Bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznej - na co zwrócić uwagę?

W 2020 roku nowelizowano ustawę o prawie budowlanym i wprowadzono dodatkowe wymogi dla systemów o mocy ponad 6,5 kW. Bo choć rosnące ceny energii i ambitne cele klimatyczne zachęcają do przyspieszonej „zielonej rewolucji”, to nie może się ona odbyć kosztem bezpieczeństwa.

Jakie mogą wystąpić usterki i zagrożenia?

Instalacja fotowoltaiczna (w skrócie PV) jest szczególnym przypadkiem instalacji elektrycznej – nie tylko odbiera prąd, ale też go wytwarza. Istotne jest to, iż panele produkują prąd stały DC, który następnie zamieniany jest na zmienny AC. Ze względu na specyfikę napięcia stałego, jakiekolwiek usterki z nim związane są dużo bardziej niebezpieczne dla człowieka i trudniej im zaradzić. Jeśli chodzi o usterki, to tutaj nie ma rozgraniczenia między częścią fotowoltaiczną po stronie DC i zwykłą częścią instalacji odbiorczej AC. Chronimy się zawsze przed: zwarciem czyli przepływem prądu o zbyt dużej wartości, który uszkodzi wszystkie urządzenia podłączone do instalacji; przeciążeniem czyli przegrzaniem przewodów, które może prowadzić do pożaru; porażeniem prądem elektrycznym; pożarem instalacji elektrycznej, a w efekcie też budynku; przepięciem i wyładowaniem atmosferycznym; skokiem napięcia do wartości niebezpiecznych dla urządzeń zamontowanych w domu.

Zgodnie z przepisami instalacja fotowoltaiczna powinna być wyposażona w zabezpieczania przed przeciążeniem, zwarciem oraz przed przepięciami.

Błędy montażowe – najczęstsza przyczyna pożarów instalacji fotowoltaicznej

Jako najczęstszą przyczynę usterek i pożarów fotowoltaiki większość ekspertów wskazuje błędny montaż przewodów i brak kompatybilności między nimi. Rynkowym standardem jest stosowanie złącz MC4, które to są produkowane przez kilka różnych podmiotów. Między nimi są różnice, wynikające ze stosowania różnych tolerancji dla łączników. Montaż złącz różnych producentów może prowadzić do powstania łuku elektrycznego, co podczas przepływu prądu stałego jest zjawiskiem bardzo niebezpiecznym. Miejscem, gdzie najczęściej ten brak kompatybilności może mieć opłakane skutki jest przewód łączący ostatnie panele w rzędzie z przewodem powrotnym lub też w miejscu podłączenia paneli do falownika. Najgorszym błędem jest połączenie ze sobą złączek MC4 i H4. Chociaż technicznie można to zrobić, doprowadza to niestety do przepalenia tego połączenia i może przyczynić się do wybuchu pożaru. Należy również zwrócić uwagę czy stosowane złączki są certyfikowane. Jeśli producent falownika dostarcza własne złączki, najlepiej korzystać wyłącznie z nich.

Zabezpieczenia elektryczne instalacji fotowoltaicznej

Prawo budowlane oraz rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim podlegają budynki i ich usytuowanie, wymagają stosowania odpowiednich zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych (w tym fotowoltaicznych), aby realizować ochronę przed skutkami przeciążeń, zwarć oraz przepięć.

Dobrą praktyką jest stosowanie przeznaczonych do tego celu zabezpieczeń dla każdego rzędu (łańcucha) paneli. Niewiele osób zdaje sobie sprawę, że nawet zwykłe zacienienie panelu fotowoltaicznego może spowodować przepływ prądu wstecznego, który może uszkodzić panele w kolejnym łańcuchu. Niezbędnym minimum jest stosowanie wkładek topikowych gPV mocowanych w podstawach bezpiecznikowych, tak aby zabezpieczyć panele przed skutkami przepływu prądu zwarciowego. Natomiast dużo lepszym rozwiązaniem jest stosowanie wyłączników DC – gdy dojdzie do przepalenia wkładki topikowej, należy wezwać elektryka lub serwis, aby ją wymienić. Zabronione i niebezpieczne jest dokonanie wymiany we własnym zakresie.

Natomiast w przypadku wyłączników DC wystarczy po zadziałaniu podnieść dźwignię do góry, by znów umożliwić przepływ prądu. Jeśli chodzi o ochronę przed przepięciami, to często można się spotkać z błędnym podejściem, wynikającym często nie tyle z braku wiedzy, a chęci obniżenia kosztów.

Prawidłowa ochrona przed skutkami przepięć instalacji fotowoltaicznej za pomocą ograniczników przepięć powinna być realizowana w następujący sposób:

• Panele na dachu, brak instalacji odgromowej, a odległość przewodów między panelami a inwerterem mniejsza niż 10 m – wystarczy jeden ogranicznik przepięć typu 2.
• Panele na dachu, jest instalacja odgromowa, a odległość przewodów między panelami a inwerterem mniejsza niż 10 m – wystarczy jeden ogranicznik przepięć typu 1+2.
• Panele na dachu, jest instalacja odgromowa, a odległość przewodów między panelami a inwerterem większa niż 10 m – potrzebne dwa ograniczniki przepięć – typu 1+2 przy panelach i typu 2 przy inwerterze.
• Panele na dachu, brak instalacji odgromowej, a odległość przewodów między panelami a inwerterem większa niż 10 m – potrzebne dwa ograniczniki przepięć – typu 2 przy panelach i typu 2 przy inwerterze.
• Panele na gruncie - potrzebne dwa ograniczniki przepięć – typu 1+2 przy panelach i typu 2 przy inwerterze, jeśli inwerter znajduje się powyżej 10 m od paneli licząc wzdłuż przewodów.

