Uziemienie instalacji fotowoltaicznej – co musisz wiedzieć?

5 /5
(Ocen: 1)
Instalacja fotowoltaiczna, ze względu na swoją uniwersalność i opłacalność stale zyskuje na popularności. Zmiany klimatu i związane z nimi intensywne zjawiska pogodowe takie jak np. sprawiają, że dla bezpiecznego i bezawaryjnego działania konieczne jest uziemienie instalacji fotowoltaicznej. Kiedy warto mieć uziom fotowoltaiki?

Sprawdź bezpłatnie oferty fotowoltaiki

Uziemienie instalacji fotowoltaicznej – dlaczego jest konieczne?

Jak wynika z badania przeprowadzonego przez Sunday Polska, dla co czwartej osoby inwestującej w fotowoltaikę, główną motywacją jest ekologia. I słusznie, bo jak alarmują naukowcy, zmiany klimatyczne postępują coraz szybciej. To właśnie one są odpowiedzialne za intensywne zjawiska pogodowe, które możemy obserwować – dotkliwe upały i związane z nimi burze. Te ostatnie, jak ustalili naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, będą pojawiać się coraz częściej, a ich skutki będą coraz dotkliwsze.

Jeśli chodzi o kwestię “fotowoltaika a burza” największe zagrożenie stanowi wyładowanie elektrostatyczne, znane powszechnie jako piorun. Wyładowanie to niesie ze sobą ogromną moc – natężenie 30-50 kA oraz napięcie rzędu nawet kilkudziesięciu milionów wolt. Bezpośrednie uderzenie pioruna może skutkować wybuchem pożaru fotowoltaiki i budynku, porażeniem osób czy zniszczeniem całej instalacji oraz urządzeń elektrycznych w budynku. Bardzo niebezpieczna jest również tzw. fala elektromagnetyczna, która pojawia się po wyładowaniu, które nastąpiło w otoczeniu budynku i instalacji. Może ona zniszczyć sprzęty elektryczne, w tym m.in. AGD, RTV, ale też falownik.

Czy jest coś, co możemy zrobić, by chronić siebie, fotowoltaikę i nasz dom? Owszem! Odpowiedzią jest uziemienie instalacji PV, czyli wykonanie połączenia wyrównawczego, które oprowadzi ładunki do ziemi w bezpieczny dla otoczenia sposób.

Uwaga! Wbrew obiegowej opinii fotowoltaika nie przyciąga piorunów. Wyładowania elektrostatyczne szukają jednak najkrótszej, najmniej oporowej drogi do ziemi. A zatem, ze względu na to, że instalacje PV zwykle montowane są na dachach, będących najwyższymi punktami w okolicy, istnieje ryzyko uderzenia pioruna w instalację PV.

Zasady wykonania uziemienia w instalacji fotowoltaicznej

Wytyczne co do prawidłowego wykonania uziemienia instalacji PV określa m.in. zbiór norm PN EN 62305, określający zasady ochrony odgromowej.

Instalacja odgromowa, zwana też często LPS (ang. Lightning Protection System), składa się z dwóch części:

  • zewnętrznej instalacji uziemiającej (zewnętrzny LPS) – który służy do bezpośredniego odebrania energii pochodzącej z wyładowania. To jej wykonania służą tzw. zwody, przewody odprowadzające oraz uziom;
  • wewnętrznej instalacji uziemiającej (wewnętrzny LPS), która ma uniemożliwić występowanie iskrzenia w obiekcie. Wewnętrzny LPS może składać się z połączeń wyrównawczych lub odstępu izolacyjnego między częściami LPS a innymi przedmiotami wewnątrz budynku, które przewodzą prąd.

Uziom fotowoltaiki – czy zawsze jest potrzebny?

Zgodnie z normą, przede wszystkim, należy dokonać oceny potrzeby stosowania instalacji odgromowej. Decyzję o jej zamontowaniu podejmuje się na podstawie oceny ryzyka strat (utraty życia, usług publicznych, dziedzictwa kulturowego i strat materialnych). Dodatkowo bierze się uwagę m.in. potencjalną ilość bezpośrednich wyładowań uderzających w obiekt oraz średnią częstotliwość spodziewanych wyładowań, które mogą trafić w obiekt. Na podstawie obliczeń określa się, czy ryzyka są większe od przyjętego poziomu tolerowanego ryzyka. Jeśli tak, konieczna jest instalacja uziemiająca.

