Pozyskiwanie energii elektrycznej ze słońca stało się niezwykle popularne. Korzystają z niego zarówno firmy jak i indywidualne gospodarstwa domowe. Jeżeli i Ty rozważasz inwestycję w Odnawialne Źródła Energii (OZE) to powinieneś wiedzieć na co zwrócić uwagę, kiedy firma instalacyjna przyjedzie, aby montować fotowoltaikę.
Jednym z najważniejszych, a niestety często traktowanych po macoszemu elementów jest uziemienie instalacji fotowoltaicznej. Wyjaśniamy, dlaczego jest tak istotne i jak je wykonać.
Co to jest uziemienie instalacji elektrycznej?
Instalacja uziemiająca pojawia się w wielu systemach elektrycznych. W praktyce działa ona jak trzeci przewód, tyle że nie płynie w nim prąd. Żyły uziemiające powinny być wyprowadzone do wszystkich gniazdek i instalacji elektrycznych i podłączone do jednego punktu. Jest nim tzw. uziom, który zazwyczaj ma postać pręta zakopanego w ziemi.
Elektrycy przyjmują, że ziemia ma zerowy potencjał elektryczny. Będzie więc przyciągała wszystkie ładunki zgodnie ze znaną z fizyki zasadą różnicy potencjałów. Co więcej, może przyjąć ich niemal nieskończoną ilość z uwagi na swoją ogromną masę.
Ładunki, które z uszkodzonych urządzeń płyną do ziemi zanikną, nie powodując żadnej szkody w środowisku.
Obecnie uziemienie budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej jest już standardem, który uwzględnia się w pierwszej fazie tworzenia projektu. Nadal jednak w budownictwie z lat 80. i 90. XX w. zdarza się, że dom nie posiada uziomu. Warto wtedy poważnie zastanowić się na jego instalacją. Nie jest to jednak niezbędne dla odgromienia samej fotowoltaiki.
Jak działa uziemienie instalacji PV?
Choć panele fotowoltaiczne uchodzą za jeden z najbezpieczniejszych sposobów generowania energii elektrycznej, warto pomyśleć o ich zabezpieczeniu na wypadek przypadkowego uderzenia pioruna. Na pierwszy rzut oka uziemienie wygląda niepozornie i najbardziej przypomina długie szpile wbite w ziemię. Nie wpłynie więc w żaden sposób na estetykę domu lub ogrodu.
Odgromienie instalacji fotowoltaicznej polega na podłączeniu jej do ziemi za pomocą przewodów wyrównawczych (jeżeli budynek nie posiada własnego urządzenia piorunochronnego). Ich zadaniem jest odprowadzenie do gruntu nadmiaru ładunków elektrycznych tak, aby nie doszło do ich przeniesienia na inną płaszczyznę, np. dach lub ciało człowieka.
Prawidłowo wykonane uziemienie powinno mieć na tyle mały opór, aby ładunki elektryczne popłynęły przez tę właśnie instalację.
Uziemienie instalacji PV odbywa się za pomocą tzw. warystorów lub iskierników. To specjalne półprzewodniki, które działają dopiero po przyłożeniu do nich bardzo dużego napięcia. W takiej sytuacji obniżają swoją oporność i odprowadzają ładunki do ziemi, zwierając przewód. Zapobiega to przejściu napięcia na dalsze elementy instalacji, jak moduły czy gniazda inwertera.
Po co stosuje się uziemienie paneli fotowoltaicznych? Można wymienić kilka zasadniczych powodów:
- w celu ochrony przed pożarem,
- jako zabezpieczenie na wypadek naturalnych wyładowań elektrycznych,
- jako ochronę przed przepięciami w obrębie jednego lub kilku modułów,
- w celu zapobieżenia powstania zbyt wysokiego napięcia elektrostatycznego.
Zasadniczo, instalacja odgromowa powinna obejmować wszystkie elementy systemu fotowoltaiki oraz składać się z części zewnętrznej i wewnętrznej. Tylko wtedy daje maksymalną ochronę.