Zwróćmy również uwagę, że zabezpieczenia powinny znajdować się w rozdzielnicy (obudowie), która wytrzymuje napięcie stałe DC i ma odpowiedni stopień ochrony IP w stosunku do warunków środowiskowych. Przykładowo jeśli rozdzielnica znajduje się na zewnątrz obiektu, to powinna wytrzymać zarówno ujemne temperatury, jak również mieć wysoką odporność na wodę i pył.

Najczęstsze błędy związane z zabezpieczeniami to źle dobrany prąd zabezpieczeń, co skutkuje brakiem ochrony lub niepożądanym zadziałaniem i przerwą w pracy instalacji. Jeżeli zaś chodzi o ograniczniki przepięć, to częstym błędem jest niewłaściwy typ urządzenia lub zastosowanie tylko jednego aparatu, podczas, gdy specyfika wymaga większej ilości urządzeń, aby ochrona była skuteczna. Wreszcie, presja cenowa związana z odgórną kwotą dofinansowania skutkuje częstym stosowaniem w instalacjach „pod klucz” niemarkowych producentów zabezpieczeń, które nie działają.

Dodatkowe wymogi dla instalacji o mocy powyżej 6,5 kWp

Nowelizacja prawa budowlanego z 2020 roku wprowadziła dla instalacji PV o mocy powyżej 6,5 kW wymóg konsultowania (uzgodnienia) projektu takiego systemu z rzeczoznawcą do spraw przeciwpożarowych. Osoba ta - pełniąca samodzielną funkcję techniczną - analizuje proponowane przez projektanta środki bezpieczeństwa i może je zaakceptować lub zasugerować dodatkowe rozwiązania.

Zwykły inwerter, optymalizatory czy mikroinwetery?

W każdej instalacji fotowoltaicznej kluczowym elementem jest inwerter, który pełni funkcję konwertowania napięcia stałego DC wytwarzanego przez panele słoneczne na napięcie przemiennego AC, które można wykorzystać w instalacji elektrycznej. Na rynku dostępne są trzy główne rozwiązania, z każdym z nich wiążą się różne koszty i mają swoje zalety oraz wady związane z bezpieczeństwem.

• Zwykły inwerter – to najczęściej stosowane rozwiązanie. Jednak w przypadku pożaru, panele fotowoltaiczne nadal produkują prąd z energii słonecznej, co tworzy ryzyko porażenia prądem stałym. Dlatego ważne jest, aby montować wyłącznik DC z dala od paneli i zwracać uwagę na układ przewodów, aby uniknąć tworzenia się pętli indukcyjnych, które mogą obniżać sprawność instalacji. To rozwiązanie ma również najmniej połączeń, co jest korzystne, ponieważ połączenia często stanowią źródło potencjalnych awarii.
• Zwykły inwerter z optymalizatorami – jest to mniej popularne rozwiązanie. Jednak jego zaletą w przypadku pożaru jest obniżenie napięcia do bezpiecznego poziomu 60 V DC. Niestety, jest to również rozwiązanie, które wymaga bardzo dużej liczby połączeń, co może stwarzać ryzyko awarii w przypadku błędnego wykonania.
• Mikroinwertery – to najdroższa i najrzadziej stosowana opcja. Podobnie jak w przypadku optymalizatorów, gwarantują one obniżone napięcie do 60 V DC. Jednak wymagają one mniejszej liczby połączeń niż inwertery z optymalizatorami. Warto zaznaczyć, że kluczowym elementem jest profesjonalny montaż, zwłaszcza ze względu na większą liczbę mikroinwerterów.

Należy zawsze dokładnie zbadać oferty różnych firm i skonsultować się z doświadczonymi fachowcami przed wyborem rozwiązania. Wyższa cena często oznacza użycie markowych rozwiązań, co zwykle wpływa korzystnie na jakość instalacji. Warto zwrócić uwagę na renomowane firmy z certyfikatem UDT w dziedzinie fotowoltaiki, ponieważ większość problemów wynika z niewłaściwego wykonania prac.

Choć obowiązek konsultacji z rzeczoznawcą ds. przeciwpożarowych dotyczy projektów instalacji o mocy przekraczającej 6,5 kW, nic nie stoi na przeszkodzie, aby wymagać takiej konsultacji od wykonawcy, nawet jeśli moc instalacji jest mniejsza. Ważne jest także sprawdzenie umowy gwarancyjnej i planów serwisowych. Dobra praktyka obejmuje przegląd zabezpieczeń, konstrukcji wsporczych, zacisków modułów fotowoltaicznych oraz połączeń wtykowych i śrubowych AC/DC po pierwszym roku użytkowania, a nie tylko w okresach ustawowych lub zalecanych przez producentów urządzeń.