Jeśli budynek kwalifikuje się jako wymagający ochrony odgromowej, wówczas należy jeszcze ustalić poziom ochrony (od I do IV). Budynki i instalacje fotowoltaiczne chroni się przed uderzeniem pioruna za pomocą systemu zwodów (elementów instalacji odgromowej) pionowych i poziomych, tak aby całość instalacji znajdowała się wewnątrz strefy ochronnej. Sam układ zwodów uzależniony jest od konstrukcji budynku.

Jak uziemić instalację fotowoltaiczną?

Do ustalenia rozmieszczenia elementów instalacji odgromowej stosuje się kilka metod, które pozwalają wyznaczyć bezpieczne obszary. Wybór metody oraz zasady prowadzenia części instalacji odgromowej uzależniony jest od kilku czynników: m.in. od specyfiki i powierzchni miejsca, które chcemy objąć ochroną czy od wymaganej klasy LPS.

  • Metoda kąta ochronnego – rozwiązanie to jest stosowane m.in. w przypadku gruntu czy budynków o nieskomplikowanym kształtach. W tym przypadku chroniony obszar ma kształt stożka, wyznaczany przez wysokość zwodu pionowego oraz tzw. kąt ochronny. Miejsce ochrony można rozszerzać stosując np. zwód poziomy zawieszony na zwodach pionowych.
    Uziemienie metodą kąta ochronnego.

    Źródło: Źródło: Boczkowski A., Ochrona odgromowa budynków, 2013, s. 13

     

  • Metodę toczącej się kuli – jest to najbardziej uniwersalna opcja, która sprawdzi się w każdym przypadku. Tu zwody rozmieszcza się tak, by hipotetyczna kula o pewnym promieniu (uzależnionym od klasy ochrony) toczona w różnych kierunkach, nie stykała się z żadnym punktem chronionego budynku.

    Uziemienie - metoda toczącej się kuli.

    Źródło: Boczkowski A., Ochrona odgromowa budynków, 2013, s. 13

W obu przypadkach konieczne jest zastosowanie tzw. odstępów izolacyjnych (s), które chronią instalację przed przebiciem łukowym. Jeśli ich zachowanie nie jest możliwe bądź poszycie dachu jest metalowe, konieczne jest zatem wykonanie tzw. połączeń wyrównujących.

Warto pamiętać, że wykonanie połączenia wyrównującego dla samej konstrukcji wsporczej nie wystarczy, gdyż między stelażem a ramą modułu nie występuje zjawisko przewodzenia. Ramy modułów są bowiem anodowane. By rozwiązać problem, można wykorzystać specjalne otwory uziemiające umieszczone w ramach. Alternatywnie można skorzystać ze specjalnych klem, które przebijają anodowanie.

Uwaga! Uziemienie instalacji PV obejmuje także m.in. uziemienie falownika czy skrzynki zabezpieczającej.

Jak mogą wyglądać przykładowe zewnętrzne instalacje uziemiające dla fotowoltaiki?

Uziemienie instalacji PV na dachu skośnym

W przypadku instalacji PV na dachu skośnym można zastosować zwody poziome, umieszczone na kalenicy (wzdłuż górnej krawędzi dachu) oraz na krawędziach bocznych. Układ można uzupełnić o zwody pionowe. Uproszczony schemat takiego systemu znajdziecie poniżej.

Uziemienie instalacji fotowoltaicznej na gruncie

W przypadku konstrukcji wolnostojących, stosuje się zwody pionowe, których wysokość determinuje tzw. kąt osłonowy alfa wynikający z przyjętego poziomu ochrony budynku.

Ochrona odgromowa na dachach płaskich.

Warto pamiętać, że wybór grubości, wysokości i materiału wykonania, a także sposób prowadzenia zwodów oraz przewodów odprowadzających musi zostać dopasowany do klas ochrony LPS oraz wytycznych określonych w normie PN EN 62305.

