Zagrożenia i zakłócenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych

Wszystkie urządzenia oraz instalacje elektryczne i elektroniczne są narażone na szereg negatywnych zjawisk mogących zakłócić ich pracę lub powodować ich uszkodzenie. Również instalacje fotowoltaiczne i ich elementy składowe są na nie narażone. Poza tym, prąd elektryczny stanowi zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi i zwierząt. Stosowanie zabezpieczeń ma na celu zapobieganie skutkom zagrożeń związanych z prądem elektrycznym i zakłóceniami w sieci. Zagrożenia i zakłócenia są różne, np.:

  • porażenie prądem elektrycznym
  • uszkodzenie izolacji podstawowej
  • zwarcia
  • przeciążenia
  • przepięcia
  • wyładowania atmosferyczne
  • oraz zagrożenia i uszkodzenia wynikające z błędów instalatorów lub użytkowników instalacji

W każdej instalacji, systemie elektrycznym można zastosować szereg różnych zabezpieczeń. Każda instalacja jednak będzie podlegała innym wymogom instalowania zabezpieczeń, a zależą one od wielu czynników. Za każdym razem dobór zabezpieczeń leży po stronie projektanta i bierze on pod uwagę cel i opłacalność stosowania danej ochrony ze względu na:

  • bezpieczeństwo ludzi i zwierząt
  • wartość mienia narażonego na szkodę
  • koszty ewentualnych napraw
  • wymagane środki finansowe do zastosowania danej ochrony
  • ewentualne różnice w opłatach składek ubezpieczeniowych

Bezpieczeństwo ludzi i zwierząt jest nieocenione i zawsze bierze się je pod uwagę na samym początku. Jak wynika z danych statystycznych o śmiertelnych wypadkach porażeń prądem elektrycznym w Polsce w latach 2005-2009 opracowanych przez dr inż. Lecha Danielskiego i mgr inż. Piotra Danielskiego, aż 30% wypadków związanych z porażeniem prądem elektrycznym występuje w domu. Z kolei, zgodnie z tym co podaje Stowarzyszenie Elektryków Polskich, najczęstszą przyczyną wypadków jest niewłaściwe postępowanie człowieka. Wynika z tego, że najczęstszymi przyczynami wypadków są albo lekkomyślność, albo niewłaściwe zabezpieczenie instalacji. Należy o tym bezwzględnie pamiętać przy projektowaniu systemu zabezpieczeń elektrycznych. Kolejne kwestie uwzględniane przez projektanta to kwestie finansowe. Należy zbadać, czy wszystkie środki ochrony urządzeń są opłacalne, tzn. czy zastosowanie środka ochrony nie jest droższe niż naprawa lub wymiana urządzeń.

System fotowoltaiczny to także urządzenie elektryczne. Z punktu widzenia elektrotechniki, jest to źródło energii elektrycznej, czyli elektrownia. Poza tym jest to generator prądu, którego element przetwarzający energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną jest wystawiony na bezpośrednie oddziaływanie warunków atmosferycznych. Sam system fotowoltaiczny posiada również inne osobliwe cechy, stwarzające specyficzne wymagania dla zabezpieczeń elektrycznych. W związku z powyższym, dla systemów fotowoltaicznych zostały określone specjalne zasady co do zabezpieczania instalacji. Nie wolno do systemów fotowoltaicznych odnosić tylko zasad stosowania zabezpieczeń w instalacjach odbiorczych prądu przemiennego, ponieważ system fotowoltaiczny jest osobliwym źródłem energii elektrycznej, a nie odbiornikiem. Niedopuszczalne jest również stosowanie zabezpieczeń dedykowanych do systemów prądu przemiennego po stronie DC inwertera. Należy pamiętać, że system fotowoltaiczny to źródło, elektrownia.

Osobliwe cechy systemów fotowoltaicznych, odróżniających je od innych źródeł to:

  1. System jest wystawiony na bezpośrednie oddziaływanie warunków atmosferycznych
  2. Zależność prądu po stronie DC od natężenia promieniowania słonecznego
  3. Napięcie na zaciskach modułu jest pojawia się nawet przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego,
  4. Mała wartość prądu zwarcia po stronie DC – 1,2In
  5. Odizolowanie źródła od ziemi po stronie DC

W punkcie 1 mowa oczywiście o panelach fotowoltaicznych oraz oprzewodowaniu po stronie DC. Panele są narażone przede wszystkim na bezpośrednie wyładowanie atmosferyczne, ale także na śnieg powodujący zacienienie. Z kolei przewody po stronie DC systemu są narażone na oddziaływanie promieniowania słonecznego.

Poniżej zostały przedstawione przykładowe charakterystyki prądowo napięciowe modułu fotowoltaicznego w zależności od natężenia promieniowania słonecznego.

char I-U

Na charakterystykach zostały zaznaczone punkty pracy panela fotowoltaicznego. Z charakterystyk można odczytać wartości prądów zwarcia (w chwili U=0V) i widać, że są one niewiele większe niż prądy znamionowe (w punkcie pracy). W zależności od natężenia promieniowania słonecznego, zmienia się moc modułu i jest to wynikiem przede wszystkim zmiany prądu – napięcie zmienia się nieznacznie.

W związku z powyższym, dla systemów fotowoltaicznych projektuje się następujące rodzaje ochrony:

  • Ochrona przeciwporażeniowa
  • Ochrona odgromowa
  • Ochrona przeciwprzepięciowa
  • Ochrona przetężeniowa i zwarciowa
  • Izolowanie i rozłączanie instalacji

Wyżej wymienione środki ochrony należy zapewnić zarówno po stronie DC instalacji jak i po stronie AC.

Zobacz również:

  • Ochrona przeciwporażeniowa w systemach fotowoltaicznychOchrona przeciwporażeniowa w systemach fotowoltaicznych System fotowoltaiczny to elektrownia i wszystkie osoby mogące mieć do niej dostęp muszą być bezpieczne. Przede wszystkim należy zadbać o zapewnienie ochrony podstawowej – przed dotykiem […]
  • Zabezpieczenia w fotowoltaice – ochrona pasmZabezpieczenia w fotowoltaice – ochrona pasm W systemach fotowoltaicznych istotna jest ochrona przetężeniowa i zwarciowa, czyli ochrona pasm w przypadku zacienienia, zasłonięcia lub uszkodzenia jednego lub kilku paneli. Zasłonięty […]
  • Książki dla elektrykaKsiążki dla elektryka Zawsze byłem zdania, że jeśli nie poszerzamy wiedzy w dziedzinie, w której się specjalizujemy, prędzej czy później wypadniemy z rynku. Ja czytam prawie codziennie. Postanowiłem polecić Ci […]

2 myśli na temat “Zagrożenia i zakłócenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych

  1. Bardzo rzetelny i przydatny wpis. Zdecydowanie widać, że autor wie, o czym pisze.

  2. Bardzo przydatny artykuł. Można dowiedzieć się całkiem ciekawych rzeczy.

Dodaj komentarz

Podpis *
Email *
Witryna internetowa