Efektivní Přepěťová ochrana pro fotovoltaické systémy zaručuje nejen dlouhodobý provoz a zachování hodnoty systému, ale také významně přispívá k bezpečnosti provozu. Ať už je to způsobeno přímým nebo blízkým úderem blesku, spínacími operacemi v elektrické síti nebo vnitřními změnami zátěže - přepětí může vážně poškodit elektrické komponenty fotovoltaického systému. Možnými následky jsou vadné střídače, zničené moduly nebo dokonce požáry. Kromě bezpečnostních rizik jsou značná ekonomické ztráty z důvodu oprav a odstávek výroby.
Odpojovač a přepěťová ochrana
Obecně platí, že přepěťová ochrana a Odpojovač základní součásti fotovoltaického systému. Mají však různé účely. Odpojovače slouží k bezpečnému vypínání obvodů, například při údržbě nebo v případě poruchy. Elektricky odpojují fotovoltaický systém od sítě nebo střídače a umožňují tak bezpečnou práci na systému. Jedná se o čistě mechanické spínače bez ochranné funkce proti přepětí. Naproti tomu přepěťová ochrana chrání elektrické komponenty před nebezpečnými napěťovými špičkami a bleskově odvádí taková krátká, ale potenciálně destruktivní přepětí do země.
Co je to přepětí?
K přepětí dochází, když elektrické napětí v systému krátkodobě překročí maximální přípustnou hodnotu - často o násobek normálního provozního napětí. Toto Napěťové špičky trvají jen krátce, ale mohou značné škody příčinu. Příčiny přepětí lze zhruba rozdělit do dvou kategorií:
1. atmosférická přepětí
Mezi atmosférické vlivy patří především Údery blesku. Přímý úder blesku do fotovoltaického systému nebo jeho okolí může způsobit. Extrémní napěťové impulsy příčinu. I vzdálený náraz však stačí k tomu, aby se v kabelech prostřednictvím elektromagnetického pole indukovalo nebezpečné napětí. To se označuje jako Impulsní napětí blesku. Jsou obzvláště energeticky bohaté a mají velmi strmý vzestup.
2. přepětí v síti
Naopak přepětí související se sítí jsou způsobena procesy v elektrické síti nebo v samotné elektrické soustavě. Typickými spouštěči jsou spínání velké elektrické zátěže, Krátký klíče nebo Rezonanční efektykde se mohou v síti hromadit a zesilovat elektrické oscilace. Tyto tzv. Spínací impulsní napětí mají obvykle nižší energie, ale jsou také potenciálně škodlivé.
Třetí kategorii představují tzv. Dočasná přepětí (TOV - dočasné přepětí). Jsou způsobena dlouhodobým zvýšením napětí, například v důsledku poruchy nulového vodiče, a vzhledem ke své délce trvání mohou způsobit i značné škody.
Normy a pokyny pro přepěťovou ochranu fotovoltaických systémů
Přepěťová ochrana fotovoltaických systémů podléhá velkému množství technických předpisů, které se týkají různých aspektů plánování, instalace, provozu a údržby. Jejich středobodem je norma DIN VDE 0100-712, která je zastřešující normou shrnující všechny požadavky na elektrické instalace fotovoltaických systémů. Týká se jak stejnosměrného, tak střídavého proudu a odkazuje na další příslušné normy, zejména na opatření na ochranu před přepětím, systémy ochrany před bleskem a povinnosti zkoušek.
