Hogyan telepíthetünk szabványos napelem rendszert?

A fotovoltaikus rendszerek szabvány pontos megnevezése: „MSZ HD 60364-7-712:2016 Kisfeszültségű villamos berendezések. 7-712. rész: Különleges berendezésekre vagy helyekre vonatkozó követelmények. Napelemes (PV-) rendszerek.”

Az irányelv a napelemes energiaellátó rendszerekkel tanulmányoz, beleértve a változó áramú modulokat tartalmazó rendszereket is. A 7-712. rész a napelemes erőmű villamos berendezésére vonatkozik. Melynek pontos törekvése egy berendezés vagy részének tápellátása, illetve a villamos energia betáplálása közcélú vagy lokális hálózatba. A megjelölt rész a napelemes erőmű villamos szerkezetének csak a nevezett berendezéshez való kiválasztásával és az alkalmazásával törődik.

• a közcélú villamos elosztóhálózathoz nem csatlakozó villamos berendezést tápláló napelemes erőművekre,
• a közcélú villamos elosztóhálózattal párhuzamosan csatlakozó villamos berendezést tápláló napelemes erőművekre,
• a közcélú villamos elosztóhálózat alternatívájának megfelelő villamos berendezést tápláló napelemes erőművekre,
• az előzőek megfelelő kombinációjára vonatkoznak.

• PV-modul (PV module): Összekötött PV-cellák legkisebb, környezeti hatásoktól teljesen védett összeállítása.
• PV-modulsor (PV string): Egy vagy több sorba kötött modul áramköre.
• PV-modulcsoport (PV array): Villamosan összekötött PV-modulok, PV-modulsorok, PV-részmodulcsoportok és PV-modulcsoport összekötődobozok összeállítása. E dokumentum szerint a PV-modulcsoport az összes alkotóelemet magában foglalja az inverter vagy más energiaátalakító villamos szerkezet vagy egyenáramú terhelés egyenáramú bemeneti csatlakozójáig. A PV-modulcsoport nem foglalja magában az alapozást, a forgatóberendezést, a hőszabályozást és más hasonló alkotóelemeket. A PV-modulcsoport állhat egy PV-modulból, egy PV-modulsorból vagy több párhuzamosan kötött PV-modulsorból, vagy több párhuzamosan kötött PV-részmodulcsoportból és az azokkal kapcsolatos villamos alkotóelemeikből.
• Napelemes erőmű (PV generator): Olyan PV-modulcsoport, amely magában foglalja az invertert és a napelemes váltakozó áramú tápáramkört.
• Összekötődoboz (combiner box): Olyan kapcsolókészülék-egység, amelyben PV-részmodulcsoportok vagy PV-modulsorok vannak összekötve, és amely villamos szerelvényeket is magában foglalhat.
• PV-részmodulcsoport (PV sub-array): Párhuzamosan kötött PV-modulsorokból álló PV-modulcsoport villamos részegysége.
• PV-modulsorkábel/PV-modulsorvezeték (PV string cable): A PV-modulsor és a PV-elosztótábla összekötéséhez használatos kiegészítő kábel vagy vezeték, amely nem része a PV-moduloknak.
• PV-modulcsoportkábel/PV-modulcsoport-vezeték (PV array cable): A PV-modulcsoport kimeneti kábele/vezetéke.
• PV-inverter (PV inverter): Olyan eszköz, amely a PV-modulcsoport egyenfeszültségét és egyenáramát váltakozó feszültséggé és váltakozó árammá alakítja át.
• Napelemes váltakozó áramú tápkábel/tápvezeték (PV a.c. supply cable): A PV-inverter váltakozó áramú csatlakozókapcsait az elosztótáblához csatlakoztató kábel vagy vezeték.
• Napelemes váltakozó áramú tápáramkör (PV a.c. supply circuit): A PV-inverter váltakozó áramú csatlakozókapcsait az elosztótáblához csatlakoztató áramkör.
• PV-berendezés (PV installation): Napelemes villamos energiaellátó rendszer összeszerelt villamos berendezése.
• Szabványos vizsgálati feltételek (Standard Test Conditions) STC: Az EN 60904-3-ban a PV-cellákra és a PV-modulokra előírt vizsgálati feltételek.
• Üresjárási feszültség a szabványos vizsgálati feltételek mellett (open-circuit voltage under standard test conditions) UOC STC: Terheletlen (nyitott) PV-modul, PV-modulsor, PV-modulcsoport, PV-részmodulcsoport feszültsége szabványos vizsgálati feltételek mellett.
• Legnagyobb üresjárási feszültség (open-circuit maximum voltage) UOC MAX: Terheletlen (nyitott) PV-modul, PV-modulsor, PV-modulcsoport, PV-részmodulcsoport legnagyobb feszültsége. Az UOC MAX meghatározásának módszerét a szabvány adja meg.
• Zárlati áram szabványos vizsgálati feltételek mellett (short-circuit current under standard test conditions) ISC STC: PV-modul, PV-modulsor, PV-modulcsoport, PV-részmodulcsoport zárlati árama szabványos vizsgálati feltételek mellett.
• Legnagyobb zárlati áram (short-circuit maximum current) ISC MAX: PV-modul, PV-modulsor, PV-modulcsoport, PV-részmodulcsoport legnagyobb zárlati árama. Az ISC MAX meghatározásának módszerét a szabvány adja meg.
• SPD névleges zárlati árama (SPD short-circuit current rating) ISCPV: A napelemes erőműből várható legnagyobb zárlati áram.
• Egyenáramú oldal (d.c. side): A PV-berendezés része a PV-moduloktól a PV-inverter egyenáramú csatlakozókapcsaiig.
• Váltakozó áramú oldal (a.c. side): A PV-berendezés része a PV-inverter váltakozó áramú csatlakozókapcsaitól a napelemes tápkábel villamos berendezésen lévő csatlakozási pontjáig.
• Legnagyobb teljesítményű pont követése (Maximum Power Point Tracking) MPPT: Az inverter belső szabályzási módja a legnagyobb teljesítményű üzem követésére.
• MOD_MAX_OCPR: A PV-modul legnagyobb túláramvédelmi szintje. EN 61730-2 szerint.
• Villámvédelmi rendszer (Lightning Protection System – LPS): A szerkezetet érő villámcsapás által okozott fizikai károsodás csökkentésére használt teljes rendszer. Mind külső, mind belső villámvédelmi rendszerekből áll.
• Üzemi egyenpotenciálra hozó összekötés (functional bonding): Egy rendszerben vagy a villamos szerkezeten belül lévő pont vagy pontok összekötése a villamos biztonságtól eltérő célokból.

