Vysvětlení solárního odpojení: Typy, výběr a tipy pro instalaci

Co je to odpojení solární energie a proč je důležité

Solární odpojovač je v podstatě spínač. Manuální, jednoduchý spínač. Nefunguje nenápadně: doslova přeruší tok energie mezi dvěma body. Není to tak složité, spíše je důležité, kde se nachází a proč je potřeba. „Proč“ je otázkou hluboké bezpečnosti. Stejnosměrný proud (DC) se vyrábí, jakmile jsou solární panely vystaveny světlu. Slunce nemá tlačítko „vypnout“. Tato neustálá produkce představuje velkou a trvalou hrozbu.

Představte si hasiče z místního hasičského sboru na střeše, jak se snaží větrat hořící budovu. Představte si technika, který opravuje střídač. Představte si elektroinstalatéra na transformátoru na ulici. Všichni tito lidé potřebují mít jistý, ověřitelný a dosažitelný způsob, jak odpojit obvody, kterých se dotknou. Solární odpojovač to nabízí. Je to nekompromisní prvek údržby, první linie obrany v případě nouze, jako je požár, a povinný prvek jakéhokoli systému, aby byl úřad s jurisdikcí (AHJ) považován za vyhovující a aby splňoval místní předpisy.

Nejde o pohodlí, ale o úplnou kontrolu. Tato zařízení jsou vyžadována Národním elektrotechnickým předpisem (NEC), zejména v článcích jako 690.13 a 690.15, které jsou velmi specifické. Hlavní silou je princip elektrické izolace. Technik by měl být schopen ručně otevřít spínač, zablokovat ho v poloze „vypnuto“ (postup nazývaný Lockout/Tagout nebo LOTO) a pokračovat v práci s vědomím, že obvod je bez napětí. Bez této informace představuje každý solární panel neustále nebezpečí pod vysokým napětím. Nejde o konstrukční přehlédnutí; je to konstrukční selhání nejvyšší úrovně.

Pochopení dvou hlavních typů: odpojení střídavým proudem vs. odpojení stejnosměrným proudem

„Solární odpojení“ je matoucí termín, protože se nejedná o jedno zařízení. Je definován jako dva nebo více v podstatě odlišných prvků, které nelze používat zaměnitelně. Neschopnost je rozlišovat je rozšířenou a nebezpečnou chybou. Měnič je dělicí čára, zařízení, které přeměňuje stejnosměrný proud z panelů na střídavý proud do vaší domácnosti nebo sítě. Na straně stejnosměrného proudu (před měničem) je odpojení a na straně střídavého proudu (za měničem) je odpojení. Nelze je používat zaměnitelně.

Odpojení střídavého proudu: Bezpečnostní spínač na straně sítě

Odpojovač střídavého proudu se instaluje za střídačem, mezi střídačem a hlavním rozvaděčem budovy nebo častěji elektroměrem. Neprospívá vám, ale energetické společnosti jakožto hlavnímu příjemci. Když musí elektrotechnik opravit síť, musí si být nade vší pochybnost jistý, že váš solární systém, který je technicky miniaturní elektrárnou, nedodává zpět elektřinu do vedení, na kterém pracuje. Jedná se o neuvěřitelně nebezpečný jev známý jako ostrovní provoz, kdy váš systém stále napájí takzvanou „mrtvou“ síť. Jejich bezpečnostním spínačem je odpojovač střídavého proudu. Téměř vždy se jedná o robustní, uzamykatelný spínač v krytu odolném proti povětrnostním vlivům. Předpisy energetických společností obvykle vyžadují, aby byl instalován na místě, které je jejich personálu neustále k dispozici, obvykle na vnější zdi poblíž vašeho hlavního elektroměru. Jeho technické specifikace závisí na výstupu střídavého proudu vašeho střídače a je to poměrně jednoduché zařízení, stejně jako jiné spínače střídavého proudu určené pro provoz.

