Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Egy naperőmű védelme tipikusan a következő elemekből áll: túláramvédelem, túlfeszültség-védelem és szakaszolókapcsoló. Ezen védelmi készülékek feladata, hogy megvédjék a napelemmodulokat a visszáramoktól, a túlfeszültségektől, és megvalósítsák a szakaszolást hibajavítás vagy karbantartás esetén. Cikkünk előző részében áttekintettük a túláram-védelem kiválasztásának szempontjait és gyakori hibáit, ismertettük a túlfeszültség-védelem névleges feszültségérték-meghatározásának módját, most pedig nézzük meg, hogy a típusát milyen elvek szerint határozzuk meg.
A megfelelő túlfeszültség-levezető kiválasztása
A napelemes erőművek túlfeszültség-védelmére kétfajta túlfeszültség-levezető jöhet számításba, az 1-es és a 2-es típus. Az 1-es (vagy más jelölés szerint B) típus közvetlen villámcsapás esetére lett kifejlesztve, és egy nagyobb varisztort tartalmaz, amely nagyobb energia levezetésére képes (10/350 µs), és az ára is magasabb. A 2-es (vagy C) típus csak a közvetett villámcsapás esetére lett kifejlesztve, kisebb varisztort tartalmaz, így kisebb energiát tud levezetni, és olcsóbb is. Ezért használatos az az általános ökölszabály, hogy a villámhárító nélküli esetekben a 2-es típust, a villámhárítóval ellátott épületek esetében az 1-es típust kell használni. Ezen- kívül a helyi adottságokat, a távolságokat is figyelembe kell vennünk. Attól függően, hogy az 1. ábrán látható A, B, C és D pont a gyakorlatban milyen távolságra van egymástól, és hogy van-e kiépítve villámhárító, különböző típusú túlfeszültség-levezetőket kell alkalmazni. Lássunk néhány példát.
1. példa: villámhárító nélkül
Az A és a B pontokba kell elhelyezni egy-egy 2-es típusú túlfeszültség-levezetőt, függetlenül attól, hogy mekkora a d1 és a d2 távolsága. Ezenkívül ha d1>10 méter, akkor egy 2-es típusú túlfeszültség-levezetőt kell tenni a C pontra, ha d2>10 méter, akkor egy 2-es típusú túlfeszültség-levezetőt kell beépíteni a D pontra.
2. példa: villámhárítóval
Amennyiben van villámhárító, az IEC62305 szabványban leírtak szerint a napelemmodul és a villámhárító közötti S távolságot kell tartani. Az A pontba egy 1-es típusú, a B pontba egy 2-es típusú túlfeszültség-levezetőt kell elhelyezni, függetlenül attól, hogy mekkora a d1 és a d2 távolsága. Ezenkívül ha d1>10 méter, akkor egy 1-es típusú túlfeszültség-levezetőt kell beszerelni a C pontra, ha d2>10 méter, akkor egy 2-es típusú túlfeszültség-levezetőre lesz szükség a D ponton.
3. példa
Abban az esetben, ha van villámhárító, de a szabványban leírt S távolságok betartása nem valósult meg, az A pontba egy 1-es típusú túlfeszültség-levezetőt kell elhelyezni, függetlenül attól, hogy mekkora a d1 és a d2 távolsága. A B pontban elhelyezett túlfeszültség-levezető típusa függ a d2 távolság nagyságától, ha d210 méter, akkor egy 1-es típusú túlfeszültség-levezetőt kell tenni a B és a D pontra, ha d1>10 méter, akkor egy 1-es típusú túlfeszültség-levezetőt kell beépíteni a C pontra.