Alapvető előírás, hogy a PV-szerkezeteket az egyenáramú oldalon mindig feszültség alatt állónak kell tekinteni, még akkor is, ha a rendszer le van kapcsolva a váltakozó áramú oldalról. Logikus, amíg napfény éri, addig a PV-modulokon, PV-paneleken stb. kimeneti feszültség van.

Nem megengedett védelmi módok

• Elérhető tartományon kívüli elhelyezés.
• Védőakadályok.
• Villamos elválasztás több fogyasztókészülék esetén.
• Földeletlen helyi egyenpotenciálú összekötés.
• Környezet elszigetelése.

Védelmi mód: kettős vagy megerősített szigetelés

Az egyenáramú oldalon (a PV-inverter egyenáramú csatlakozókapcsaiig) használt villamos szerkezetek, például PV-modulok, kábel- és vezetékrendszerek (pl. összekötődoboz, kábelek vagy vezetékek) legalább II. érintésvédelmi osztályúak vagy azzal egyenértékű szigetelésűek legyenek.

Védelem SELV- és PELV-törpefeszültséggel

Ha védelmet SELV- és PELV-törpefeszültséggel oldjuk meg, akkor a legnagyobb üresjárási feszültség (UOC MAX) nem haladhatja meg a 120 V egyenfeszültséget. Új követelmény, hogy ha a névleges feszültség nagyobb mint 30 volt, akkor alapvédelemről kell gondoskodni.

Hőhatások elleni védelem

A napelemes erőmű biztonságának kialakításánál a vonatkozó nemzeti vagy lokális tűzvédelmi szabványokat kell használni. A szabvány elsőként említi meg a villamos szerkezetek által okozott tűz elleni védelmet. Védelem a szigetelési hibák hatásai ellen az egyenáramú oldalon, ha az inverteren belül, vagy a váltakozó áramú oldalon egyszerű elválasztás van: a hibát ajánlatos a lehető legrövidebb időn belül megszüntetni.

