Selectie van overspanningsbeveiligingsapparaten voor PV-systemen - Installatie van SPD's
1. Factoren die van invloed zijn op de installatie van overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's)
Overspanningen in fotovoltaïsche (PV) systemen op daken worden voornamelijk veroorzaakt door directe blikseminslagen (op of nabij het gebouw of de PV-apparatuur met LPS), geïnduceerde spanning als gevolg van bliksemgerelateerde veranderingen in het elektrische veld, of schakelhandelingen in AC/DC-stroomdistributienetwerken. Om de behoefte aan overspanningsbeveiliging te beoordelen en de juiste beveiligingsstrategie te bepalen, moet de nominale impulsweerstandsspanning (Uw) van de apparatuur als referentie worden gebruikt. Tenzij anders aangegeven in een risicoanalyse, moeten overspanningsbeveiligingen (SPD's) zowel aan de DC- als aan de AC-zijde van het PV-systeem worden geïnstalleerd.
Onderdelen binnen een PV-systeem die mogelijk bescherming nodig hebben, zijn onder andere:
Omvormers, inclusief interfaces naar zowel het laagspannings-wisselstroomnet als het gelijkstroomnet, PV-panelen, interne bedrading van het PV-systeem, componenten die tussen de omvormer en de PV-panelen zijn geïnstalleerd, zoals verdeelkasten; apparatuur die wordt gebruikt voor het bewaken en besturen van het PV-systeem.
Volgens IEC 61643-12 en de relevante delen van GB/T 21714 hangen de selectie en installatie van overspanningsbeveiligingen (SPD's) voor PV-systemen af van meerdere factoren. Deze omvatten de blikseminslagdichtheid (NG) [1/km²·jaar] of het gemiddelde aantal onweersdagen per jaar (T), de kenmerken van het laagspanningsnet (bijv. bovengrondse leidingen of ondergrondse kabels) en de aard van de te beschermen apparatuur, en of er een extern bliksembeveiligingssysteem (LPS) is geïnstalleerd om het PV-systeem te beschermen tegen directe blikseminslagen.
Indien er een extern LPS aanwezig is, worden de SPD-vereisten beïnvloed door het beschermingsniveau (klasse) van het LPS en of de vereiste scheidingsafstand (S) tussen het LPS en het PV-systeem wordt aangehouden (geïsoleerd versus niet-geïsoleerd LPS).
2. Invloed van verschillende externe LPS-configuraties op de bliksembeveiliging van PV-systemen
De installatie van SPD's voor PV-systemen op daken valt over het algemeen in drie categorieën, afhankelijk van de aanwezigheid en het type externe LPS:
(1) PV-systemen zonder externe LPS
Zoals weergegeven in het diagram (niet hier opgenomen), moeten, indien het gebouw niet is uitgerust met een extern bliksembeveiligingssysteem, overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's) worden geïnstalleerd op basis van de uitkomst van een bliksemrisicobeoordeling. Het wordt aanbevolen om overspanningsbeveiligingsapparaten aan zowel de wisselstroom- als de gelijkstroomzijde te installeren ter bescherming van kritieke PV-componenten.
Aan de DC-zijde moet een Type 2 DC-overspanningsbeveiliging (aangeduid als DC1) worden geïnstalleerd in de buurt van de PV-combinerbox of de PV-array (indien geen combinerbox wordt gebruikt). Deze overspanningsbeveiliging beschermt het gebouw tegen externe spanningspieken die via de PV-kabels worden doorgegeven en wordt doorgaans direct na het binnenkomen van de PV-kabels in het gebouw geïnstalleerd. Een andere Type 2 DC-overspanningsbeveiliging (aangeduid als DC2) moet worden geïnstalleerd in de buurt van de DC-ingang van de omvormer. Als de kabellengte tussen DC1 en de omvormer minder dan 10 meter bedraagt, kan DC1 worden weggelaten.
Voor de wisselstroomzijde wordt een type 2 wisselstroombeveiliging (aangeduid als AC1) aanbevolen bij de wisselstroomingang, meestal in het hoofdverdeelpaneel. Dit apparaat beschermt tegen spanningspieken vanuit het elektriciteitsnet. Of AC1 nodig is in een systeem zonder externe bliksembeveiliging hangt af van de resultaten van een bliksemrisicobeoordeling. Om de dure omvormer te beschermen, wordt doorgaans een type 2 wisselstroombeveiliging (aangeduid als AC2) geïnstalleerd nabij de wisselstroomuitgang van de omvormer. Als de kabellengte tussen AC1 en AC2 minder dan 10 meter is, kan AC2 worden weggelaten. Raadpleeg de configuratietabel voor gedetailleerde informatie.
(2) PV-systemen met externe LPS die voldoen aan de vereiste scheidingsafstand (geïsoleerde LPS)
Zoals in het diagram te zien is, wordt een PV-systeem geacht te zijn uitgerust met een geïsoleerd bliksembeveiligingssysteem (LPS) wanneer een gebouw is voorzien van een extern bliksembeveiligingssysteem (zoals bliksemafleiders of -banden) en de PV-installatie op het dak door dit systeem wordt beschermd met een voldoende grote afstand ertussen. Zelfs in dit geval is het installeren van overspanningsbeveiligingen (SPD's) nog steeds noodzakelijk.
