Uziemienie instalacji fotowoltaicznej – kompendium wiedzy
LMVGroup Bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznych zależy od dwóch czynników – prawidłowego montażu, a także od zastosowania instalacji odgromowej. W poniższym artykule opiszemy, jak wykonać uziemienie instalacji fotowoltaicznej, a także czym grozi brak uziemienia. Zachęcamy do zapoznania się z niniejszym artykułem.
Czy uziemienie fotowoltaiki jest konieczne? Wymagania prawne
Zacznijmy od tego, że instalacja systemu uziemienia w układach PV nie jest obligowana przepisami. Warto jednak pamiętać, że jej brak może doprowadzić do poważnych strat w przypadku wyładowań elektrycznych lub przepięć. Uziemienie fotowoltaiki jest niezbędne, by zabezpieczyć instalację oraz budynek (wraz z jego mieszkańcami) przed pożarem lub porażeniem prądem. Zjawiska te mogą być związane z uszkodzeniem elementów instalacji, jej tymczasowym przeładowaniem (np. w upalne dni), a także pojawieniem się prądów pasożytniczych i wystąpieniem wysokiego napięcia elektrostatycznego.
Na czym polega uziemienie fotowoltaiki i po co się je wykonuje?
Uziemienie ma na celu stworzenie połączenie wyrównawczego modułów fotowoltaicznych i ziemi o zerowym napięciu. Dlaczego konieczne jest uziemienie instalacji fotowoltaicznej i modułów fotowoltaicznych? To układ, którego celem jest ochrona instalacji, gdyż odpowiednie zabezpieczenie paneli fotowoltaicznych na gruncie, pozwala ochronić ją przed skutkami uderzenia pioruna. Instalacja sprawia, że wyładowanie nie doprowadza do uszkodzenia instalacji. Prąd jest kierowany ku ziemi po uziemieniu, dzięki czemu jest całość układu wraz z budynkiem jest chroniona przed zniszczeniem. W przeciwnym razie piorun mógłby doprowadzić do zniszczenia całej instalacji wraz z budynkiem, jeśli ten nie posiada odgromnika.
Schemat uziemienia instalacji fotowoltaicznej – jak działa instalacja odgromowa?
Sposób, w jaki instalacja odgromowa zostanie podłączona do sieci, zależy od sposobu pracy fotowoltaiki. W dalszej części artykułu sprawdzimy, jak funkcjonuje system ochrony odgromowej w zależności od tego, czy mamy do czynienia z instalacją typu on-grid lub off-grid. Opiszemy również, czym są ograniczniki przepięć i jaką pełnią rolę w całościowym systemie ochrony przed porażeniem prądem.
Zasady wykonania uziemienia instalacji fotowoltaicznej
Sposób, w jaki należy wykonać prawidłowe uziemienie fotowoltaiki, jest zbiór norm PN-EN 62305, który określa ogólne zasady ochrony odgromowej. Zgodnie z przyjętym zapisem prawno-technicznym, instalacja odgromowa (LPS) składa się z dwóch elementów:
- uziemienia zewnętrznego, którego zadaniem jest odgromienie instalacji fotowoltaicznej, czyli odebranie energii pochodzącej z uderzenia pioruna i przekazanie jej bezpośrednio do gruntu.
- uziemienia wewnętrznego, które zapobiega wystąpieniu iskrzenia w budynku i składa się przede wszystkim z połączeń wyrównawczych lub odstępów izolacyjnych pomiędzy LPS a przedmiotami znajdującymi się wewnątrz budynku (np. domowe urządzenia elektryczne, sprzęt AGD i RTV). Stosuje się je, gdy nieruchomość nie posiada własnej sieci odgromowej.
Jeśli budynek nie posiada układu LPS, konieczne jest profesjonalne uziemienie fotowoltaiki poprzez wykonanie otworów wewnątrz ram, które wchodzą w skład aluminiowych modułów fotowoltaicznych. Poprzez otwory poprowadzone zostaną przewody uziemiające, które następnie zostaną połączone z modułami.