Odpojení stejnosměrného proudu (PV Izolátor): Bezpečnostní spínač na straně pole

Odpojovač stejnosměrného proudu, známý také jako PV Izolátor nebo odpojovač pole se nachází na opačné straně střídače. Je umístěn mezi samotnými solárními panely (pole) a stejnosměrným vstupem střídače. Slouží zcela jinému účelu: ochraně zařízení a technika, který na něm pracuje. Pro servis, opravu nebo výměnu centrálního střídače je nutné jej izolovat pomocí vysokonapěťového stejnosměrného napájení dodávaného ze střechy. To je technicky obtížný úkol, protože je mnohem obtížnější a nebezpečnější přerušit vysokonapěťové stejnosměrné napájení než přerušit střídavé napájení. Stejnosměrné napájení, zejména při napětí 600 V až 1500 V, které je typické pro moderní pole, si nepřeje být přerušováno. Na rozdíl od sinusové vlny střídavého proudu, která protíná nulu 120krát za sekundu (což samozřejmě uhasí oblouk), je stejnosměrný proud nepřetržitý, neúprosný tok energie bez bodu „křížení nuly“, který by toto přerušení usnadnil. Přerušení živého vysokonapěťového stejnosměrného obvodu tak vytváří trvalý plazmový oblouk s vysokou teplotou. Proto nelze význam vysoce kvalitních, účelově vyrobených odpojovačů stejnosměrného proudu přeceňovat. Musí se jednat o velmi specializovaný technický prvek, pečlivě navržený tak, aby odolal neustálému vysokému stejnosměrnému napětí, a konstruovaný s vnitřními zhášecími zařízeními, která tento nebezpečný oblouk bezpečně a rychle uhasí. Umístění odpojovače střídavého proudu na toto místo je rizikem katastrofálního selhání; odpojovač bude mít tendenci se při zatížení svařit, roztavit nebo dokonce explodovat.

Jak vybrat správný solární odpojovač pro váš systém

Volba odpojení není přibližná. Je to přesný odhad neobchodovatelných požadavků vašeho pole a potřeb vašeho prostředí. Špatné rozhodnutí není malá chyba; je to návrh systému, který nefunguje, nebo systém, který se při testování velkolepým způsobem zhroutí. Je to systematický kontrolní seznam, nikoli hra s hádáním.

Výpočet jmenovitého napětí (Voc)

Zaprvé, napětí. Spínač by měl být dimenzován na maximální napětí, které vaše pole dokáže produkovat. Nejedná se o provozní napětí (Vmp), ale o napětí naprázdno (Voc), které je uvedeno v datovém listu vašeho solárního panelu. Chcete-li získat napětí řetězce Voc, musíte sečíst Voc všech panelů v jednom sériovém řetězci. To ale není vše. Napětí fotovoltaických panelů roste s poklesem teploty. NEC vyžaduje výpočet teplotní korekce (tabulka NEC 690.7) v závislosti na nejnižší očekávané okolní teplotě v místě instalace. Toto upravené Voc pro chladné počasí představuje nejnižší možné požadované napětí. Jmenovité pole 600 V v chladném podnebí může snadno překročit 700 V a vyžaduje spínač s jmenovitým napětím 1000 V, nikoli spínač s napětím 600 V. Zde není možný žádný kompromis, podhodnocení napětí představuje velké riziko požáru.

Určení jmenovitého proudu (Isc)

Za druhé, proud. Spínač by měl být dimenzován tak, aby odolal maximálnímu proudu, kterému může být vystaven. To je založeno na zkratovém proudu (Isc) vašich solárních řetězců. Pokud máte několik řetězců zapojených paralelně (např. ve slučovací skříni), je třeba sečíst hodnoty Isc. Vzhledem k tomu, že solární obvody jsou považovány za zdroj energie, který pracuje nepřetržitě (tj. lze je používat na plný výkon alespoň tři hodiny nebo déle), norma NEC nařizuje, aby se na maximální proud obvodu použil bezpečnostní faktor 1.25 (125 %). Jmenovitý proud vašeho odpojovače by neměl být nižší než 125 procent vypočítaného maximálního proudu. Toto není „návrh“. Základním požadavkem je prevence přehřátí, degradace součástí a požáru. Pro komplexnější přehled hardwarových možností si prosím projděte našeho průvodce na DC vypínač.