Pro provozovatele, projektanty a montážní firmy je zásadní, aby rozuměli příslušným normám v souvislostech a správně je aplikovali - nejen pro splnění zákonných požadavků, ale také pro zajištění technické provozní bezpečnosti a pojistitelnosti systému. Následující tabulka poskytuje strukturovaný přehled nejdůležitějších norem a směrnic v kontextu přepěťové ochrany fotovoltaických systémů:
| Norma / pokyn | Předmětová oblast | Oblast použití | Speciální funkce |
| DIN VDE 0100-712 (2019) | Elektrická bezpečnost fotovoltaických systémů | Stejnosměrná a střídavá strana (moduly, střídače, úložné jednotky, kabely, odpojovací zařízení atd.) | Základní norma pro fotovoltaické instalace, upravuje také integraci přepěťové ochrany |
| DIN VDE 0100-443 (povinné od 12/2018) | Povinnost ochrany proti přepětí | Budovy s fotovoltaickými systémy (obytné, komerční, veřejné budovy) | Přepěťová ochrana je povinná v případě ohrožení života, majetku nebo IT systémů. |
| DIN VDE 0100-534 | Zavedení přepěťové ochrany | Výběr, instalace a koordinace přepěťových ochran (SPD) | Upravuje technické detaily: úroveň ochrany, výběr typu, místo instalace, vedení kabelů. |
| DIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 | Ochrana před bleskem (vnější/vnitřní) | Budovy s vnějšími systémy ochrany před bleskem | Doplněk 5 obsahuje specifické informace o integraci fotovoltaiky do systémů ochrany před bleskem. |
| DIN EN 62305-2 / VDE 0185-305-2 | Analýza rizik | Všechny budovy, případně před instalací systému ochrany před bleskem. | Určení, zda a v jakém rozsahu je nutný systém ochrany před bleskem. |
| DIN VDE 0100-600 | Prvotní kontrola elektrických systémů | Stávající fotovoltaické systémy | Pravidelná kontrola, dokumentace a údržba systému přepěťové ochrany. |
| DIN VDE 0126-23-1 | Provoz a údržba | Stávající fotovoltaické systémy | Pravidelná kontrola, dokumentace a údržba systému přepěťové ochrany. |
| Směrnice VdS (např. VdS 2010, 3145) | Doporučení pro upisování | Zejména pro systémy montované na zem nebo na střechy s hořlavými stavebními materiály. | Doplňkové požadavky pojišťovnictví na minimalizaci rizik a požární ochranu |
Koncepce přepěťové ochrany pro fotovoltaické systémy
Účinná přepěťová ochrana pro Fotovoltaické systémy vyhovující požadavkům pojištění není založena na jednotlivých zařízeních, ale na promyšlené celkové koncepci. Ta zohledňuje prostorovou strukturu systému, typ připojení, přítomnost vnějšího systému ochrany před bleskem a individuální požadavky na bezpečnost a dostupnost. Ústředním prvkem je tzv. Víceúrovňová ochranatj. kombinace různých ochranných zařízení s koordinovaným ochranným chováním:
Hrubá ochrana (typ 1): Používá se, pokud je k dispozici externí systém ochrany před bleskem nebo je vyžadován na základě analýzy rizik. Je schopen bezpečně odvést velmi vysoké bleskové proudy dříve, než se dostanou do navazujících systémů. Typické místo instalace: Hlavní rozváděč nebo místo vstupu bleskového proudu.
Středová ochrana (typ 2): Slouží k vybití indukovaného nebo spínaného přepětí a používá se nezávisle na externím systému ochrany před bleskem téměř ve všech fotovoltaických systémech. Chrání citlivá zařízení, jako jsou střídače, bateriová úložiště nebo řídicí elektronika. Typické místo instalace: dílčí rozváděč, měnič nebo připojovací skříň generátoru.
Jemná ochrana (typ 3): Doplňuje koncepci ochrany o místní ochranu koncových zařízení, zejména u zvláště citlivé elektroniky. To vyžaduje koordinaci s proudovými chrániči typu 2. Typické použití: přímo před komunikačními nebo řídicími jednotkami.
Koncepce ochrany vždy začíná Analýza rizikExistuje vnější ochrana před bleskem? Nachází se budova v oblasti ohrožené bleskem? Jaké třídy ochrany jsou požadovány? Jaké jsou délky kabelů a rozdíly potenciálů? Na základě těchto faktorů se rozhoduje, jaká ochranná opatření jsou nutná a kde by měla být ochranná zařízení umístěna.
Klíčový je nejen výběr správných komponent, ale také jejich odborná instalace: co nejkratší kabelové trasy, správná koordinace mezi úrovněmi ochrany, správné uzemnění a vyrovnání potenciálů. Pouze pokud jsou všechny úrovně ochrany koordinovány, lze účinně snížit energii přepětí a omezit škodlivé zbytkové napětí na bezpečnou úroveň.
