Ochrona domowych instalacji fotowoltaicznych przed skutkami wyładowań piorunowych i przepięć

Należy przypuszczać, iż w kolejnych latach instalacje PV staną się nieodzownym składnikiem instalacji elektrycznych. Należy jednak pamiętać, iż poza oczywistymi zaletami są również zagrożenia, z którymi trzeba się zmierzyć. Do najważniejszych zalicza się wpływ czynników zewnętrznych, takich jak m.in. wyładowania piorunowe i związane z nimi przepięcia oraz znaczne ryzyko pożaru nie tylko samych paneli PV, ale również całego obiektu budowlanego w miejscu ich instalacji [2].

Czas zwrotu inwestycji szacowany jest na 10–30 lat. Każde dodatkowe koszty ewentualnej naprawy systemu zmniejszają opłacalność, stąd też należy podjąć niezbędne działania na samym początku, aby móc przeciwstawiać się zagrożeniom przez dziesięciolecia.

Panele PV umieszcza się najczęściej na dachu i zazwyczaj okablowanie instalacji fotowoltaicznej jest wprowadzane do wnętrza budynku. W związku z tym instalowane są długie odcinki przewodów łączące panele z falownikami i siecią elektro­energetyczną.

Wyładowania piorunowe powodują powstawanie impulsowego pola elektrycznego i magnetycznego, które to indukuje w pobliskich instalacjach napięcia i prądy udarowe. Długość przewodów oraz wielkość pętli powstających z ułożonych przewodów zwiększa wartości przepięć.

Szkody wywołane przez przepięcia występują zarówno w panelach fotowoltaicznych, falownikach, sterownikach, jak i układach elektronicznych nimi sterujących.

Przepięcia dochodzące poprzez sieć energetyczną mogą również uszkodzić pracujące w domu urządzenia, takie jak falownik PV, piec grzewczy, lodówka, telewizor, pralka, komputer i wiele innych. W niesprzyjających warunkach przepięcia same w sobie mogą spowodować pożar paneli umieszczonych na dachu, a jego gaszenie będzie bardzo utrudnione ze względu na obecność napięcia na ich zaciskach i brak możliwości gaszenia wodą.

W przypadku bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt budowlany, na którym zamontowano instalację PV, może dojść do ich zapłonu i pożaru całego budynku. Mając to wszystko na uwadze, zaleca się instalację systemu ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej w budynku, na którym są zainstalowane ogniwa PV. Osoby korzystające z kredytu powinny bezwarunkowo wyposażyć swoją instalację w stosowne rozwiązania techniczne, o których mowa poniżej.

Ryzyko pożaru paneli PV

Bardzo często osoby zaczynające swoją przygodę z panelami fotowoltaicznymi nie zdają sobie sprawy z zagrożenia, jakie one niosą. Specyfika działania ogniw fotowoltaicznych uniemożliwia ich natychmiastowe wyłączenie. Najprościej rzecz ujmując, nie da się wyłączyć słońca, przez co również nie da się wyłączyć paneli fotowoltaicznych. Cały czas na ich zaciskach wyjściowych obecne jest napięcie – zarówno w dzień słoneczny, jak i pochmurny. Jakiekolwiek uszkodzenie paneli PV skutkujące zwarciem choćby tylko jednego ogniwa w panelu może być przyczyną pożaru. Powstałe w ten sposób zwarcie jest podtrzymywane przez pozostałe ogniwa w stringu, w pojedynczym panelu, ogniwie czy falowniku.

Wykrycie i wyłączenie zwarcia jest bardzo trudne lub wręcz niemożliwe. Dostępne na rynku rozwiązania techniczne umożliwiają co najwyżej izolację uszkodzonego modułu. Samo wykrycie zwarcia jest kłopotliwe ze względu na bardzo małą różnicę między prądem znamionowym panelu/ogniwa a prądem zwarciowym. Znamienna jest również możliwość pracy panelu PV na zwarcie (fot. 1.). Mając to wszystko na uwadze, przystępując do inwestycji należy wziąć pod uwagę znaczne ryzyko pożaru i podjąć stosowne środki je ograniczające.

W przypadku bezpośrednich wyładowań piorunowych uwolniona energia jest jedną z najczęstszych przyczyn powstawania pożarów. Sama instalacja paneli fotowoltaicznych nie zwiększa ryzyka uderzenia pioruna, ale potencjalne straty w obiekcie wyposażonym w panele będą zdecydowanie większe. Dlatego też zaleca się szczegółową ocenę ryzyka wystąpienia szkody spowodowanej uderzeniem pioruna. Należy tego dokonać zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 62305-2 [4].