S taveným vs. bez taveného: Který potřebujete?

Tato možnost je určena konstrukcí systému a umístěním nadproudové ochrany (OCPD).

• Nepojistkové odpojení: Jedná se o základní vypínač. Nenabízí žádnou ochranu proti nadproudu. Používá se pouze za účelem izolace. To je vhodné v případě, že je OCPD k dispozici i jinde. Například DC odpojení jednořetězcového střídače často není pojistkou opatřeno, protože samotný střídač poskytuje požadovanou ochranu.
• Pojistkové odpojení: Jedná se o typ s pojistkami zabudovanými v krytu spínače. Nabízí ochranu proti nadproudu a izolaci. To je nezbytné v systémech, které mají tři nebo více paralelních řetězců, které jsou napájeny do slučovací skříně. Řetězce by měly být pojistěny odděleně, aby se v případě poruchy nestalo, že by byly vystaveny zpětnému proudu z ostatních řetězců. Mezi bateriovým blokem a střídačem může být také nutný hlavní pojistkový odpojovač.

Nemyslete si, že jeden je vždy lepší; používají se k různým designovým účelům.

Výběr správného krytí (stupeň krytí NEMA/IP)

Vnitřní části spínače jsou k ničemu, když se zřítí krabice, ve které jsou umístěny. V Severní Americe je kryt hodnocen podle NEMA (National Electrical Manufacturers Association) nebo mezinárodně podle IP (Ingress Protection).

• NEMA 3R: Toto je minimum pro většinu venkovních instalací. Je odolný vůči povětrnostním vlivům a chrání před padajícím deštěm a plískanicí.
• NEMA 4 / 4X: To je velké zlepšení. NEMA 4 je vodotěsná, tj. je odolná vůči vodě stříkané z hadice. To je nezbytné v oblastech, kde je déšť zavát větrem nebo kde může být zařízení postříkáno. 4X poskytuje odolnost proti korozi, a proto je nezbytná v pobřežních, průmyslových nebo zemědělských aplikacích.
• Hodnocení IP: Krytí IP65 je prachotěsné a odolné vůči tryskající vodě. Krytí IP66 je odolné vůči vysoce výkonným tryskajícím vodě. Jedná se o typické mezinárodní ekvivalenty ochrany typu NEMA 4.

Krytí je určeno prostředím. Při výběru krytu s certifikací pro vnitřní použití (NEMA 1) pro použití ve venkovním prostředí dojde k rychlému selhání krytu v důsledku vniknutí vody.

Splnění požadavků předpisů a certifikací (NEC, UL, IEC)

A konečně, neexistuje žádná důležitá specifikace, pokud zařízení není certifikováno Národně uznávanou zkušební laboratoří (NRTL). Tato certifikace je vaší jedinou nezávislou zárukou, že spínač bude skutečně fungovat za jmenovitých poruchových podmínek. V USA to zahrnuje získání označení UL (např. UL 98 nebo UL 508). V Evropě to znamená shodu s normami IEC a označení CE. Neuvedená a necertifikovaná součástka představuje obrovskou zátěž. Neprojde vaší elektrickou kontrolou, pravděpodobně zruší vaše pojištění majetku a představuje hlubokou a nepřijatelnou spekulaci o bezpečnosti vašeho systému. Patří mezi nejnevhodnější místa, kde se pokoušet ušetřit peníze.

Jak si jistě všimnete, volba vhodného odpojovače není jen otázkou základních jmenovitých hodnot. Nevyjednávatelná je zejména certifikace a bezpečnostní prvky. Správně navržený DC odpojovač by měl být schopen rychle potlačit oblouk a být absolutně spolehlivý při zatížení. Zde jsou profesionální výrobci DC ochrany, jako například BENY uvést své specializované znalosti do praxe.

Pro lepší pochopení základů si prostudujte naše Průvodce 101 pro odpojení solárních panelů pro další informace.