Komponenty pro ochranu proti přepětí ve fotovoltaických systémech
K účinné ochraně fotovoltaických systémů před přepětím a účinky blesku se používají různé technické komponenty. Jsou speciálně přizpůsobeny požadavkům na stejnosměrnou a střídavou stranu a na komunikační a datová vedení. Tzv. Svodič přepětí (SPD - Surge Protective Devices) podle typu 1-3 patří mezi nejdůležitější zařízení.
Externí ochrana před bleskem (je-li vyžadována)
Vnější ochrana před bleskem se používá, pokud to vyžaduje analýza rizik nebo pokud je budova již vybavena vhodným systémem. Cílem je zachytit přímé údery blesku a bezpečně je odvést do země. To zahrnuje záchytná zařízení, jako jsou tyče nebo dráty na exponovaných místech, svody pro bezpečné vedení proudu a dobře dimenzovaný uzemňovací systém. Tato opatření chrání především konstrukci budovy a slouží k tomu, aby požární ochrana staveb - Citlivé elektronické součásti fotovoltaického systému vyžadují dodatečnou vnitřní přepěťovou ochranu. Ochrana proti přepětí pro komunikační a datová vedení
Přepěťová ochrana (vnitřní ochrana před bleskem)
Přepěťová ochranná zařízení (SPD) chrání Elektrická zařízení proti následkům nepřímých úderů blesku a přepětí. Podle místa použití a požadavků na ochranu se rozlišují tři typy: Typ 1 (svodič bleskových proudů) svádí vysoké bleskové proudy a používá se především u vstupu do budovy. Typ 2 (svodič přepětí) chrání před spínacími a vzdálenými přepětími a používá se v elektroměrových skříních, rozváděčích nebo na střídačích. Typ 3 (jemná ochrana) doplňuje typ 2 a chrání zvláště citlivá zařízení, jako jsou komunikační komponenty. Ve fotovoltaických systémech se obvykle vyžaduje harmonizovaná kombinace všech tří typů.
Rozdíly mezi ochrannými zařízeními na stejnosměrné a střídavé straně fotovoltaických systémů
Fotovoltaické systémy pracují jak se stejnosměrným proudem (DC) na straně solárních modulů, tak se střídavým proudem (AC) po konverzi ve střídači. Na obou stranách je nutná ochrana proti přepětí. vždy povinné. V závislosti na typu napětí se ochranná zařízení výrazně liší svou konstrukcí, funkčností a technickými požadavky.
Na Strana stejnosměrného proudu - Tj. mezi solárními moduly, řetězci a střídačem - tok proudu zůstává konstantní v jednom směru. Při vypínání tak může vzniknout stabilní oblouk, který je obtížné uhasit. Stejnosměrná ochranná zařízení proto musí mít větší kontaktní vzdálenosti, speciální komory pro zhášení oblouku nebo jiná technická opatření, která tento oblouk bezpečně přeruší. Kromě toho jsou stejnosměrné přístroje polarizované, tj. jsou zřetelně označeny "+" a "-" a musí být instalovány podle směru proudu. Typickým místem instalace jsou rozvodné skříně generátorů nebo strunové skříně v bezprostřední blízkosti modulů. U delších kabelů - například delších než 10 metrů - mezi solárním generátorem a střídačem se doporučuje použití dalších ochranných zařízení.
Na Strana AC - za střídačem, tj. v oblasti napájení ze sítě, usnadňují periodické přechody střídavého proudu přes nulu zhášení oblouku. Ochranná zařízení, jako jsou miniaturní jističe nebo svodiče přepětí, mají proto v této oblasti obvykle kompaktnější konstrukci. Obvykle nejsou polarizovány a často jsou označeny "Line" a "Load", aby se rozlišila vstupní a výstupní strana. Obvykle se instalují do elektroměrové skříně, do rozvodnic nebo přímo na výstup střídavého proudu měniče.