Szigetelésfigyelőt (IMD) – például: az EN 61557-8 szerinti szigetelésfigyelő eszközt – kell beépíteni az egyenáramú oldalon a szigetelés állapotának folyamatos, a PV-modulcsoport teljes élettartama alatti ellenőrzésére. A folyamatos ellenőrzést biztosítani lehet egy integrált szigetelésfigyelővel ellátott inverterrel is, amely szintén alkalmas a szigetelési hibák észlelésére.

Ettől el lehet térni, ha az inverteren belül, az egyenáramú oldalon lévő egyik aktív vezető az üzemi egyenpotenciálra hozó összekötéshez csatlakozik.

A PV-tápkábelt vagy tápvezetéket a váltakozó áramú oldalon védeni kell a zárlati árammal, vagy túlárammal szemben a váltakozó áramú oldal csatlakozási pontjánál elhelyezett védelmi eszközzel.

Feszültségzavarok és elektromágneses zavarok elleni védelem

Légköri vagy kapcsolási túlfeszültségek elleni védelem

Tranziens túlfeszültségek elleni védelem

Ha a HD 60364-4-443 tranziens túlfeszültségek elleni védelmet ír elő, az ilyen védelmet a PV-berendezés egyenáramú oldalán is alkalmazni kell. Az, hogy a váltakozó áramú oldalon is szükséges-e további tranziens túlfeszültségek elleni védelem a következőtől függ:

• Az inverter és a berendezés táppontja közötti távolságtól.
• Ha a HD 60364-4-443 nem ír elő tranziens túlfeszültségek elleni védelmet, ott a szabvány szerinti kockázatfelméréstől.
• Más forrásokból származó veszélyek, mint a más szolgáltatásokon, pl. telefonvonalakon vagy internetkapcsolatokon bejövő túlfeszültségek miatt.

A kulcs a termékszabványoknak való megfelelés. A PV-modulok például az EN 61730-1-nek, az EN 61215-nek vagy az EN 61646-nak, az összekötődobozok és kapcsoló- és vezérlőberendezések az EN61439-nek, az inverterek feleljenek meg pl. az EN 62109-1-nek vagy az EN 62109-2-nek, és így tovább. Lakóházak és hasonló helyek esetében az is jó, ha a burkolatok megfelelnek az EN 60670-24-nek.

Az egyenáramú rész szerkezeteit az egyenfeszültségnek UOC MAX és egyenáramnak ISC MAX megfelelően kell megválasztani, gyártói és szabványi utasításokat betartva. Záródióda használata esetén a zárófeszültséget legalább a PV-modulsor UOC STC feszültségének kétszeresére kell méretezni. A névleges áramuk legalább 1,1 ISC MAX legyen. A záródiódákat a PV-modulsorokkal sorba kell kötni. A burkolatok védettsége legalább IP44 (EN 60529), a külső mechanikai ütésekkel szembeni védettségi fokozata IK07 (EN 62262) legyen.

Hozzáférhetőség

A szerelést úgy kell kivitelezni, hogy a gyártó által előírt karbantartási és szervizmunkálatokat balesetmentesen el lehessen végezni.

Azonosítás

A személyek pl. karbantartó személyzet, felülvizsgálók, a közcélú elosztóhálózat üzemeltetői, sürgősségi segélyszolgálatok biztonsága érdekében fel kell hívni a figyelmet a napelemes berendezés jelenlétére. Például az 1. ábrán látható jelzést lehet használni a következő részeken:

• a villamos berendezés táppontján,
• a mérőhelyen, ha az távol van a tápponttól,
• az inverterről táplált fogyasztóegységnél vagy az elosztótáblánál.

Az egyenáramú oldalon az aktív részek minden hozzáférhető pontját, pl. az elosztótáblákat és az összekötődobozokat, tartós felirattal kell ellátni, jelezve, hogy az aktív részek leválasztás után is feszültség alatt maradhatnak, pl. a következő szöveggel: „SOLAR egyenáram – az aktív részek leválasztás után is feszültség alatt maradhatnak”.

Minden inverteren fel kell tüntetni azt a megjelölést, hogy bármilyen karbantartási művelet előtt mind az egyenáramú, mind a váltakozó áramú oldalát le kell választani.

Kábel- és vezetékrendszerek – A kábel- és vezetékrendszerek típusai

Az egyenáramú oldalon a kábelek és vezetékek szerelésénél arra kell törekedni, hogy a lehető legkisebb legyen a földzárlat vagy a rövidzárlat kockázata.

Egyerű, nem fémes köpenyű kábelek vagy vezetékek

szigetelt (egyerű) vezetékek külön szigetelt védőcsőben vagy vezetékcsatornában vezetve. A vezeték(ek) nem helyezhetők közvetlenül a tető felületére.