Najczęściej popełnianym błędem jest instalacja systemu PV bez zwracania uwagi na problem ochrony odgromowej. Na fot. głównym. przedstawiono obiekt, w którym doinstalowano system PV, nie modyfikując istniejącego systemu ochrony odgromowej (panele PV powyżej piorunochronów na dachu).

Wymagania w zakresie ochrony a ubezpieczenie

Polskie prawo nie nakłada obowiązku instalacji systemu ochrony odgromowej obiektu wyposażonego w instalację PV. Prawo budowlane nakłada zaś na inwestora/projektanta konieczność analizy ryzyka.

Analiza ryzyka przeprowadzona zgodnie z normą umożliwia wybór właściwego poziomu ochrony odgromowej budynku. Bardzo często jednak ubezpieczamy swój obiekt (dom), myśląc o ewentualnym ryzyku powstania strat, które mają być pokryte z polisy. Zawierając umowę ubezpieczenia (cywilnoprawną) z firmą ubezpieczeniową, zgadzamy się na warunki zawarte w OWU (ogólne warunki ubezpieczenia). Kupując polisę, rzadko sprawdzamy jej warunki. Jednak możemy w nich znaleźć bardzo ciekawe zapisy, które to de facto w bardziej lub mniej otwarty sposób nakładają na nas obowiązek instalacji ochrony odgromowej i przepięciowej. I tak na przykład w jednym z towarzystw ubezpieczeniowych, przeglądając OWU w punkcie opisującym przedmiot ubezpieczenia napotykamy zapis:

„Ochroną ubezpieczeniową może być objęta instalacja fotowoltaiczna, która spełnia łącznie następujące warunki: (…) jest wyposażona w system ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej oraz uziemienie”.

Analizując ten zapis, wychodzi na to, że musimy wyposażyć obiekt w ww. instalację, bo jak nie, to nasza instalacja nie jest objęta ubezpieczeniem – pomimo że mamy polisę. Dalej w tym samym OWU, w punkcie wyłączenia odpowiedzialności, możemy znaleźć, iż „wyłączona jest całkowicie odpowiedzialność za szkody powstałe wskutek oddziaływania pola magnetycznego i elektrycznego”.

Należy tutaj nadmienić, iż wyładowanie piorunowe wytwarza bardzo duże wartości pola elektrycznego i magnetycznego, szczegółowo opisane w normie PN-EN 62305-1 [3]. Zawierając umowę, jesteśmy ubezpieczeni od kradzieży paneli PV, gradu, wichury itp., ale nie od przepięć, które właśnie pole elektryczne i magnetyczne powoduje.

W innym towarzystwie ubezpieczeniowym, w dziale opisującym przedmiot ubezpieczenia, czytamy iż „elektrownia fotowoltaiczna powinna się składać z urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej i odgromowej”.

Podsumowując, należy podkreślić, iż wymagania polskiego prawa nie są równe wymaganiom, na które sami się zgadzamy, podpisując umowę ubezpieczenia (cywilnoprawną).

Literatura

1. https://globenergia.pl/ponad-104-tysiace-mikroinstalacji-pv-w-2019-roku-gigantyczny-wzrost-w-fotowoltaice/(2020.03.26).
2. „Poradnik ochrony odgromowej”, Neumarkt DEHN, 2019.
3. PN-EN 62305-1:2011, „Ochrona odgromowa. Część 1: Zasady ogólne”.
4. PN-EN 62305-2:2012, „Ochrona odgromowa. Część 2: Zarządzanie ryzykiem”.
5. PN-EN 62305-3:2011, „Ochrona odgromowa. Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia”.
6. PN-EN 62305-4:2011, „Ochrona odgromowa. Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach”.
7. DIN EN 62305-3:2016-04; VDE 0185-305­-3:2016-04, „Blitzschutz – Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen”.
8. IEC TS 62561-8:2018, „Lightning protection system components (LPSC). Part 8: Requirements for components for isolated LPS”.
9. PN-EN 50539-11:2013-06, „Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia. Urządzenia ograniczające przepięcia do zastosowań specjalnych z włączeniem napięcia stałego. Część 11: Wymagania i badania dla SPD w zastosowaniach fotowoltaicznych”.
10. PN-EN 61643-31:2019-07, „Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia. Część 31: Wymagania i metody badań dla SPD instalacji fotowoltaicznych”.
11. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2019.0.1065).