Další součásti
Na straně stejnosměrného proudu před měničem se obvykle nacházejí Rozvodné skříně generátorů s integrovanou přepěťovou ochranou. Jistič zbytkového proudu (RCD) jsou instalovány na straně střídavého proudu, aby byla zajištěna ochrana osob a systému v případě poruchových proudů. Sog. Kombinovaný svodič (typ 1+2+3) nabízejí ochranu před bleskovým proudem a přepětím v jednom zařízení a instalují se na střídavé straně, zejména v budovách s vnějším systémem ochrany před bleskem. A konečně vestavěný Přepěťová ochrana datových kabelů poškození a napěťové špičky na monitorovacích, řídicích a komunikačních vedeních.
Kritéria výběru komponentů přepěťové ochrany pro fotovoltaické systémy
Výběr vhodných přepěťových ochran (SPD) vyžaduje pečlivou koordinaci s technickými podmínkami fotovoltaického systému. Rozhodující je přitom několik kritérií: . Jmenovité napětí (Uc) musí odpovídat napětí v systému - ať už na straně stejnosměrného nebo střídavého proudu - a zohledňovat možné napěťové špičky v případě poruchy. Na adrese . Přepěťová proudová zatížitelnost (Iimp pro typ 1, Imax pro typ 2) udává bleskové nebo přepěťové proudy, které může zařízení propouštět bez poškození. Stejně důležitý je Úroveň ochrany (Nahoru)Maximální napětí, které zařízení propustí, když reaguje - tato hodnota musí být nižší než dielektrická pevnost koncových zařízení, která mají být chráněna. Kromě toho by měl použitý transformátor splňuje normy a splňují požadavky normy DIN EN 61643-11. Zejména pro fotovoltaické systémy DC-CNC které jsou navrženy pro příslušná napětí v řetězci a požadovanou proudovou zatížitelnost.
Instalace a umístění
Správná instalace a umístění zařízení je pro účinnou ochranu zásadní. V zásadě platí následující: Kratší kabelové trasy mezi ochrannými zařízeními a chráněnými součástmi, čím nižší je riziko indukovaná přepětí. Zejména na straně stejnosměrného proudu je možné použít Zemní spojení s nízkou impedancí jsou nezbytné, aby bylo možné spolehlivě odvést vybitý proud do země. Místa instalace závisí na příslušných požadavcích na ochranu: Na Strana stejnosměrného proudu Snímače jsou obvykle instalovány v řetězové skříni a na vstupu měniče. Na Strana AC jsou umístěny v elektroměrové skříni a - v závislosti na velikosti systému - v dílčích rozváděčích. Také Komunikační linkynapříklad pro připojení k síti Ethernet nebo RS485, by měly být chráněny pomocí Samostatná ochranná zařízení k ochraně datových záznamníků, řídicích jednotek nebo jednotek vzdáleného monitorování před poškozením přepětím.
Údržba přepěťové ochrany
Přepěťová ochrana pro fotovoltaické systémy je Nízké nároky na údržbuale není bezúdržbový. Protože komponenty při každém přepětí rozptylují elektrickou energii, podléhají přirozenému opotřebení. Pro zajištění dlouhodobé ochrany jsou proto nezbytné pravidelné vizuální kontroly a funkční testy. Moderní systémy mají optický nebo Elektronické stavové displejekteré udávají aktuální stav zařízení. Zejména po bouřkách nebo známých poruchách v síti je vhodné provést cílenou kontrolu ochranných zařízení, zejména u systémů v oblastech náchylných k bleskům. Na adrese . Dokumentace je důležitá: pomáhá včas odhalit potenciální slabá místa a zároveň splňuje požadavky norem a pojišťoven. Koncepce údržby zaměřená na budoucnost proto zvyšuje provozní spolehlivost a životnost celého fotovoltaického systému.
Závěr
Účinná přepěťová ochrana je nejen nezbytná pro bezpečný a hospodárný provoz fotovoltaických systémů - často je také základním předpokladem pro jejich realizaci. Pojišťovny vyžadují promyšlenou koncepci přepěťové ochrany již ve fázi plánování, zejména u velkých komerčních systémů. Jen tak lze technicky zvládnout a ekonomicky ochránit před riziky způsobenými úderem blesku, událostmi v síti nebo vnitřními poruchami. Víceúrovňová koncepce ochrany v souladu s normami v kombinaci s odbornou instalací a pravidelnou údržbou zajišťuje provozní bezpečnost, dostupnost a zachování hodnoty systému v dlouhodobém horizontu.