Uziemienie PV a ograniczniki przepięć – czym zabezpieczyć system fotowoltaiczny?
Prawidłowe uziemienie fotowoltaiki nie wyklucza zastosowania dodatkowych rozwiązań bezpieczeństwa. Mało tego – zalecenia dotyczące uziemienia fotowoltaiki jednoznacznie zalecają, aby stosować wielowarstwowe systemy ochrony. Dlatego profesjonalne uziemienie fotowoltaiki wiąże się również z wykorzystaniem ograniczników przepięć, które zabezpieczają instalację przed wystąpieniem skutków przepięć, których źródłem nie są wyładowania atmosferyczne.
Elementy składowe systemu uziemienia w instalacji PV
Uziemienie instalacji fotowoltaicznej składa się z wielu różnych elementów, które współdziałając ze sobą, mają kluczowe znaczenie w zapewnieniu bezpieczeństwa domostwu i jego mieszkańcom. W skład uziemienia wchodzą:
- przewody uziemiające, które łączą instalację fotowoltaiczną z ziemią,
- elektrody uziemiające, czyli najczęściej pręty stalowe lub siatki, które umieszczone w ziemi, rozpraszają energię elektryczną,
- rozdzielacze, które służą do podziału ładunku elektrycznego pomiędzy elektrody,
- uziomy fundamentowe – to uziom wykonany z elementów betonowych w nowo powstałych budynkach.
Uziemienie paneli fotowoltaicznych na gruncie
Jak wygląda uziemienie paneli fotowoltaicznych na gruncie? Do uziemienia instalacji fotowoltaicznej na gruncie stosuje się zwody pionowe. Ich wysokość określa wartość kąta osłonowego alfa, który wynika z przyjętego poziomu ochrony budynku.
Uziemienie paneli fotowoltaicznych na dachu
Na czym polega uziemienie paneli fotowoltaicznych na dachu? Instalacja odgromowa na dachu (o ile mamy do czynienia z dachem skośnym) może zawierać zwody poziome, które umieszcza się na kalenicy, czyli wzdłuż górnej krawędzi zadaszenia oraz na krawędziach bocznych. W celu zwiększenia poziomu ochrony, układ ten można dodatkowo wyposażyć w zwody pionowe.
Uziemienie w instalacjach off-grid a on-grid
Rodzaje uziemienia instalacji fotowoltaicznej w wariantach off-grid i on-grid znacząco się od siebie różnią. Widać to zwłaszcza na przykładzie zarządzania bezpieczeństwem i efektywnością działania. W obydwu przypadkach uziemienie stosuje się po to, aby uchronić ludzi, sprzęt oraz domostwo przed wystąpieniem nadmiernych napięć, będących skutkiem wyładowania atmosferycznego lub przepięcia w obrębie sieci. Niemniej w obydwu przypadkach rola uziemienia jest zgoła odmienna.
Mówiąc o uziemieniu instalacji fotowoltaicznej on-grid, mamy na myśli rozwiązanie, którego celem jest minimalizowanie ryzyka porażenia prądem, a także zapewnieniu stabilnej pracy całej instalacji. W układach tych stosuje się zwykle:
- Uziemienie ochronne – które wykorzystuje wykorzystuje przewody ochronne podłączone do systemu uziemiającego budynku, dzięki czemu w przypadku awarii nadmiar energii jest skutecznie odprowadzany.
- Uziemienie sprzętowe – które jest związane z właściwościami elektrycznymi komponentów instalacji, do których zaliczyć można np. inwertery lub moduły słoneczne.
Dla odmiany w instalacjach off-grid (które nie są połączone z siecią zewnętrzną), uziemienie montuje się przede wszystkim po to, aby uniknąć ryzyka przeładowania elementów wchodzących w skład instalacji fotowoltaicznej. W systemach tych instalacje uziemieniowe można podzielić na:
- Uziemienie aktywne – które stosowane są wówczas, gdy instalacja jest w bezpośrednim kontakcie z ziemią; obecność uziemienia ogranicza ryzyko wystąpienia iskier podczas pracy systemu.
