A napelemes rendszerek egyre meghatározóbb szerepet töltenek be Magyarország energiaellátásában lakossági és vállalati szinten egyaránt. Nem véletlen, hiszen megbízható, környezetbarát, hosszú távon megtérülő beruházások ezek, amelyek stabilan képesek fedezni a felmerülő energiaigényt. Ahogy minden elektromos technológiánál, itt is kiemelten fontos a biztonság, melynek egyik kulcsszereplője a napelem túlfeszültség védelem.
Cikkünkben bemutatjuk, hogy miért nélkülözhetetlen a túlfeszültség védelem, továbbá azt is, hogy mire kell figyelni a tervezés és kivitelezés során. Segítünk, hogy következő beruházása során megalapozott döntést hozhasson, melynek köszönhetően egy biztonságos és kiegyensúlyozottan termelő rendszert hozhat létre.
Miért szükséges a napelem túlfeszültség védelem?
Túlfeszültségről akkor beszélünk, amikor a villamoshálózatban vagy a berendezésekben a feszültség rövid időre meghaladja a névleges üzemi értéket. Ez általában impulzus formájában jelentkezik, vagyis nagyon gyorsan „ugrik meg” a feszültség, majd visszatér a normál szintre. A probléma az, hogy a berendezések és kábelek szigetelése nem erre a hirtelen terhelésre van méretezve, így a túlfeszültség könnyen átütheti azokat, meghibásodást vagy akár teljes tönkremenetelt okozva.
A jelenségnek több forrása is lehet:
- Villámcsapás és annak közvetett hatásai: egy közeli villám hatására a vezetékekben indukálódó feszültség jóval meghaladhatja a rendszer tűréshatárát, hasonlóan ahhoz, ahogy egy transzformátor primer köre hatással van a szekunderre.
- Kapcsolási műveletek: ipari környezetben vagy áramszünetek idején végzett kapcsolások feszültségtüskéket hozhatnak létre a hálózatban.
- Elektrosztatikus kisülések: a hétköznapi életben is ismert elektrosztatikus kisülések kis feszültséglökései károsíthatják az érzékeny elektronikai eszközöket.
- Nukleáris elektromágneses impulzusok: bár ritka és szélsőséges eset, erős elektromágneses mezők is képesek extrém túlfeszültségeket létrehozni a vezetékekben és berendezésekben.
A gyakorlatban Magyarországon a villámtevékenység és a kapcsolási műveletek okozzák a legtöbb gondot. Képzeljünk el egy ipari telephelyet, ahol egy 50 kW-os rendszer dolgozik. Egy vihar során a közeli villám által keltett túlfeszültség az inverter elektronikáját tönkreteszi. Az új inverter ára és a termelés kiesése együtt több milliós veszteséget jelenthet. Ez a kockázat egyszerűen csökkenthető megfelelő napelem túlfeszültség védelem kialakításával.
Napelem túlfeszültség védelem: magyarországi szabványok és előírások
A hazai telepítési gyakorlatot és biztonsági követelményeket az MSZ HD 60364 szabványsorozat rögzíti. Ezek közül a 60364-7-712:2016 fejezet foglalkozik a fotovillamos rendszerekkel, amely egyértelműen kimondja, hogy bizonyos körülmények között kötelező a túlfeszültség védelem beépítése.
A védelmi eszközök műszaki és vizsgálati követelményeit az MSZ EN 61643 szabványsorozat határozza meg. Ezek alapján a piacon kapható SPD-k (túlfeszültség-levezetők) biztosítják, hogy a rendszer valóban megfeleljen a villamos biztonsági előírásoknak.
Összefoglalva tehát nem elég „valamilyen” túlfeszültség-levezető felszerelése, csak azokat a típusokat szabad alkalmazni, amelyek megfelelnek a fotovillamos rendszerekre vonatkozó magyar és európai szabványoknak.
Milyen szinteken valósul meg a napelem túlfeszültség védelem?
A hatékony napelem túlfeszültség védelem több szintet foglal magában:
- DC oldal: stringek és kábelek
Ha a modulok és az inverter közötti vezeték hossza meghaladja a 10 métert, célszerű stringszinten SPD-t telepíteni. Így a kábelben fellépő indukált túlfeszültség már helyben „levezetődik”. - Inverter DC bemenet
Az inverter a rendszer legértékesebb része. A bemenetén kizárólag PV-specifikus SPD alkalmazható, amely a névleges feszültségre (Uc), az impulzusáramra (Iimp) és a maradékfeszültség-szintre (Up) van méretezve. - Inverter AC oldala
Az elektromos hálózat felől érkező túlfeszültségek is kockázatot jelentenek. Ezért az AC oldalon is kötelező a védelem. - Kommunikációs hálózatok
Az okos rendszerek adatátviteli és monitoring kábelei ugyancsak érzékenyek, ezeket külön védelmi elemekkel célszerű ellátni.