Egy villámcsapás esetén a kábelekben viszonylag magas feszültség indukálódik. Az indukált feszültség nagysága a kábel hosszával arányos, minél hosszabb a kábel, annál magasabb az indukált feszültség: uL= –L × dI/dt. Ezért a gyakorlatban a tervezéskor az az ökölszabály terjedt el, hogy a túlfeszültség-levezető csak 10 méterig hatásos, afelett egy újabbal kell kiegészíteni a rendszert. Előfordulnak olyan esetek is meglévő villámhárító esetén, hogy a DC-oldalra, ahol magasabb a névleges feszültség, csak egy 2-es típusú túlfeszültség-levezetőt tesznek, az AC-oldalra, ahol a névleges feszültség alacsonyabb, pedig egy 1-es típust. Ennek az a magyarázata, hogy az alacsonyabb névleges feszültség miatt az AC-oldalon lévő túlfeszültség-levezető előbb fog „nyitni”.
Rossz megoldás
Szép megoldás
Hibák és jó megoldások
A rendszer kiépítése során nagy figyelmet kell fordítani a kábelezésre. Mint az ismeretes, az alkalmazott kábelek kettős szigetelésűek, ám ennek ellenére könnyen megsérülnek, ha nem megfelelő módon vannak rögzítve. Konkrétan, a fém tartószerkezetek érdes szélei könnyen felsértik a kábeleket, ezért a szereléskor erre figyelni kell. Egy napelemes rendszer élettartama 20 év vagy még annál is több, ezért úgy kell kiépíteni, hogy az egész élettartam alatt az összes alkotóeleme sértetlen maradjon. A 3. ábrán látható egy jó és egy rossz kábelezési példa. A kábeleket megfelelően kell rögzíteni, és figyelni kell arra is, hogy a csatlakozók ne feszüljenek, ne legyenek mechanikusan megterhelve, mert az évek során meglazulhatnak és kontakthibássá válhatnak, ami egy ív kialakulásához vezethet.
1. ábra: Egy naperőmű általános felépítése és a túlfeszültség-levezetők elhelyezése. A – AC elosztószekrény a fogyasztásmérővel B – DC szekrény (az inverter előtt) C – az inverter AC-oldala – kimenete D – PV-egyesítő szekrény (a sztringek fogadására)
Szintén súlyos hiba okozója lehet a vezetékekben indukálódó túlfeszültség, amely jelentősen csökkenthető a megfelelő kábelvezetéssel. Egy 20 napelemmodulból álló sztring kb. 40 méter kábellel van összekötve, a modulok elhelyezésétől is jelentősen függ, hogy milyen útvonalon vezetjük a kábelt, vagyis hogy milyen nagy hurkot képez a kábel. Ha egy villám csap le valahol a napelemek közelében vagy közvetlenül a napelemeket védő villámhárítóba, akkor ebben a hurokban igen nagy túlfeszültség indukálódhat. Egy számítógépes szimulációval két esetet vizsgáltunk meg: mindkét esetben a villám 40 kA-es volt, és a kábeltől 1 méter távolságban csapott le. A két eset között az volt az eltérés, hogy a két hurok átmérője között jelentős különbség volt. A nagy hurokban indukálódott feszültség nagyságrendileg ezerszerese volt a kis hurokban indukálódott feszültségének (4. ábra).
4. ábra: A villámcsapás számítógépes szimulációja
Annak ellenére, hogy a napelemek és az inverterek árai az elmúlt években csökkentek, még a mai napig is igen költséges egy ilyen beruházás. Egy családi házra telepített kisebb rendszer ára is milliós nagyságrendű. Ehhez képest a védelem forintban kifejezett értéke eltörpül, kb. 2-3%. A gyakorlatban találkoztam olyan esetekkel, amikor sokkal fontosabb volt, hogy a tartószerkezet tűzihorganyzott acélból vagy alumíniumból legyen-e, mint az, hogy milyen legyen a védelem. A gPV karakterisztikájú olvadóbetétet is csak ezért tették oda, mert „azt úgy szokták”. Pedig ha a biztonság szempontjából közelítjük meg a dolgot, akkor a megfelelő védelem a legfontosabb része az egész rendszernek, és ilyen árviszonyok mellett ez egyáltalán nem anyagi kérdés.
