Fotovillamos berendezések villám- és túlfeszültségvédelme (I.)

• 
• 

Részletek

2008. szeptember 04. csütörtök, 00:00

 

A mindennapi életünkben egyre nagyobb jelentősége van a gazdaságos és biztonságos energiaellátásnak. A hagyományos energiahordozók (szén, fa, olaj, gáz) felhasználásának mértéke és költségei megújuló technológiák alkalmazásával jelentősen csökkenthetők. Ez akkor lehetséges, ha a legújabb műszaki technológiai eredmények felhasználásával a korlátozott mértékben rendelkezésre álló helyi alternatív energiahordozókat (napenergia, szélenergia, termálvíz, talaj hőenergia + hőszivattyú) mint energiaforrásokat is beépítik a rendszerbe, és azok ott helyben hasznosulnak. A már meglévő és az újonnan létesülő energiaellátó rendszerben is ezeket felhasználva egyaránt gazdaságosabbá teszik az energiaellátást.

Magyarország földrajzi adottságai ebből a szempontból igen kedvezőek, mert az ország minden részében az évenként adódó napsütötte órák száma magas. Az új, korszerű fotovillamos berendezések rendszerbe állításával ezek a „napelemes” energiaforrások képesek az alap energiaellátást segíteni és kiegészíteni mind az ipari rendszerekben, mind a háztartásokban (1. ábra). (A szakirodalomban sok esetben a német Photovoltaikanlagen szó rövidítését, a „PV” jelölést alkalmazzák!)

Fotovillamos berendezés kialakítása és elrendezése

Az energiahordozók áremelkedései miatt az utóbbi időkben ezek a napenergia- hasznosító rendszerek egyre nagyobb mértékben elterjednek, bár beruházási költségei ma még ugyan viszonylag magasak, de széles körű elterjedésük következtében az áruk várhatóan a közeljövőben olcsóbb lesz. A tervezhető napenergia-hasznosítás költségei, a gazdaságossági mutatók, garantált hosszú élettartam és beépíthetőségük műszaki feltételei a beruházók számára már a döntések meghozatalakor meghatározóak és kedvezőek lehetnek.

Külső villámvédelem

Mivel a fotovillamos egységeket mindig az épületek és építmények magas pontjain – annak napsütötte részén, többnyire a tetőszerkezeteken – szerelik fel, ezért ki vannak téve a zivataros időjárás viszontagságainak, valamint a közvetlen villámcsapásnak.

A vonatkozó villámvédelmi szabványok előírásainak megfelelően – hogy bennük meghibásodások ne keletkezhessenek – feltétlenül külső villámvédelemmel, valamint belső villám- és túlfeszültség-védelemmel is védeni kell a teljes fotovillamos berendezést és rendszert.

Az MSZ 274 „villámvédelem” magyar szabvány és a katasztrófavédelem 2/2002. BM-rendelet is az EU-jogharmonizáció miatt 2009. január végéig még érvényben marad. Azonban az új MSZ EN 62 305 „Villámvédelem” szabvány is 2006. augusztus 1-jén életbe lépett, és a korábbi magyar előírásoktól eltérő sűrítettebben elrendezett villámvédelmi felfogók létesítését írja elő.

A tetőszerkezeten 20–60 m sugarú gördülő gömbbel szerkesztett villámvédelmi felfogórendszer védett terében kell a napelemeket és a teljes berendezést elhelyezni. Ezért a villámhatás-veszélyeztetés miatt nem csak külső villámvédelem felszerelése szükséges, hanem a belső villamos tartalom másodlagos villámhatásveszélyeztetése (H1–H5) függvényében mindkét követelményrendszernek megfelelő belső villámvédelem (B0–B4) valamelyik fokozatának létesítése is szükséges.

Az épület külső villámvédelmi berendezése védett terében elhelyezett PV-napelemek az „s” veszélyes megközelítési távolságok betartásával

Belső villám- és túlfeszültség-védelem

A külső villámvédelem csak a villám közvetlen romboló és tűzgyújtó hatása ellen nyújt védelmet. A villámcsapás által keltett másodlagos túlfeszültségek ellen csak megfelelő egy- vagy többfokozatú potenciálkiegyenlítés, belső villám- és túlfeszültség- védelem nyújthat védelmet.