Az EN 50618 a napelemes rendszerek egyenáramú (DC) oldalán való használatra szánt kábeleket/vezetékeket írja le.

A villámlás következtében fellépő indukált feszültségek minimalizálása céljából a hurkok felületét, elsősorban a PV-modulsorok vezetékezése esetében, a lehető legkisebbre ajánlatos csökkenteni. Az egyenáramú kábeleket/vezetékeket és az egyenpotenciálra hozó vezetőt egymás mellett ajánlatos vezetni.

A PV-modulok hátoldalának közvetlen melegítésének kitett kábelek/vezetékek méretezése során a figyelembe veendő környezeti hőmérsékletet legalább 70 °C-nak kell tekinteni.

Villamos kötések

Minden csatlakozópár legyen villamos és mechanikus szempontból összeférhető és a környezetnek megfelelő. A gyártókkal ajánlatos ellenőriztetni, hogy minden csatlakozópár összeférhető-e.

Csatlakozók az egyenáramú oldalon

Feleljenek meg az EN 50521 vagy az EN 62852 szabványoknak. Képzett vagy kioktatott személyeken kívüli más személyek által hozzáférhető helyen lévő csatlakozók csak kulccsal vagy szerszámmal legyenek kapcsolhatók, vagy olyan burkolatban legyenek elhelyezve, amely csak kulccsal vagy szerszámmal nyitható.

Védelem, leválasztás, kapcsolás, vezérlés és folyamatos megfigyelés

Áram-védőkapcsolók

Ha a napelemes váltakozó áramú tápáramkör védelmére RCD-t használnak, az RCD az EN 62423-nak vagy az EN 60947-2-nek megfelelő B típusú legyen. Ez nem szükséges, ha a következők egyike teljesül:

• az inverter a váltakozó áramú oldal és az egyenáramú oldal között egyszerű elválasztást biztosít,
• a berendezés egy transzformátor különálló tekercseivel egyszerű elválasztást biztosít az inverter és az RCD között,
• az inverterhez nincs szükség B típusú RCD használatára a gyártó nyilatkozata alapján.
• A hibavédelem eszközei a táplálás önműködő megszakítása esetén

Ha a váltakozó áramú oldalon hibavédelemre RCD-t használnak, az előbbiek szerint kell eljárni.

A tűz kockázata elleni védelem eszközei

Ha a váltakozó áramú oldalon hibavédelemre RCD-t használnak, az előbbiek szerint kell eljárni.

Túláramvédelmi eszközök az egyenáramú oldalon

Az egyenáramú oldalon a túláramvédelmi eszközök legyenek:

az EN 60269-6 szerinti gPV-biztosítóbetétek vagy az EN 60947-3 szerinti biztosító-kapcsolókészülék kombinációs egységek, vagy

az EN 60947-2 vagy az EN 60898-2 szerinti megszakítók.

Ezen eszközök feleljenek meg a következőknek:

• a névleges üzemi feszültségük (Ue) legyen nagyobb vagy egyenlő a PV-modulcsoport UOC MAX értékénél;
• a névleges áramuk (In) jelen szabvány szerinti legyen;
• a névleges megszakítóképességük legyen legalább egyenlő a PV-modulcsoport ISC MAX értékével;
• a túláramvédelmi eszközök kétirányúak legyenek.

Túlfeszültség-védelmi eszközök – általános előírások

Ha a PV-rendszer az LPS védett terébe van telepítve, akkor a PV-rendszer összes táp- vagy jelvezetékét, vagy hálózati vezetékét el kell választani az LPS minden részétől, „s” távolságot figyelembe kell venni.

Ha „s” távolságot nem lehet tartani, akkor a PV-berendezést az EN 62305-3 szerinti egyenpotenciálra hozó összekötésen keresztül kell az LPS-hez csatlakoztatni.

A PV-modulcsoportba bejutó elektromágneses hatások csökkentése céljából az árnyékolt hálózati vezetékek használatán kívül, az egyenáramú pozitív és negatív vezetők egymáshoz közeli és párhuzamos vezetése ajánlott.  Az EN 62305-4 részletes tájékoztatást ad a tervezési és létesítési szabályokról, valamint a mágneses tereknek, továbbá az árnyékolás, a vezetőárnyékolás és a vezetékezés indukált feszültségeinek vagy áramainak számításáról.