Voor systemen met een geïsoleerde bliksembeveiliging (LPS) is de opstelling van de overspanningsbeveiliging (SPD) vergelijkbaar met systemen zonder externe bliksembeveiliging. Een DC-overspanningsbeveiliging van type 2 moet worden geïnstalleerd in de buurt van de verdeelkast, of in de buurt van de zonnepanelen als er geen verdeelkast wordt gebruikt. Een andere DC-overspanningsbeveiliging van type 2 moet worden geplaatst in de buurt van de DC-zijde van de omvormer, en een AC-overspanningsbeveiliging van type 2 in de buurt van de AC-zijde van de omvormer. Omdat het PV-systeem echter zowel in als uit het gebouw wordt aangesloten, is ook een AC-overspanningsbeveiliging van type 1 vereist bij het hoofdverdeelbord waar de netspanning het gebouw binnenkomt. Raadpleeg de configuratietabel voor gedetailleerde richtlijnen voor de plaatsing.
(3) PV-systemen met externe LPS die niet voldoen aan de vereiste scheidingsafstand (niet-geïsoleerde LPS)
Bij PV-systemen op daken waar de panelen te dicht bij de externe bliksembeveiliging (LPS) staan en de vereiste veiligheidsafstand niet halen, moeten alle metalen onderdelen van het PV-systeem met de LPS worden verbonden om een goede bliksembeveiliging te garanderen. Dit is de gangbare methode voor bliksembeveiliging op daken. In deze configuratie worden zowel de AC- als de DC-kabels als parallelle geleiders in het aardingssysteem behandeld, wat betekent dat ze direct door bliksemstroom kunnen worden beïnvloed. Daarom adviseert de IEC het gebruik van overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's) van type 1 – meestal in combinatie met SPD's van type 2 – op cruciale punten in het systeem: waar de PV-kabels het gebouw binnenkomen en aan zowel de AC- als de DC-zijde van belangrijke componenten zoals de omvormer.
Zoals in het diagram te zien is, moet DC1 zo dicht mogelijk bij de verdeelkast worden geïnstalleerd, of in de buurt van de zonnepanelen als er geen verdeelkast is. DC2 en AC2 moeten in de buurt van de omvormer worden geplaatst voor een betere bescherming. In de meeste gevallen zijn zowel AC1 (in het hoofdverdeelpaneel) als AC2 (in de buurt van de omvormer) nodig. Maar als de omvormer in het hoofdverdeelpaneel is geïnstalleerd en ze dezelfde aarding delen, met kabellengtes van maximaal 0,5 meter, dan is AC2 mogelijk niet nodig. Raadpleeg de tabel voor gedetailleerde installatie-instructies.
1: DC1 mag onder de volgende voorwaarden worden weggelaten: als de kabellengte tussen DC1 en de omvormer minder dan 10 meter is en het spanningsbeveiligingsniveau (Up) van AC2 kleiner is dan of gelijk aan 0,8 keer de nominale impulsbestendigheidsspanning (Uw) van de PV-array; of als de Up van AC2 kleiner is dan of gelijk aan 0,5 keer Uw en de PE-geleider (beschermingsaarde) dicht bij de DC-kabels is aangelegd.
2: AC2 mag onder de volgende voorwaarden worden weggelaten: als de kabellengte tussen AC1 en AC2 minder dan 10 meter bedraagt; of als de omvormer en het hoofdverdeelbord dezelfde aardelektrode delen en de SPD-aansluitkabels elk niet langer zijn dan 0,5 meter – bijvoorbeeld als de omvormer in het hoofdverdeelbord is geïnstalleerd.
3: Minimale doorsnede voor aardingsgeleiders van SPD's: Voor type 2 SPD's moet de koperen aardingsgeleider minimaal 6 mm² zijn; voor type 1 SPD's moet deze minimaal 16 mm² zijn.
De keuze voor overspanningsbeveiligers aan de DC-zijde van zonnepanelen op daken hangt voornamelijk af van de bliksembeveiliging van het gebouw en de bekabeling van het systeem. Volgens de configuratietabel en IEC-normen moet er altijd een overspanningsbeveiliger aan de DC-zijde van de omvormer aanwezig zijn. Extra overspanningsbeveiligers in de buurt van de verdeelkast – of in de buurt van de zonnepanelen als er geen verdeelkast is – zijn echter alleen nodig als de kabel tussen de panelen en de omvormer langer is dan 10 meter.
Dat gezegd hebbende, zo gaat het niet overal. In sommige landen – bijvoorbeeld Duitsland – zijn de regels juist omgekeerd. Daar wordt DC-overspanningsbeveiliging altijd direct naast de zonnepanelen geïnstalleerd en hoeft er alleen een bij de omvormer te worden geplaatst als de kabellengte meer dan 10 meter is.