Czy instalacja uziemiająca chroni fotowoltaikę przed burzą z piorunami?
Chyba nikogo nie trzeba przekonywać, że uderzenie pioruna bezpośrednio w budynek powoduje duże szkody. Zazwyczaj będzie to pożar. Może dojść również do uszkodzenia wszystkich elektrycznych sprzętów, na skutek wyzwolenia pola elektromagnetycznego. Sprawia ono, że elementy przewodzące wypełniają się w jednym momencie ładunkami o bardzo dużym napięciu.
Tak zwane fale przepięciowe mogą wywierać negatywne skutki nawet w promieniu do 1,5 kilometra od miejsca uderzenia pioruna. Kontakt błyskawicy z elementami systemu fotowoltaicznego zwiększa prawdopodobieństwo przedostania się ewentualnego pożaru do wnętrza budynku.
Większość instalacji domowej fotowoltaiki to tzw. On-Grid. Jest ona podłączona do domowego zasilania elektrycznego, dlatego podlega takim samym zasadom ochronnym, jak wszystkie inne instalacje domowe. Oznacza to, że jest ona zabezpieczona przez tzw. odgromniki, zwane też ochronnikami przepięć. Znajdują się one na głównej tablicy rozdzielczej budynku.
Ochronniki przepięć zabezpieczają obwód DC oraz przewody łączące falownik z tablicą przyłączy elektrycznych.
- Można przyjąć, że prawidłowo uziemiona fotowoltaika nie powinna ucierpieć w wyniku przypadkowego wyładowania atmosferycznego.
- Nawet jeżeli dojdzie do uszkodzeń systemu, będą one lokalne.
- Nie musimy się obawiać, że konieczna będzie wymiana np. wszystkich ogniw fotowoltaicznych lub kosztownego falownika.
Czy uziemienie instalacji fotowoltaicznej powinno być sprawdzane?
Zaleca się podłączenie do wspólnego uziomu wszystkich paneli (wystarczy doprowadzić przewód do metalowej ramy). Jeżeli tego nie zrobimy, nie ma możliwości montażu ochronników, a cała instalacja fotowoltaiczna jest narażona na działanie żywiołu.
Rozszczelnienie uziemienia modułu powinno zostać automatycznie wykryte przez falownik, ale warto co kilka lat wezwać specjalistów, którzy ocenią działanie całej instalacji i naprawią ewentualne usterki. Sprawdzą czy wszystkie przewody uziemiające są doprowadzone do ziemi i zalecą ewentualną modernizację.
Oględzinom podlegają nie tylko kable uziemiające (ich parametry), ale też listwy odgromowe czy ograniczniki przepięć typu 1 i 2, które pojawiają się, gdy w budynku była już wcześniej montowana instalacja odgromowa.
Przepisy prawa określają wymaganą rezystancję ochronników przepięć na 10 omów. Pomiarów efektywności instalacji odgromowej dokonuje się za pomocą specjalnego urządzenia.
Jak wykonać uziemienie instalacji fotowoltaicznej? Samo odgromienie w postaci szpili powinno być zakończone bednarką (studzienką) tak, aby elektryk mógł sprawdzić jego efektywność podczas kontroli. Bez głównej szyny same szpile mogą niekiedy jednak nie wystarczyć (z uwagi na zbyt małą powierzchnię styku z ziemią).
W niektórych modelach uziemienie metalowej konstrukcji można uzupełnić korzystając z punktów uziemiających, które powinny znajdować się na każdym panelu fotowoltaicznym. To czasochłonna usługa, ale daje większe poczucie bezpieczeństwa.
Innym rozwiązaniem jest uziemienie instalacji fotowoltaicznej na gruncie lub dachu za pomocą specjalnych klem z pinami, które pozwalają obejść ograniczenia wynikające z anodowania ramy. W ten sposób unikamy zbędnej plątaniny kabli i upraszczamy całą instalację odgromową. Anodowanie stosowanie jest dla ozdoby oraz w celu zniwelowania zjawiska korozji metalu. Niestety rażąco zmniejsza też przewodnictwo materiału i niweluje efekt uziemienia.
