Nacházíte se zde: Úvod Informace pro veřejnost PodkladyFVE Sborník příspěvků Tipy Triky č. 9 update 2012

Tipy Triky č. 9 update 2012

Tipy a triky - Ochrana fotovoltaických zdrojů před bleskem a přepětím, aktualizovaná verze k veletrhu ELECTRON 2012

  

Tipy a triky - Ochrana fotovoltaických zdrojů před bleskem a přepětím – Update 2012

Fotovoltaické elektrárny a ochrana před bleskem

Dalibor Šalanský, člen ILPC, Luma Plus, s. r. o.,( http://www.lumaplus.cz/)
Jan Hájek, organizační složka Praha, Dehn + Söhne GmbH + Co. KG (www.dehn.cz) www.kniSka.eu


V současné době je stále jasnější, že budoucnost zajištění energií není jednobarevná. Každý zdroj energie má svoje výhody a nevýhody. Sluneční energie dopadá na celou naší planetu a místem, kde se zatím bez užitku na většině staveb mění na teplo, bez toho aniž by bylo využito je střecha. Střechy objektů jsou zároveň místem, které je pro umístění fotovoltaických panelů nejenom nejvhodnější, ale zároveň dojde k nejmenšímu omezení životního prostoru. Konkurencí fotovoltaickým panelům jsou v současné době na střechách kromě teras, parků a jiných relaxačních zón v podstatě pouze systémy na ohřev vody. Umístění na střeše má jako každé řešení své výhody, ale i nebezpečí a rizika, nyní se podíváme na to, jak je dost podstatně snížit.

                                                                                  8

                                                                                  Obr. 1. Sluneční kolektory na střeše rodinného domku

Z principu fotovoltaických (FV) elektráren vyplývá, že FV panely pro svou funkci a pro dosažení co nejvyššího vyrobeného výkonu musí být instalovány v místě s co nejdelší dobou slunečního svitu. Těmito místy jsou fasády a střechy objektů. Téměř vždy jde o místo, které je ohroženo přímým úderem blesku, neboť sběrná plocha pro určení pravděpodobnosti úderu blesku, zejména u velkých elektráren s výkonem řádově stovek kilowattů, je skutečně velká. Elektrárny jsou navíc postaveny v lokalitě, v jejímž nejbližším okolí není žádný vysoký objekt, který by snad mohl být náhodným jímačem (výškové budovy, stromy apod.). Důvodem je skutečnost, že v časných ranních a pozdních odpoledních hodinách tyto objekty vytvářejí stín. Situace FV elektráren je z hlediska ochrany před bleskem skutečně nepříznivá, navíc jsou použité komponenty citlivé i na přepětí šířící se distribuční soustavou. Typická hodnota izolační pevnosti FV panelu je přibližně do 1 kV a měniče 4 kV. Při ochraně před bleskem je třeba počítat i s tím, že výstupní stejnosměrné napětí z FV článků se pohybuje v rozmezí 200 až 900 V. Jestliže se tedy majitel rozhodne zařízení chránit před bleskem a přepětím, s největší pravděpodobností nevystačí jen např. s ochranami pro běžné napájecí instalace, ale bude pro něj výhodnější obrátit se na odborníka, specialistu, který vytvoří řešení přímo na míru dané aplikace.

Je skutečně třeba FV elektrárnu chránit před bleskem (popř. spínacím přepětím), když je pojištěná?
V první řadě je zapotřebí zajistit její trvalý bezporuchový provoz. FV aplikace nejsou investicí s rychlou
návratností, která by se zhodnotila během dvou či tří let. Běžná návratnost investovaných peněz při zachování současných výkupních cen elektrické energie vyráběné FV elektrárnou se pohybuje v rozpětí osmi až dvanácti let. Vstupní náklady na 1 kW se pohybují mezi 40000 a 50000 korunami. Jakýkoliv výpadek provozu se projeví např.
zhoršenou možností splácet poskytnutý úvěr a nižším komfortem užívání budovy. Převážná většina FV panelů instalovaných v České republice je složena výhradně ze zahraničních komponent. Jejich poškození je spojeno s výměnou za nové prvky, které nebývají vždy „po ruce“. Čekací doba může být i několik týdnů a to se projeví na ztrátovosti uvedené aplikace. Pro pojišťovací společnosti nejsou FV aplikace příliš výhodným obchodem vzhledem k vysokému riziku jejich poškození. Například podle Svazu německých pojišťoven tvoří škody způsobené přepětím a bleskem až 45 % z celkově vyplácených částek. Situace bude nejspíše obdobná jako u větrných elektráren. Trend v provozování FV elektráren se bude projevovat růstem cen jejich pojištění a zaváděním spoluúčasti klienta na škodě, přičemž výše spoluúčasti se bude odvíjet od míry rizika ohrožení aplikace. Jestliže se tedy klient rozhodne zmíněné riziko snížit, projeví se tato skutečnost na jím vynaložených nákladech na pojištění a rovněž vyloučením práce a starostí při řešení škod.

