzęt musi być klasy II. Stosuj kable jednożyłowe.
• 02Kabli nie wolno układać bezpośrednio na powierzchni dachu. EN 50618 to norma dla kabli DC.
• 03SELV lub PELV można stosować, ale najwyżej przy 120 V DC.
• 04Po stronie DC falownika musi być rozłącznik.
• 05Złącza DC muszą spełniać EN 50521 i EN 62852. Złącza, do których mają dostęp osoby postronne, mogą być rozłączane tylko kluczem lub narzędziem.
• 06Jeśli jest więcej niż dwa równoległe łańcuchy, kable łańcuchów muszą mieć zabezpieczenie nadprądowe (HD 60364-7-712, punkt 712.53).
• 07Jeśli do falownika jest ponad 10 m, przy falowniku musi być ochronnik przepięciowy (SPD). Jeśli SPD jest wymagany po stronie AC, jest wymagany także po stronie DC.

Kabel AC przyłącza się jako zespół prądotwórczy po stronie zasilania urządzeń zabezpieczających, chyba że spełnione są wymagania HD 60364-5-551:2010, pkt 551.7.2. Wtyczka i gniazdo nie wchodzą w grę. 1-fazowe falowniki należy rozłożyć równomiernie na fazy, aby prąd nie był nierównomiernie rozłożony.

Przy AC napięcie przekracza zero 100 razy na sekundę; to pomaga ugasić łuk elektryczny, gdy wyłącznik się otwiera. Prąd stały nie ma zerowego przejścia — łuk DC będzie się palić i jest trudny do ugaszenia. Jednocześnie ciąg słoneczny jest pod napięciem, gdy tylko jest światło — nie można go "wyłączyć" u źródła. To oznacza dwie rzeczy: materiały DC (wyłączniki, wtyczki, kable) muszą być specjalnie oznaczone dla DC dla tego zadania, i nie można zrobić modułów beznapięciowymi poprzez przerwanie inwertera.

Napięcie nieczuwne stringu (Voc) musi być poniżej maksymalnego napięcia wejściowego falownika I poniżej maksymalnego napięcia systemowego instalacji. Krytyczne jest to, że moduł Voc WSPINA SIĘ, gdy robi się zimno - wbrew temu, co można by myśleć. Dlatego liczba modułów na string jest wymiarowana po najniższej spodziewanej temperaturze modułu, a nie po letnim dniu.

Eksempel: Et modul har Voc,STC = 41 V og β = −0,29 %/°C. Ved T_min = −10 °C bliver stigningen 0,0029 · (25 − (−10)) = 0,0029 · 35 = 0,102, altså ca. 10 %. Voc(kold) = 41 · 1,102 = 45,2 V pr. modul. Med en maksimal systemspænding på 1000 V bliver største strenglængde 1000 / 45,2 = 22,1 → 22 moduler pr. streng. Regner du kun med de 41 V ved 25 °C, ville du fejlagtigt tro, at 24 moduler var i orden — og overskride grænsen på en kold vinterdag.

Musi istnieć możliwość przerwania strony DC, aby falownik mógł być bezpiecznie serwisowany — zwykle przełącznik obciążenia DC blisko falownika, oznaczony pełnym napięciem i prądem struny DC. Niektóre instalacje są uzupełniane elektroniką na poziomie modułu (optymalizatory/mikrofalowniki) z funkcją bezpieczeństwa, która obniża napięcie struny do bezpiecznego poziomu po przerwaniu — korzyść dla bezpieczeństwa pożaru, ponieważ dach byłby inaczej pod pełnym napięciem DC, tak długo jak słońce świeci. Wykrywanie łuku (funkcja podobna do AFDD w falowniku) znajduje się na nowszych instalacjach i przerywa się przy rozpoczynającym się łuku DC.

Ramy modułów i system nośny (rama) to części przewodzące wystawione, które są łączone w wyrównanie potencjałów i połączone z uziemieniem instalacji — między innymi tak, aby monitoring izolacji w falownioku bez transformatora działał prawidłowo. Przy podwyższonym ryzyku pioruna uziemianie koordynuje się z systemem ochrony piorunochronnej budynku (DS/EN 62305), a ochrona przepięciowa (SPD) jest używana zarówno po stronie prądu stałego, jak i prądu zmiennego. Ciąg modułów plus/minus normalnie NIE jest uziemiany w falownioku bez transformatora — system prądu stałego jest unoszony (bez uziemiania), a falownik monitoruje rezystancję izolacji wobec ziemi.