SPD típusokról röviden
Az SPD egy olyan védelmi berendezés, amely képes elnyelni a túlzott energiát a földelés irányába. Használatával megakadályozható az érzékeny elektronikus eszközök túlfeszültségből adódó meghibásodása. A napelemvédelem szempontjából 3 fő típust különböztetünk meg:
- Type 1: villámáram levezetésére szolgál, villámvédelmi rendszerrel kombinált épületeknél kötelező.
- Type 2: a legtöbb PV-rendszer alapvédelmét biztosítja.
- Type 3: kiegészítő védelem az érzékeny berendezéseknél.
A gyakorlatban a legtöbb magyarországi telepítésnél a Type 2 SPD-k a legfontosabbak, de villámvédelemmel kombinált épületeknél gyakran Type 1+2 megoldást alkalmaznak.
Napelem túlfeszültség védelem: földelés és potenciálkiegyenlítés
A napelem túlfeszültség védelem csak akkor hatékony, ha a rendszer földelése és potenciálkiegyenlítése megfelelő. A napelem modulokat tartó fémszerkezeteket is össze kell kötni a közös földelő hálózattal. Az Ikarus Mounting Systems által kínált tartószerkezetek kialakítása támogatja a biztonságos villamos összeköttetést. A stabil mechanikai rögzítés mellett lehetővé teszik a villámáram és a túlfeszültségek biztonságos elvezetését.
Mindez jelentősen növeli a hosszú távú üzembiztonságot és kiegyensúlyozott áramellátást.
Karbantartás és élettartam
Sokan hajlamosak elfelejteni, hogy az SPD is fogyóeszköz. Egy nagy energiájú impulzus után a védőképessége megszűnhet. Ezért célszerű olyan típust választani, amely állapotjelzővel van ellátva, és/vagy lehetőleg cserélhető betétes. Az éves karbantartás során az SPD-k vizsgálata és szükség szerinti cseréje ugyanúgy része kell legyen a programnak, mint az inverter ellenőrzése.
Költségmegtakarítás napelem túlfeszültség védelem által
Nézzünk néhány egyszerű példát, hogy miért érdemes SPD rendszert telepíteni még a baj bekövetkezése előtt. Egy ipari méretű és egy háztartási felhasználásra vonatkozó példát is hozunk.
Ipari telephely
Egy alföldi vállalat 50 kW-os napelemes rendszere egy nyári vihar során több invertert is elveszített, mert a DC oldalon nem építettek be túlfeszültség védelmet. Az inverterek pótlása és a munkadíj együtt mintegy 3–4 millió forintos közvetlen kiadást jelentett. Ehhez hozzáadódott, hogy a rendszer több mint két hétig nem termelt áramot, ami további több százezer forintnyi energiakiesést eredményezett. Ez a veszteség elkerülhető lett volna, ha a beruházáskor néhány százezer forintos túlfeszültség-levezetőt is telepítenek.
Családi ház
Egy háztartási méretű kiserőműnél az inverter elektronikája károsodott egy közeli villámcsapás miatt. Az új inverter ára és beszerelése közel 1,2 millió forintba került, miközben a család több hétig hálózatról volt kénytelen vételezni az áramot. Ez további több tízezer forintos villanyszámla-növekedést eredményezett. Ezzel szemben egy 80–100 ezer forintos túlfeszültség védelem megóvta volna a berendezést, és megspórolta volna a felesleges költségeket.
Ezek az esetek rávilágítanak, hogy a napelem túlfeszültség védelem nem extra opció, hanem a megbízható üzemeltetés alapja.
Stabil alapokat biztosítunk
Nem kérdése tehát, hogy a napelemes rendszerek telepítése során nem szabad megfeledkezni a túlfeszültség védelemről, ami több szinten is megvalósulhat. A tartószerkezetek megfelelő földelése és a rendszeres karbantartás ugyanolyan fontos, mint maga az SPD kiválasztása. Az Ikarus Mounting Systems-nél célunk, hogy korrózióálló, jól földelhető tartószerkezeteinkkel és szakmai támogatásunkkal hozzájáruljunk a gyorsan megtérülő befektetéshez. Vegye fel velünk a kapcsolatot, amennyiben prémium minőségű, egyedi tervezésű tartószerkezettel szeretné támogatni napelem rendszere kiegyensúlyozott működését!
Egy jól megtervezett és kivitelezett napelem túlfeszültség védelem garancia lehet arra, hogy a rendszer valóban eléri a várt élettartamot, és a beruházás biztosan megtérül.