Panele PV narażone są na pożary i przepięcia, a także prądy udarowe indukowane w instalacji. Przepięcia indukowane mogą wystąpić zarówno w panelach, jak i przewodach czy układów sterowania. Mogą prowadzić do uszkodzeń falownika oraz sprzętu elektrycznego i elektroniczny. Dlatego budynek z instalacją PV powinno się wyposażyć w ochronę odgromową i przeciwprzepięciową – tym bardziej, że jej obecność to warunek uzyskania odszkodowania z polisy w przypadku szkody.

Zagrożenia związane z instalacjami PV

Na zaciskach modułów PV napięcie występuje zawsze, gdy dociera do nich światło, niezależnie od warunków atmosferycznych. Jakiekolwiek uszkodzenie pojedynczego ogniwa, skutkujące zwarciem podtrzymywanym przez kolejne ogniwa, może doprowadzić do zapłonu. Standardowe systemy zabezpieczeń nie są w stanie wyłączyć zasilania modułów PV!

Systemy PV, ze względu na długość przewodów i ekspozycję na zewnątrz, są podatne na indukowane napięcia oraz prądy udarowe. Przepięcia mogą uszkodzić nie tylko same panele, ale również falowniki i urządzenia elektryczne w budynku.

Z kolei najczęstszą przyczyną pożaru jest energia uwolniona z bezpośredniego wyładowania piorunowego. W takim przypadku potencjalne straty w budynku wyposażonym w instalację PV będą znacznie większe niż w budynku bez takiej instalacji. Jednocześnie jednak sama obecność instalacji nie zwiększa ryzyka pożaru!

Czy ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa instalacji PV jest obowiązkowa i dlaczego powinna być?

Obowiązujące przepisy nie nakładają obowiązku instalowania ochrony odgromowej dla każdej instalacji PV. Jednakże „ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa” może być warunkiem niezbędnym do objęcia instalacji PV ubezpieczeniem. OWU (ogólne warunki ubezpieczenia), których klient często nie czyta zbyt wnikliwe, mogą wymagać ochrony przeciwprzepięciowej i odgromowej.

Określenie poziomu ochrony odgromowej (Lightning Protection Level, LPL) wymaga przeprowadzania analizy ryzyka, zgodnie normą PN-EN 62305-2. Z analizy wynika informacja o wymaganym poziomie ochrony (LPL) oraz o konkretnych rozwiązaniach technicznych, które pozwolą ograniczyć ryzyko do wymaganego poziomu. W niemieckiej wersji normy (DIN EN 62305-3) jest informacja, że wymaganiom dla instalacji PV odpowiada urządzenie piorunochronne wykonane w klasie III LPS (LPL III) – podobne wymagania w wytycznych wytycznych VdS 2010 stawia Stowarzyszenie Niemieckich Firm Ubezpieczeniowych. Z kolei w Polsce ubezpieczyciele wymagają co najmniej IV klasy LPS (poziom ochrony LPL III) i ochrony przeciwprzepięciowej. W ogólnych warunkach ubezpieczenia (OWU) wskazana jest III klasa LPL.

Zasady doboru środków ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej instalacji PV

W budynkach bez zewnętrznego systemu odgromowego mogą wystąpić napięcia indukowane wskutek pobliskich wyładowań piorunowych lub w wyniku przenoszenia się przepięć z sieci elektroenergetycznej zasilającej obiekt. W tym przypadku zaleca się montaż ograniczników przepięć klasy T2:

• w rozdzielnicy głównej budynku,
• na wyjściu AC falownika,
• na wejściu DC falownika,
• na wyjściu paneli PV (jeśli przewody przekraczają 10 m),
• na wejściach sterujących falownika (jeśli są wykorzystywane).

Dodatkowo wymagane jest skuteczne uziemienie konstrukcji nośnej ogniw PV (przewód min. 6 mm² Cu).

W przypadku budynków z systemem odgromowym:

• stosuje się zwody pionowe projektowane metodą kąta ochronnego lub toczącej się kuli,
• konieczne jest uwzględnienie problemu zacienienia modułów PV przez elementy ochrony (przykładowo – dla zwodu pionowego o średnicy 10 mm min. odległość wynosi 1,08 m, a dla zwodu o średnicy 16 mm – 1,76 m),
• należy zachować odstępy separacyjne pomiędzy przewodami a systemem odgromowym (zgodnie z norma PN-EN 62305-3), a jeśli nie ma takiej możliwości – stosować przewody izolacji wysokonapięciowej (HVI), co ważne – zgodne z normą IEC TS 62561-8;
• należy stosować połączenia wyrównawcze, które zmniejszają względne różnice potencjałów między urządzeniami i elementami zarówno na dachu, jak i wewnątrz budynku. Należy połączyć wszystkie konstrukcje wsporcze PV przewodem o minimalnym przekroju 6 mm² Cu lub równoważnym, natomiast okablowanie od innych urządzeń elektrycznych lub elektronicznych na dachu należy wprowadzić do budynku poprzez ograniczniki przepięć klasy T2;
• należy zainstalować odpowiednie ograniczniki przepięć.

Należy zastosować następujące ograniczniki przepięć:

• w rozdzielnicy głównej ogranicznik klasy T1, kombinowany (w oparciu o iskiernik),
• na wyjściu AC falownika ogranicznik klasy T2 (jeśli długość przewodów do rozdzielnicy jest większa niż 10 m),
• na wejściu DC falownika w miejscu przyłączenia kabli z paneli PV ogranicznik klasy T2 przeznaczony do systemów PV,
• na wyjściu paneli PV, jeśli długość przewodów do falownika jest większa niż 10 m, ogranicznik przepięć klasy T2 przeznaczony do systemów PV.

Falowniki i ochrona przepięciowa

Falowniki należą do najdroższych i najbardziej wrażliwych elementów instalacji PV. Ich uszkodzenie może skutkować całkowitym zatrzymaniem produkcji energii. Ochrona przepięciowa powinna być dostosowana do parametrów falownika, z uwzględnieniem właściwego doboru w torach AC i DC.

Farmy fotowoltaiczne

W przypadku większych instalacji PV stosuje się te same zasady ochrony, jednak skala zabezpieczeń jest odpowiednio większa. Wymagana jest m.in. rozbudowana instalacja uziemiająca, system zwodów chroniących wszystkie moduły PV oraz rozmieszczenie ograniczników przepięć w kluczowych punktach.

Często popełniane błędy

• brak analizy ryzyka pod kątem ochrony odgromowej przed montażem systemu PV,
• instalacja paneli bez dostosowania istniejącej ochrony odgromowej,
• nieuwzględnienie odstępów separacyjnych,
• zastosowanie nieskoordynowanych ograniczników,
• stosowanie przewodów nieprzeznaczonych do ochrony odgromowej.

O tym warto pamiętać

Właściwie zaprojektowana ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa zwiększa bezpieczeństwo obiektu oraz żywotność instalacji PV. W przypadku braku takiej ochrony koszty napraw lub wymiany urządzeń mogą obniżyć opłacalność inwestycji. W skrajnych przypadkach koszty mogą znacząco przewyższyć potencjalne zyski.