Návrhy řešení ochrany před bleskem je možné na střechách rozdělit do  rozdělit do několika podskupin:
1.1 Panely na střeše rodinného domu se střešní krytinou z nevodivého materiálu,
kdy:
a) celou aplikaci je možné umístit do ochranného prostoru jímací soustavy,
b) celou aplikaci není možné umístit do ochranného prostoru jímací soustavy.

1.2 Panely na střeše rodinného domu se střešní krytinou z vodivého materiálu

Návrh řešení ochrany před bleskem podle
1.1a
V tomto případě je třeba především zkontrolovat prostorové řešení rozmístění panelů na střeše objektu. Panely budou umístěny v dostatečné vzdálenosti s od jímací soustavy. Ochranný prostor jímací soustavy je možné ještě zvětšit jímači na hřebenáčích nebo využitím malých pomocných jímačů vytvořených z kousků drátu. Vše je zřejmé z tohoto obrázku:

                                                                             9

                                                                             Obr. 2. Ochranný úhel jímací soustavy podle 1.1a
Další variantou je pro vytvoření izolovaného hromosvodu na stávajícím objektu využít moderní komponenty pro svody jímací soustavy, jako jsou vodiče HVI (obr.3.) či HVI light (obr.4).

18                                                 19

 

Obr. 3. Izolovaný hromosvod s vodičem HVI                                                                 Obr. 4. Izolovaný hromosvod s vodičem HVI light

Díky izolačním vlastnostem tohoto vodiče, který je pro bleskový proud ekvivalentem 0,75 m nebo 0,45 m vzdálenosti ve vzduchu, lze provést jímací soustavu v izolovaném provedení i na objektech, kde to v minulosti nebylo takto jednoduše proveditelné.

Důležité upozornění:
Nosnou konstrukci FV panelů je třeba pospojit s ekvipotenciální přípojnicí (EP) měděným vodičem (lanem) o minimálním průřezu 6 mm2 (viz svorka UNI).

                                                                                      23

Vodič pospojování ani kabely od FV článků se nikde nesmí přiblížit k jímací soustavě na vzdálenost menší, než je vypočítaná vzdálenost s. Při této variantě umístění FV panelů je zapotřebí se dále zabývat pouze indukovaným přepětím. Přímý úder blesku nebo nekontrolované přeskoky nehrozí. Podle výstupního stejnosměrného napětí z FV panelů je nutné zvolit přepěťovou ochranu, která bude umístěna co nejblíže k FV panelům pro jejich ochranu před indukovaným přepětím. Na vstupu do měniče bude instalována stejná přepěťová ochrana pro zabezpečení bezporuchového provozu měniče.

                                                                                    15

 

 


Poznámka:
Jeli vzdálenost mezi FV panely a měničem řádově několik metrů (měřeno po vedení), není třeba instalovat svodiče přepětí na oba konce, ale postačí je umístit pouze u měničů. Taková situace nastane v mnoha případech. Měniče se často instalují těsně pod střechou. Toto řešení má několik výhod, neboť po objektu není taženo stejnosměrné vedení s poměrně vysokým napětím, které navíc nelze v podstatě vypnout. Dále je třeba se zaměřit na ochranu celé aplikace ze strany distribuční soustavy, neboť odtud bude ohrožena přece jenom častěji než od přímého úderu blesku do objektu (spínací přepětí, blízké i vzdálené údery blesku, jejichž energie se šíří distribuční soustavou do značných vzdáleností). A zde je nutné věnovat velkou pozornost způsobu napojení FV elektrárny na distribuční soustavu. V každém případě jde o samostatné rozvody, které se netýkají běžných rozvodů v objektu. Střídavý výstup 230 V je veden do nového elektroměrového rozváděče (EMR), který se většinou umísťuje vedle dosavadního EMR určeného pro měření spotřeby v objektu, a dále do přípojkové skříně. Pro správné rozmístění svodičů přepětí je třeba znát, kde bude EMR instalován. Jeli EMR umístěn na obvodové zdi objektu nebo uvnitř těsně za obvodovou zdí, nenastanou větší problémy. Je výhodné instalovat svodič bleskových proudů Typ 1 do samostatného rozváděče před oba elektroměry (nutný souhlas rozvodných závodů). Může být použit modul DEHNbloc M; ten potom chrání nejen FV elektrárnu, ale i všechny běžné rozvody v objektu. Samozřejmostí je instalace svodiče Typ 2 do hlavního rozváděče
(HR), popř. podružného rozváděče (PR) uvnitř objektu. Těsně před měnič se umísťují svodiče přepětí Typ 2, např. DEHNguard M. Důležité je zřídit u měniče pomocnou ekvipotenciální přípojnici a všechny neživé části mezi sebou kvalitně propojit (obr. 5).