Az inverter egyenáramú oldalán leválasztásra megfelelő megszakítót vagy szakaszolókapcsolót kell alkalmazni. A leválasztóeszköz kiválasztásakor figyelembe kell venni az eszköz polaritását (ha rendelkezésre áll, akkor lásd a gyártó tájékoztatását) úgy, hogy a közcélú energiaellátó hálózatot tápforrásnak, a PV-berendezést pedig terhelésnek kell tekinteni.

Az üzemi egyenpotenciálra hozó vezető lekapcsolása

Önműködő lekapcsolóeszközt csak akkor szabad sorba kötni az üzemi egyenpotenciálra hozó vezetővel, ha a következő feltételek teljesülnek:

a PV-modulcsoport ISC MAX legnagyobb zárlati árama;

a PV-modulcsoport UOC MAX legnagyobb feszültége;

az előbbiekben ismertetett táblázatban megadott legnagyobb névleges áramok.

Intézkedések az egyenáramú terhelés alatti megszakítás megakadályozására

Az ívelés elkerülése érdekében az egyenáramú áramkör bontására használható összes megszakítóképesség nélküli eszközt biztosítani kell a véletlen vagy jogosulatlan működtetés ellen. Ezt el lehet érni az eszköz zárható helyre, vagy burkolatba helyezésével, illetve lelakatolásával. Többek között ez a követelmény vonatkozik az SPD- és az olvadóbiztosító-tartókra is.

Speciális hibafeltételek esetén leválasztásra összekötődobozban elhelyezett távvezérlésű eszközöket lehet használni.

Szigetelésfigyelő eszközök

Az IMD-ket az EN 61557-8 szerint kell kiválasztani. Ha az IMD az inverter integrált része, az IMD-funkció feleljen meg az EN 62109-2-nek vagy az EN 61557-8-nak. Nagy méretű PV-modulcsoport (>100 kWp) esetén az EN 61557-9 szerinti önműködő szigetelési hibahelykeresési rendszer alkalmazása ajánlott.

Földelőberendezések és védővezetők, földelőberendezések, PV-fémszerkezetek egyenpotenciálra hozó összekötése

Ha ilyen egyenpotenciálra hozó összekötésre van szükség, a PV-modulokat tartó fémszerkezeteket, valamint a kábelezési rendszer fémrészeit kell összekötni. Az összekötő vezetőt megfelelő földelőkapocsra kell csatlakoztatni. Ha ezeknek a fémszerkezeteknek az anyaga alumínium, megfelelő csatlakozóeszközöket kell használni, az összes fémrész jó minőségű egyenpotenciálra hozó összekötésének biztosítására. Ez az összekötés korlátozza az elektrosztatikus töltések kisülésének hatásait.

Üzemi egyenpotenciálra hozó összekötések az egyenáramú oldalon

Az inverter egyenáramú oldalán az aktív vezetők egyikét az egyenpotenciálra hozó összekötéshez lehet csatlakoztatni, ha a váltakozó áramú berendezés és az egyenáramú oldal galvanikusan el van választva egy villamosan elválasztott tekercsekkel ellátott transzformátorral. A transzformátor lehet az inverter része vagy lehet külső. A transzformátor inverterhez csatlakozó tekercsét nem szabad földelni és az inverternek erre alkalmasnak kell lennie. Az összekötést az inverter egyenáramú oldalán egy pontban kell létrehozni. Az összekötés az inverter egyenáramú csatlakozási eszköze és a lekapcsolóeszköz között legyen.

Üzemi egyenpotenciálra hozó vezető

Lehet szigetelt vagy csupasz, legkisebb keresztmetszete 4 mm2 réz, vagy ezzel egyenértékű legyen.

Ellenőrzés – szemrevételezés és vizsgálat

Az EN 62446 további követelményeket tartalmaz a rendszerdokumentációval, az üzembe helyezési vizsgálatokkal és a szemrevételezéssel kapcsolatban.

Cikkünkben végig néztük, hogy milyen módon van lehetőség fotovoltaikus rendszerek telepítésére, megismerhetünk számos definíciót. Bízunk benne, hogy meghoztuk mindenki kedvét, hogy alaposabban tanulmányozza a erőművek működési elveit.

Villanyszerelők Lapja: Így lesz szabványos a napelem-telepítés

(https://www.villanylap.hu/lapszamok/2022/julius-augusztus/6104-igy-lesz-szabvanyos-a-napelem-telepites)