Časté chyby při instalaci solárního odpojovače, kterým se vyhnout

Teorie je elegantní. Praxe je chaotická. Jinak dobře zvolené odpojení může být bezmyšlenkovitou instalací učiněno zbytečným, nebo dokonce aktivně nebezpečným. Kritéria jsou z nějakého důvodu náročná. Následují nejčastější a předvídatelná selhání.

• Obrácená polarita (odpojení stejnosměrného proudu): Toto je pravděpodobně nejhorší a nejnebezpečnější chyba. Svorky „fáze“ a „zátěž“ se na odpojovači stejnosměrného proudu nedoporučují. Zdroj napájení (solární panely) by měl být připojen ke straně „fáze“. Zařízení (střídač) by mělo být připojeno ke straně „zátěže“. Je to dáno tím, že mechanismus zhášení oblouku spínače je směrový. Obrácení polarity toto důležité bezpečnostní opatření ruší a prakticky zajišťuje, že se spínač při zatížení sám sepne nebo katastrofálně selže.
• Nevhodné umístění a přístupnost: NEC vyžaduje, aby odpojovače byly „snadno přístupné“. To neznamená, že musí být k dispozici s 20metrovým žebříkem a mapou. Musí být snadno přístupné, nebráněné zařízením a viditelné pro záchranáře nebo technika. Neskrývejte odpojovače na půdě, v prolézacím prostoru ani za přišroubovaným panelem. V případě odpojovačů střídavého proudu od dodavatelů konzultujte místní předpisy dodavatelů energií, které téměř vždy vyžadují vyhrazené venkovní umístění v blízkosti elektroměru.
• Nesprávný utahovací moment vodiče: Koncové oka ve spínači mají na boku nebo v instalačním manuálu vytištěný určitý utahovací moment v palcích a librách. „Dobré a utažené“ není technická specifikace. Příliš volné utažení vytvoří bod s vysokým odporem; tento bod bude produkovat velké množství tepla, roztaví izolaci a způsobí požár. Příliš utažené uříznete prameny vodiče i samotného oka, což také způsobí poruchu s vysokým odporem. Použijte kalibrovaný momentový klíč. Pokaždé.
• Použití komponentů pro střídavý proud v aplikacích s stejnosměrným proudem: Toto je třeba zopakovat, protože je to nejzávažnější chyba amatéra. Jistič nebo spínač stejnosměrného proudu, zejména vysokonapěťový fotovoltaický systém, nelze provozovat s jističem nebo spínačem pro střídavý proud, který je k dostání v obchodě s domácími potřebami. Nemá prostředky k uhašení stejnosměrného oblouku. Nebude to fungovat. Nebude to fungovat a pravděpodobně to způsobí požár. Měly by se používat pouze součástky se jmenovitým stejnosměrným napětím a proudem a certifikacemi.
• Slabá správa krytů: Kryt NEMA 4X bude k ničemu, pokud vyvrtáte otvory pro vstup kabelových trubek nahoře a nasměrujete vodu přímo na svorky. Vstupy kabelových trubek by měly být vždy plánovány po stranách nebo ještě lépe zespodu. Ujistěte se, že všechny rozbočovače a armatury splňují normu NEMA a jsou dobře utěsněny. Pro zajištění bezchybné instalace si prostudujte naše Vysvětlení solárního odpojení: Typy, výběr a tipy pro instalaci.

Závěr

Solární odpojovač je koneckonců složité zařízení s jednoduchými pravidly. Není to příloha ani součástka, kde by se daly řešit úhly. Je to hlavní ochránce bezpečnosti vašeho systému, vašeho majetku a personálu, který s ním musí pracovat. Vzhledem k tomu, že rozdíl mezi typy AC a DC je zřejmý a výpočet napětí a proudu vyžaduje přísnost, jediným přijatelným způsobem je pečlivost. Požadavky NEC a UL nejsou byrokracie; jsou to zhuštěné moudrosti zkušeností, které se člověk naučil, příliš často za velmi vysokou cenu. Zacházejte s nimi tak, jak je tomu.

Nejčastější dotazy