Aparatura modułowa w instalacjach fotowoltaicznych - nowe wyzwania projektowe

Czym jest aparatura modułowa i jakie pełni funkcje w instalacji fotowoltaicznej?

Aparatura modułowa to grupa urządzeń elektrycznych przeznaczonych do montażu w rozdzielnicach. Jej podstawowym zadaniem jest ochrona instalacji, urządzeń oraz użytkowników, a także umożliwienie sterowania poszczególnymi obwodami oraz ich kontroli.

W instalacjach fotowoltaicznych stosuje się między innymi: wyłączniki nadprądowe, wyłączniki różnicowoprądowe, ograniczniki przepięć SPD, bezpieczniki topikowe DC, rozłączniki izolacyjne, styczniki, liczniki energii, urządzenia sygnalizacyjne, aparaturę sterującą i monitorującą.

Dobór poszczególnych elementów zależy od parametrów instalacji, rodzaju falownika, sposobu przyłączenia do sieci, zastosowanej ochrony przeciwprzepięciowej oraz planowanej rozbudowy systemu. 

Jakie funkcje pełni aparatura modułowa w instalacji PV?

Prawidłowo dobrana aparatura modułowa pełni kilka podstawowych funkcji związanych z bezpieczeństwem i funkcjonalnością instalacji fotowoltaicznej.

Ochrona przeciwporażeniowa

Wyłączniki różnicowoprądowe (RCD) służą do wykrywania prądów różnicowych i mogą automatycznie odłączyć zasilanie w przypadku wystąpienia niebezpiecznego prądu upływu.
Rodzaj zastosowanego RCD należy dobierać między innymi do konstrukcji falownika oraz zaleceń producenta.

Ochrona przeciwprzepięciowa

Jednym z najważniejszych elementów ochrony instalacji PV są ograniczniki przepięć SPD. Chronią one instalację i podłączone urządzenia przed skutkami przepięć, które mogą być związane z wyładowaniami atmosferycznymi oraz operacjami łączeniowymi w sieci elektroenergetycznej.

W instalacjach fotowoltaicznych ochrona przepięciowa może być potrzebna zarówno po stronie DC, jak i AC.

W praktyce spotykamy ograniczniki:

• typu I - stosowane w układach wymagających ochrony przed skutkami prądów piorunowych, w tym przed bezpośrednim uderzeniem pioruna,
• typu II - przeznaczone do ograniczania przepięć indukowanych i łączeniowych oraz ochrony przed częściowymi prądami piorunowymi,
• typu III - stosowane jako dodatkowy stopień ochrony, szczególnie w pobliżu wrażliwych odbiorników.
   

Dobór SPD ma ogromne znaczenie i powinien uwzględniać charakter instalacji, istniejącą ochronę odgromową, sposób prowadzenia przewodów oraz wymagania projektowe.

Jak dobrać zabezpieczenia do instalacji fotowoltaicznej?

Dobór zabezpieczeń w instalacji PV powinien być wykonany z uwzględnieniem parametrów elektrycznych danego systemu. Nie należy dobierać aparatury wyłącznie na podstawie mocy modułów fotowoltaicznych.

Szczególnie istotne jest rozróżnienie aparatury przeznaczonej do obwodów DC i AC. Urządzenia stosowane po stronie prądu stałego muszą być odpowiednio przystosowane do parametrów prądu stałego występującego w instalacji fotowoltaicznej.

Zabezpieczenia DC w instalacji fotowoltaicznej

Strona DC instalacji PV obejmuje obwód między modułami fotowoltaicznymi a falownikiem. W zależności od konfiguracji systemu mogą być stosowane między innymi bezpieczniki topikowe DC, rozłączniki izolacyjne DC oraz ograniczniki przepięć.

Bezpieczniki PV mogą być wymagane w instalacjach z wieloma równoległymi stringami, w których może wystąpić prąd zwrotny o wartości przekraczającej dopuszczalne parametry modułów lub przewodów.

Przed zastosowaniem zabezpieczenia należy sprawdzić jego napięcie znamionowe, prąd znamionowy oraz charakterystykę odpowiednią dla instalacji fotowoltaicznej.

Zabezpieczenia AC instalacji fotowoltaicznej

Po stronie AC aparatura modułowa zabezpiecza obwód łączący falownik z instalacją elektryczną budynku lub punktem przyłączenia.

W zależności od zastosowanego rozwiązania mogą być stosowane:

• wyłączniki nadprądowe, 
• wyłączniki różnicowoprądowe,
• ograniczniki przepięć,
• rozłączniki,
• aparatura pomiarowa,
• styczniki i elementy sterowania.

Parametry zabezpieczeń powinny być skoordynowane z mocą falownika, przewodami oraz istniejącą instalacją elektryczną.

Ograniczniki przepięć SPD - gdzie je stosować?

Lokalizacja ograniczników przepięć ma istotne znaczenie dla skuteczności ochrony. W instalacjach PV należy przeanalizować zarówno stronę DC, jak i AC.

Po stronie DC ogranicznik przepięć SPD może być instalowany w pobliżu falownika lub w innych punktach wynikających z konfiguracji instalacji oraz długości przewodów. Po stronie AC ograniczniki przepięć mogą znajdować się w rozdzielnicy obsługującej falownik oraz w odpowiednich punktach instalacji budynku. Istotna jest również długość przewodów łączących SPD z chronionym obwodem.

Na co zwrócić uwagę przy projektowaniu i rozbudowie instalacji fotowoltaicznej?

Rozbudowa instalacji PV o kolejne moduły, magazyn energii lub ładowarkę samochodu elektrycznego może zmienić warunki pracy całego systemu. Należy ponownie sprawdzić obciążalność przewodów, parametry zabezpieczeń, selektywność oraz ochronę przeciwprzepięciową.

Warto również pozostawić rezerwę miejsca w rozdzielnicy fotowoltaicznej. Ułatwi to późniejszy montaż dodatkowych zabezpieczeń, liczników, styczników czy urządzeń systemu EMS.

Nowoczesne rozdzielnice PV łączą w sobie zabezpieczenia AC i DC z aparaturą pomiarową, sterowaniem i monitoringiem. Dzięki temu instalacja może współpracować z magazynem energii, ładowarką EV czy systemem zarządzania energią.

Prawidłowo zaprojektowana aparatura modułowa zwiększa bezpieczeństwo oraz umożliwia rozbudowę instalacji fotowoltaicznej. Dlatego już na etapie projektu warto uwzględnić nie tylko obecne potrzeby, ale również przyszłą rozbudowę systemu.