Dobrą wiadomością jest to, że główne elementy całej instalacji, jak inwerter i nowsze panele coraz częściej są wyposażone we własne systemy zabezpieczeń.
Jak wykonać uziemienie fotowoltaiki? Zlecając je profesjonalistom!
Jeżeli rozważasz ubezpieczenie domu lub samej instalacji fotowoltaicznej możesz spotkać się z żądaniem towarzystwa ubezpieczeń, abyś zlecił wykonanie kompleksowego uziemienia instalacji OZE i regularnie poddawał ją oględzinom. W przeciwnym razie musisz liczyć się ze wzrostem składki albo nawet odmową zawarcia polisy ubezpieczeniowej.
Trudno się temu dziwić. Każdy zakład ubezpieczeń chce mieć pewność, że ryzyko zajścia wypadku ubezpieczeniowego, a tym samym realizacji polisy, jest jak najmniejsze.
Jeżeli nie posiadasz odpowiedniej wiedzy i doświadczenia, nie próbuj samemu wykonywać lub naprawiać uziemienia instalacji fotowoltaicznej. Praca z prądem jest niebezpieczna, a poszczególne etapy prac mogą wymagać posiadania specjalnych uprawnień. W razie stwierdzenia wykonania instalacji lub jej fragmentu przez nieuprawnioną osobę zakład ubezpieczeń z pewnością odmówi wypłaty świadczenia.
Choć jakość materiałów i podzespołów instalacji OZE zazwyczaj stoi już na bardzo wysokim poziomie, należy zdawać sobie sprawę, że w Polsce wciąż brakuje specjalistów z dużym doświadczeniem w tym zakresie.
Dlatego zlecając instalację fotowoltaiki i jej uziemienie wybieraj firmy, które istnieją na rynku od lat, posiadają stosowne certyfikaty i szkolą swoich pracowników. W przeciwnym razie ryzykujesz wadliwe połączenie elementów instalacji.
Uziemienie paneli fotowoltaicznych na gruncie i dachu a kwestie praktyczne
Choć wielu użytkowników uważa, że fotowoltaika jest na tyle bezawaryjna, że nie grożą im żadne niebezpieczeństwa, warto zaznaczyć, że w przypadku braku uziemienia lub jego wadliwego działania, skutki błędu mogą być tragiczne. Jeżeli instalacja zamontowana jest na blaszanym dachu, wystarczy oprzeć o niego metalową drabinę i już ryzykujemy, że dojdzie do porażenia. Wcale nie musimy w tym celu wchodzić na dach i dotykać poszczególnych elementów konstrukcji.
Jeżeli budynek w którym instalujemy fotowoltaikę był już wcześniej wyposażony w instalację odgromową, należy pamiętać, aby zachować odstęp między nią a metalowymi elementami systemu PV. W ten sposób eliminujemy ryzyko powstawania tzw. przeskoków iskrowych. Minimalny odstęp jest zawsze wyliczany dla danego budynku i konfiguracji fotowoltaiki.
Jeżeli budynek nie posiada własnej instalacji odgromowej to wszystkie przewody uziemiające trzeba sprowadzić jak najkrótszą i bezpośrednią drogą do uziomu. To element wbity w glebę, który odprowadza prąd z dachu do ziemi. W zależności od materiału, z jakiego został wykonany przewód, jego grubość może być nieco inna. Dla żelaza przyjmuje się przekrój 50 mm, dla aluminium 25 mm, zaś dla miedzi 16 mm.
Wiele osób zastanawia się jak zrobić uziemienie fotowoltaiki i czy w ogóle warto zawracać sobie tym głowę. Naszym zdaniem każda instalacja elektryczna wymaga stosowania maksymalnej ochrony. Nie chodzi tylko o koszty ewentualnej naprawy uszkodzonych podzespołów, ale przede wszystkim o zdrowie i życie domowników. Nawet najwyższej jakości i najdroższe komponenty nie uchronią przed katastrofą, jeżeli nie zostaną prawidłowo ze sobą połączone.