Az LPZ villámvédelmi zónarendszerben (MSZ IEC 1312-1) az LPZ 0/1 zónahatáron minden zónahatár-átlépési ponton villámáram- levezetőképes (10/350) villámvédelmi potenciálkiegyenlítést kell létesíteni. Az épületek kisfeszültségű energiaellátó hálózatához kell csatlakoztatni a napenergia- hasznosító rendszert is. A tetőn elrendezett egységek és fém tartószerkezeteik egyik pontját 16 mm2 Cu-vezetővel a villámvédelmi földelőrendszerrel és az épület EPH-főcsomópontjával is össze kell kötni. A napelem-rendszer egyenáramú (+) és (–) kimenetére villámáram-levezetőképes (10/350) túlfeszültség-levezetőket és az inverter egyenáramú bemeneteit kell csatlakoztatni, az alábbiakban felsorolt ábrák magyarázatai szerint.

Az épület külső villámvédelmi berendezése védett terében elhelyezett PV-napelemek, de az „s” veszélyes megközelítési távolságok nincsenek betartva

A 3. ábrán tetőn elhelyezett PV-berendezés az épület külső villámvédelme védett terében van elrendezve, fém tartószerkezetek és a villámvédelmi felfogórendszer között a veszélyes megközelítési „s” távolságok betartásával.

Tetőn elrendezett PV-berendezés látható a 2. ábrán, ahol az az épület külső villámvédelme védett terében van elrendezve, de a fém tartószerkezetek és a villámvédelmi felfogórendszer közötti a veszélyes megközelítési távolságok („s”) nincsenek betartva. A fémszerkezeteket be kell kötni a külső villámvédelembe, és az EPH-főcsomópontba, továbbá a fémszerelvényeket villámáramlevezető keresztmetszettel biztonságos áramúton le kell földelni!

Az épülettől különállóan felszerelt PV-napelemek különálló villámvédelemmel, egy közös EPH-főcsomóponthoz csatlakoztatva

A 4. ábra az épülettől különállóan elrendezett PV-berendezést ábrázol, ahol annak rendszerét a külső villámvédelem védett terében kell elhelyezni. A fém tartószerkezetek és a villámvédelmi felfogórendszer egy közös földelőhöz és EPH-főcsomóponthoz csatlakozik.

Az 5. ábrán egy különálló villámvédelemmel ellátott fotovillamos telep látható.

Fotovillamos telep különálló villámvédelemmel

Villámvédelmi felfogók védett terének szerkesztése a veszélyes megközelítési távolságok betartásával és az árnyékképződés kizárásával készüljön. A gyakorlatban figyelembe kell venni a napelemes rendszerekre vetülő árnyékképződés kizárásának követelményeit. A napelemek egyes felületegységei ugyanis villamosan párhuzamosan kapcsolódnak egymással. A teljes felület egy részére, ha árnyék vetül, akkor annak a résznek az energiatermelésében zavarok keletkeznek. Ezt mutatja a 6. ábra.

Villámvédelmi felfogók védett terének szerkesztése a veszélyes megközelítési távolságok betartásával és az árnyékképződés kizárásával

Mindegyik PV napelemes rendszer villámés túlfeszültség-védelmének a felépítésénél a fentiekben hivatkozott szabványelőírásokat be kell tartani, beleértve a még 2009.01.31-ig érvényes magyar nemzeti szabványokat és rendeleteket is. Az egységes műszaki célkitűzések ellenére adódnak eltérő megoldási lehetőségek és követelmények, amelyeket átgondoltan figyelembe kell venni, és meg kell találni a helyes és a nagyobb biztonságot jelentő műszaki megoldásokat!

Irodalom

[1 ] DEHN+SÖHNE Blitzplaner 2007, ISBN 978-3-00-021115-7
[2 ] www.dehn.de
[3 ] DEHN+SÖHNE Sonderdruck 62.: Blitzschutzkonzept für PV – Anlagen
[4 ] DEHN Fachbeitrag Photovoltaik: Neue Überspannung Schutzgeräte für Photovoltaik- Anlagen (DEHN limit PV 1000)