                                                 10

                                               Obr. 5. Malá FV elektrárna na RD s hromosvodem – dostatečná vzdálenost s je dodržena

 


Jestliže je EMR usazen na hranici pozemku ve větší vzdálenosti od rodinného domku (RD), což je běžné u nových objektů, lze volit z několika způsobů instalace svodičů přepětí:
A. Výstupní vedení z FV měniče se přeruší v místě, kde opouští budovu, a zde se do nového rozváděče umístěného zvenčí nebo zevnitř objektu instalují svodiče Typ 1. Důležité je kvalitní pospojování a vyrovnání potenciálů. Stejně by se měly instalovat svodiče pro běžnou spotřebu RD.
B. Nechceli majitel RD poškodit fasádu nebo není li zde instalace možná, umístí se svodiče Typ 1 stejně jako v případě A, tedy před elektroměry do samostatného rozváděče. Vedení k FV elektrárně, ale i do RD pro běžnou spotřebu se umístí do kovové stínicí trubky na obou koncích pospojované na EP a uzemněné. Z hlediska ochrany před bleskem je řešení A výhodnější než řešení B, z finančního hlediska je to naopak. Svodiče bleskových proudů Typ 1 je vhodné instalovat na rozhraní zón bleskové ochrany LPZ 0 a LPZ 1; tím je obvodová zeď objektu.
Pozor! Toto řešení je při přímém úderu blesku do objektu nedostatečné! Opět záleží na majiteli, jak kvalitní ochranu chce mít a kolik prostředků do ní bude investovat.

Návrh řešení ochrany před bleskem podle 1.1b
V tomto případě půjde o kompromisní řešení, kde není možné zaručit kvalitní ochranu zejména FV panelů. Bohužel právě ty jsou nejdražší položkou v rozpočtu celé elektrárny, navíc je jejich výměna při případném poškození dosti složitá. Proto je třeba hledat všechny cesty, aby bylo možné FV panely umístit do ochranného prostoru jímací soustavy, včetně dodržení dostatečné vzdálenosti s. Co tedy dělat, když tento postup nebude možný (např.z důvodu rozměrů panelů nelze dodržet dostatečnou vzdálenost s)? Nosné rámy panelů se pečlivě propojí s jímací soustavou na několika místech (obr. 6).

                                                                      11

                                                                      Obr. 6. Kvalitní propojení nosných rámů panelů s jímací soustavou

Nesmí vzniknout tzv. slepé konce svodů – bleskový proud by v těchto místech mohl nekontrolovaně přeskočit na nejbližší uzemněný kovový předmět (tím může být i napájecí vedení uložené na půdě pod střechou). Dále je třeba zajistit, aby panely FV článků netvořily část jímací soustavy, do které by mohl přímo udeřit blesk. Toho lze dosáhnout instalací pomocných jímačů. Rovněž je vhodné zvýšit počet svodů a rozmístit je symetricky okolo objektu tak, aby celý bleskový proud neprocházel přes nosnou konstrukci panelů, ale měl možnost
se rozdělit. Stejnosměrné vedení od FV panelů k měniči bude chráněno speciálním svodičem bleskových proudů. Zde
je možné s výhodou použít zcela unikátní svodič DEHNlimit PV 1 000, který je speciálně určen pro sítě do 1 000 V DC
a dokáže omezit stejnosměrný následný proud až do velikosti 100 A. Jeho ochranná úroveň up ≤ 3 kV je pod hranicí impulsní odolnosti na vstupních svorkách měniče. Tento svodič se instaluje těsně před vstup do měniče. Vedení od FV článků se uloží do kovové trubky nebo žlabu (obr. 7).

                                                       12

                                                      Obr. 7. Malá FV elektrárna na RD s hromosvodem – dostatečná vzdálenost s není dodržena

Opět je třeba dbát na dobré pospojování. U napojení na distribučnísoustavu se postupuje stejně jako v bodě 1.1a .


Návrh řešení ochrany před bleskem podle 1.2
Nelze -li dodržet dostatečnou vzdálenost s mezi jímací soustavou a nosnou konstrukcí panelů, je nutné volit stejný postup jako v případě 1.1b. Je tedy vhodné na kovové střeše vytvořit samostatnou jímací soustavu kvalitně pospojovanou se střešní krytinou. Důvodem je možné poškození krytiny při přímém úderu blesku (propálení).
Možnosti jsou znázorněny na obr. 8 a obr. 9.

13            14  

 Obr. 8. Podpěra vedení pro střechy z trapézového plechu        Obr. 9. Detail samostatné jímací soustavy na kovové střeše

Svodiče přepětí pro stejnosměrné napětí, včetně základních technických údajů, jsou ukázány na obr. 10 a obr. 11. 

 

15

Obr. 10. Svodič přepětí pro stejnosměrné napětí DEHNguardM YPV 600SCI

 

17

Obr. 11. Svodič přepětí pro stejnosměrné napětí DEHNlimit PV 1000

Akce dokumentů
« srpen 2019 »
srpen
PoÚtStČtSoNe
1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031
 
Osobní nástroje