Uziemienie paneli PV to nie wszystko, czyli ograniczniki przepięć

Ryzyko bezpośredniego uderzenia pioruna w instalację fotowoltaiczną to jednak tylko jedna strona medalu. Istnieje bowiem również niebezpieczeństwo związane z wystąpieniem LEMP (ang. Lightning ElectroMagnetic Pulse), czyli impulsem elektromagnetycznym, który pojawia gdy w okolicy nastąpiło wyładowanie elektrostatyczne. By uniknąć skutków impulsu w postaci przepięć, stosuje tzw. ochronę przeciwprzepięciową.

Rodzaj ochrony przeciwprzepięciowej zależy od tego, czy i z jaką instalacją odgromową mamy do czynienia. Przy doborze ograniczników przepięć należy uwzględnić dwie podstawowe kwestie – napięcie pracy a także klasę ochrony dla inwertera i paneli PV.

Jeśli:

  • Przypadek 1: Budynek posiada odgromienie, ale nie zachowano w nim odstępu izolacyjnego, stosuje się tzw. ograniczniki typu T-1/T-2.
  • Przypadek 2: Dom posiada odgromienie i właściwe odstępy izolacyjne, stosuje się ograniczniki T-2.
  • Przypadek 3: Brak odgromienia, stosuje się ograniczników typu T-2.

We wszystkich powyższych przypadkach obowiązuje zasada, że jeśli odległość między panelami i inwerterem jest mniejsza niż 10 m, ogranicznik montuje się przy falowniku. Jeśli jest większy, należy umieścić zarówno przy falowniku, jak i poszczególnych modułach.

Po stronie AC, ochronę stanowi wyłącznik nadprądowych wraz z ogranicznikami przepięć stosowanymi na podobnych zasadach.

Sprawdź bezpłatnie oferty fotowoltaiki

Prawidłowe uziemienie paneli fotowoltaicznych – samodzielnie czy zlecić to specjalistom?

Choć Polacy coraz częściej zauważają sens zastosowania odgromienia, prawidłowe uziemienie paneli fotowoltaicznych bywa (zarówno przez inwestorów, jak i niekiedy przez firmy fotowoltaiczne) całkowicie pomijane. Zdarza się też, że też, że uziemienie fotowoltaiki wykonuje się je “byle jak”, na szybko, bez uwzględniania faktycznych potrzeb ochronnych budynku i zasad określonych w normach prawnych.

W takich przypadkach, część inwestorów może zastanawiać się jak uziemić instalację fotowoltaiczną na własną rękę. Czy to dobry pomysł?

Zaprojektowanie i wykonanie instalacji odgromowej, wbrew pozorom nie jest prostym zadaniem. Aby stanowiła zabezpieczenie dla naszej fotowoltaiki, koniecznie należy stosować się do obowiązujących norm – przeprowadzić stosowne obliczenia, właściwie dobrać elementy systemu oraz dokonać pomiarów. Ostateczny efekt ochronny jest uzależniony od staranności, ale też kompetencji i doświadczenia.

Skutki braku uziemienia instalacji PV czy też niewłaściwego jej wykonania są zbliżone – w przypadku wyładowania zarówno sam system solarny, a także urządzenia czy nawet osoby przebywające w domu nie są bezpieczne. W przypadku sprzętów może dojść do przepięcia i stałego ich uszkodzenia. Ludziom z kolei grozi porażenie prądem. Bezpośrednie wyładowanie może zaś doprowadzić do pożaru.

Uziemienie fotowoltaiki ma zapewnić bezpieczeństwo osobom i elementom systemu, dlatego nie warto go traktować po macoszemu. Stąd też najlepiej prace najlepiej zlecić specjalistom.

Informacje o autorze

Emila Biernaciak

Ukończyła Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Ekspertka w zakresie fotowoltaiki. Zapalona badaczka zagadnień związanych z finansami, energetyką oraz marketingiem w sieci. Szczera fanka i propagatorka ekologicznych rozwiązań, które mogą zmienić świat na lepsze. Niespokojny duch, wciąż szukający nowej wiedzy i doświadczeń. W wolnym czasie czyta powieści Stephena Kinga i śledzi trendy motoryzacyjne.

Dodaj komentarz
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments