Instalacja fotowoltaiczna bywa opisywana liczbą kilowatów i marką panelu, a odbiór techniczny rozstrzyga się na kilku elementach o łącznej wartości kilku procent inwestycji. Zabezpieczenia po stronie prądu stałego i zmiennego to jednocześnie najczęstsze miejsce oszczędzania przy tanich ofertach i najczęstszy powód uwag przy przeglądzie po kilku latach.
Różnica między obiema stronami układu jest fizyczna, nie formalna. Prąd stały nie przechodzi przez zero, więc łuk elektryczny raz zapalony między stykami nie gaśnie sam. Wszystko, co po stronie DC ma rozłączać albo ograniczać, musi być zaprojektowane właśnie pod prąd stały i pod napięcie, które przy kilkunastu modułach w łańcuchu dochodzi do kilkuset woltów.
Strona DC: to, czego nie wyłączy bezpiecznik nadprądowy
Po stronie prądu stałego potrzebne są trzy rzeczy. Pierwsza to rozłącznik izolacyjny, pozwalający odciąć łańcuchy od falownika bez rozłączania złączek pod obciążeniem. Bez niego serwis polega na rozłączaniu wtyków w słońcu, co kończy się wypalonym stykiem albo poparzoną dłonią. Rozłącznik musi mieć parametry dla prądu stałego i napięcie znamionowe wyższe od napięcia obwodu otwartego całego łańcucha przy niskiej temperaturze.
Druga to ograniczniki przepięć typu przewidzianego dla strony DC, dobrane do napięcia układu. Przepięcie indukowane pobliskim wyładowaniem wchodzi w instalację przez pętlę, jaką tworzą przewody biegnące po dachu, i pierwszym urządzeniem na jego drodze jest wejście falownika. Wymiana ogranicznika kosztuje kilkadziesiąt złotych, wymiana falownika kilka tysięcy.
Trzecia to zabezpieczenie nadprądowe łańcuchów tam, gdzie jest ich więcej niż dwa równolegle. Przy dwóch łańcuchach prąd zwarciowy z jednego nie przekroczy obciążalności drugiego, ale przy większej liczbie równoległych ciągów wkładki topikowe dla prądu stałego przestają być opcją. Dobiera się je do prądu zwarciowego modułu, nie do prądu pracy.
Przewody DC prowadzi się w izolacji odpornej na promieniowanie ultrafioletowe, z zachowaniem podwójnej izolacji tam, gdzie biegną po elewacji. Zaciski i złączki muszą być jednego systemu po obu stronach połączenia, bo złączki różnych producentów pasują mechanicznie, a po dwóch latach zaczynają się grzać w miejscu styku.
Strona AC: rozdzielnica, w której dzieli się obowiązki
Po stronie prądu zmiennego zestaw jest bliższy praktyce elektryka. Wyłącznik nadprądowy dobrany do prądu wyjściowego falownika i przekroju kabla, wyłącznik różnicowoprądowy typu przewidzianego do współpracy z falownikiem oraz ograniczniki przepięć po stronie AC. Do tego rozłącznik w widocznym miejscu, żeby instalację dało się odciąć bez wchodzenia do rozdzielnicy głównej budynku.
Typ wyłącznika różnicowoprądowego jest tu rzeczywistym punktem sporu. Falowniki beztransformatorowe mogą wprowadzać do obwodu składową stałą prądu różnicowego, na którą zwykły wyłącznik typu AC nie zareaguje albo zareaguje z opóźnieniem. Dokumentacja falownika podaje wymagany typ i to ona rozstrzyga, a nie przyzwyczajenie z instalacji domowych.
Osobna sprawa to selektywność. Zwarcie w obwodzie fotowoltaiki nie powinno gasić całego domu, a zadziałanie zabezpieczenia w rozdzielnicy głównej nie powinno odcinać falownika od możliwości bezpiecznego wyłączenia. Uporządkowanie tego na etapie projektu sprowadza się do dwóch zdań w dokumentacji i właściwego dobrania charakterystyk.
Gdy w układzie pojawia się magazyn energii
Dołożenie magazynu zmienia topologię, bo w instalacji pojawia się drugie źródło, które może pracować także przy braku sieci. Tu wchodzą falowniki hybrydowe, obsługujące jednocześnie łańcuchy modułów, baterię i wyprowadzenie obwodów gwarantowanych. Rozdzielnica przestaje być wtedy prostym przejściem między falownikiem a licznikiem.
Po stronie baterii dochodzi własne zabezpieczenie prądu stałego, dobrane do prądu ładowania i rozładowania, oraz rozłącznik pozwalający odciąć magazyn na czas serwisu. Obwody gwarantowane wydziela się fizycznie, na osobnej szynie, bo przy zaniku sieci tylko one mają być zasilane. Wrzucenie tam całego domu, razem z kuchnią indukcyjną i pompą ciepła, kończy się rozładowaniem baterii w kwadrans.
Trzecia rzecz to zabezpieczenie przed pracą wyspową w sposób niekontrolowany. Falownik musi rozpoznać zanik sieci i odłączyć się od niej, zanim przełączy się w tryb podtrzymania. Realizuje to układ przełączający razem z logiką falownika, a jego poprawna praca jest jednym z punktów sprawdzanych przy odbiorze przez operatora.
Co sprawdzić przed zakryciem i przy odbiorze
Pomiary wykonuje się w kolejności, która pozwala wyłapać błąd, póki jest tani. Najpierw ciągłość połączeń wyrównawczych i uziemienia konstrukcji wsporczej, potem rezystancja izolacji obwodów DC przy rozłączonym falowniku, następnie napięcie obwodu otwartego każdego łańcucha osobno, na końcu prąd zwarciowy i porównanie wyników z projektem. Łańcuch o napięciu niższym o kilkadziesiąt woltów od pozostałych to zwykle jeden moduł z wadą albo źle dociśnięta złączka.
Dokumentacja powykonawcza powinna zawierać schemat z rzeczywistym rozmieszczeniem zabezpieczeń, parametry dobranych elementów i wyniki pomiarów. To ona decyduje, czy po pięciu latach ktokolwiek będzie w stanie zdiagnozować układ bez rozbierania rozdzielnicy. Przy zgłoszeniu do operatora ta sama dokumentacja skraca procedurę przyłączenia z tygodni do dni.
Dobór osprzętu do rozdzielnicy PV zaczyna się od danych z projektu, nie od listy zakupowej z poprzedniej instalacji. Napięcie łańcucha, prąd zwarciowy modułu, wymagany typ wyłącznika różnicowoprądowego i klasa ogranicznika przepięć składają się na zestaw, który przy każdym układzie wygląda trochę inaczej. Komplet elementów dla instalacji fotowoltaicznych i magazynów energii, razem z kartami katalogowymi, znajdziesz w ofercie Onninen na www.onninen.pl.