- Uziemienie pasywne – to instalacja, która wykorzystuje naturalne właściwości ziemi do rozpraszania nagromadzonych ładunków elektrycznych, co jest niewątpliwie istotne w warunkach dzikiej przyrody.
Zrozumienie różnić pomiędzy uziemieniem w instalacjach off-grid oraz on-grid jest kluczowe, aby odpowiednio zaprojektować instalację systemu fotowoltaicznego. Bądźmy szczerzy – odpowiednio zaprojektowane odgromienie to rozwiązanie zapewniające wydajność i bezpieczeństwo pracy całej instalacji fotowoltaicznej.
Kto powinien wykonać uziemienie instalacji fotowoltaicznej?
W związku z tym, że uziemienie instalacji fotowoltaicznej jest kluczowe do zapewnienia bezpieczeństwa zarówno jej samej, jak i budynkowi, jego montaż należy zlecić profesjonalistom. Całość musi zostać wykonana w taki sposób, aby skutecznie odprowadzić energię do ziemi w przypadku wyładowania atmosferycznego. W instalacji LPS bardzo ważne jest, aby zarówno wewnętrzne uziemienie instalacji, jak i jego zewnętrzna część, zostały zaprojektowane zgodnie z wymogami technicznymi dla danego budynku.
Czy można wykonać uziemienie instalacji PV samemu, czy lepiej zlecić to specjalistom?
Nieprawidłowości przy montażu, niosą ze sobą ryzyko uszkodzenia, a nawet zniszczenia budynku podczas burzy. Pamiętajmy, że jeśli uziemienie systemu fotowoltaicznego nie jest wykonane poprawnie, może ono nieść również ze sobą określone skutki prawne. Dlaczego? Jeśli np. zdecydowaliśmy się na ubezpieczenie naszej instalacji PV lub budynku np. od skutków pożaru, to jednym z warunków podpisania umowy ubezpieczeniowej, może być posiadanie sprawnej instalacji odgromowej. Rozwiązaniem jest uziemienie instalacji fotowoltaicznej, w którym wszystkie połączenia, szyny i elementy zbiorcze będą dopuszczone do eksploatacji przez wykwalifikowanego elektryka.
Czym może skutkować nieprawidłowe uziemienie lub jego brak?
Prawidłowe wykonanie uziemienia instalacji fotowoltaicznej niesie ze sobą dwojakie skutki.
- Instalacja jest zabezpieczona przed działaniem wyładowań atmosferycznych. W przypadku uderzenia pioruna uszkodzeniu ulega maksymalnie jeden moduł. Pozostałe elementy systemu są za to chronione, dzięki odprowadzeniu prądu do ziemi.
- Dzięki prawidłowo wykonanemu uziemieniu urządzenia elektryczne w domu są zabezpieczone przed skutkami przepięć wynikających np. z przeciążenia sieci fotowoltaicznej lub przepięć, które mają miejsce w sąsiedztwie sieci elektrycznej budynku.
Zalety i korzyści z uziemienia instalacji PV
Uziemienie instalacji fotowoltaicznej jest konieczne do zapewnienia ludziom oraz ich dobytkowi maksimum bezpieczeństwa podczas eksploatacji instalacji fotowoltaicznej. To największa korzyść, którą trudno pominąć w ogólnym rozrachunku. Na tym jednak nie koniec, gdyż dzięki właściwie zaprojektowanemu uziemieniu:
- dbamy o naszą instalację, ograniczając ryzyko jej uszkodzenia np. w toku wypadków losowych lub innych zjawisk elektrycznych, które miały miejsce w instalacji,
- istnieje możliwość jej ubezpieczenia na skutek zaistnienia wypadku losowego,
- chronimy środowisko zewnętrzne, ograniczając np. ryzyko wystąpienia pożaru,
- wydłużamy żywotność instalacji fotowoltaicznej.
Reasumując, zasady wykonania uziemienia PV zależą w głównej mierze od konstrukcji budynku, ale też od rodzaju i sposobu działania instalacji fotowoltaicznej.
