Pętla indukcyjna w instalacji fotowoltaicznej – czym jest i jak uniknąć?

Instalacja fotowoltaiczna to układ, w którym każdy element odgrywa bardzo ważną rolę. Oprócz modułów fotowoltaicznych, falownika oraz magazynu energii, ważną częścią systemu są też przewody. Błędem wielu monterów jest niedocenienie ich w kontekście zagrożenia, jakim są wyładowania elektromagnetyczne w kontekście pętli indukcyjnej.

Czym jest pętla indukcyjna?

Co to jest pętla indukcyjna? To zjawisko, które powstaje w wyniku niewłaściwego prowadzenia przewodów elektrycznych w instalacjach fotowoltaicznych. Jeśli są one prowadzone oddzielnie, tworzą pętlę, wewnątrz której może się indukować siła elektromotoryczna o określonym napięciu.

Zjawisko to przypomina zależność, z jaką mamy do czynienia po obu stronach uzwojenia transformatora (pierwotnej i wtórnej). Oddziaływanie zmieniającego się w czasie pola elektromagnetycznego na przewodnik może indukować w nim strumień elektronów. Jego natężenie będzie zależne od wartości pola. O ile działanie pól generowanych przez standardowe źródła takie jak np. linie energetyczne nie doprowadzi do indukcji prądu o dużym natężeniu, o tyle w przypadku wyładowań elektrycznych powstający prąd może doprowadzić do uszkodzenia, a nawet zniszczenia fotowoltaiki oraz innych urządzeń elektrycznych wchodzących w skład instalacji domowej.

Jak nie prowadzić przewodów w instalacji fotowoltaicznej?

Pętla indukcyjna PV jest najczęściej skutkiem niewłaściwego poprowadzenia przewodów DC, które są odpowiedzialne za przesył prądu stałego. Jeśli przewód dodatni pociągnięty jest jedną trasą, a ujemny drugą, powierzchnia pętli znacznie się zwiększa, co prowadzi do wzrostu ryzyka indukcji.

Im powierzchnia ta jest większa, tym większe ryzyko, że burza lub inne zjawiska elektromagnetyczne doprowadzą do zniszczenia instalacji. Indukcja elektromagnetyczna wywołana przez wyładowania atmosferyczne może być na tyle silna, że wytwarzany strumień elektronów będzie charakteryzował się napięciem przekraczającym wartości dopuszczalne dla instalacji (nieraz wielokrotnie).

Do czego może doprowadzić pętla indukcyjna w instalacji fotowoltaicznej?

Wystąpienie pętli indukcyjnej w instalacji PV może doprowadzić do wielu niebezpiecznych zjawisk, których skutkiem mogą być:

• uszkodzenie falownika i modułów fotowoltaicznych na skutek wystąpienia prądu indukcyjnego o nadmiernym napięciu i natężeniu,
• spadek efektywności systemu, który jest skutkiem indukowania prądów o przeciwnym kierunku lub zwrocie,
• wzrost temperatury komponentów fotowoltaicznych, a nawet pożar całej instalacji.

Pętla indukcyjna w fotowoltaice może być zatem źródłem zagrożenia nie tylko dla samej instalacji, ale też dla bezpieczeństwa jej użytkowników. Jej obecność może też spowodować znaczny wzrost kosztów eksploatacyjnych układu i spadek jego efektywności.

W jaki sposób uniknąć powstania pętli indukcyjnej?

Jak uniknąć pętli indukcyjnej w fotowoltaice? W tym celu należy tak poprowadzić przewody, aby ograniczyć powierzchnię pętli do minimum. Oznacza to konieczność podłączenia ich w taki sposób, aby przewód dodatni i ujemny znajdowały się blisko siebie, a najlepiej w tej samej trasie.

Zasady prowadzenia przewodów w celu ograniczenia pętli indukcyjnej

Poprawne ułożenie przewodów DC jest kluczowe w celu wyeliminowania ryzyka powstania pętli indukcyjnej. Dlatego należy pamiętać o:

• prowadzeniu przewodu dodatniego i ujemnego blisko siebie,
• unikaniu okrężnych tras i rozgałęzień prowadzących w różnych kierunkach,
• stosowaniu przewodów dwużyłowych, w których „+” i „-” będą poprowadzone w tej samej izolacji,
• stosowaniu ekranowania i uziemienia, które ograniczą ryzyko indukcji i pomogą odprowadzić ładunek do ziemi,
• prowadzenie przewodów DC w taki sposób, aby znajdowały się one w dużej odległości od przewodów AC.

Dodatkowe zabezpieczenia przed skutkami wystąpienia pętli indukcyjnej w instalacji PV

Właściwe poprowadzenie przewodu dodatniego i ujemnego dla instalacji DC fotowoltaiki to tylko jedno z wielu rozwiązań, dzięki któremu można zwiększyć bezpieczeństwo instalacji.

Oprócz przemyślanego prowadzenia przewodów instalator powinien też zwrócić uwagę na:

• zastosowanie zabezpieczenia odgromowego,
• montaż przewodu ochronnego PE, którego zadaniem jest wyrównanie potencjałów pomiędzy elementami instalacji,
• montaż specjalistycznych ograniczników przepięć SPD, których zadaniem jest odprowadzenie nadmiarowego ładunku do ziemi.

Podstawową zasadą dotyczącą bezpieczeństwa pracy instalacji fotowoltaicznych, jest zlecenie ich wykonania profesjonalistom. Dzięki temu inwestor ma pewność, że wykonany przez niego układ spełnia wszystkie normy bezpieczeństwa i może prawidłowo pracować w warunkach silnego nasycenia zewnętrznymi polami elektromagnetycznymi pochodzenia sztucznego oraz naturalnego.

Czym jest pętla zwarcia i czy stanowi zagrożenie dla instalacji PV – podsumowanie

Pętla zwarcia to zjawisko, które może doprowadzić do poważnych uszkodzeń w obrębie instalacji fotowoltaicznej. Dlatego ważne jest, aby przy prowadzeniu przewodów napięcia stałego (DC) ograniczyć dystans pomiędzy przewodem i ujemnym. Dodatkowo warto też pamiętać o zastosowaniu kluczowych zabezpieczeń, do których zaliczamy m.in. odgromniki, ale też przewody ochronne i urządzenia automatyczne oparte na komponentach półprzewodnikowych (np. dioda Zenera), które doprowadzają ładunek do ziemi przy minimalnym czasie reakcji.

Reasumując, zlecenie montażu instalacji PV profesjonaliście, znacznie ogranicza ryzyko wystąpienia pętli zwarcia, a także wielu innych awarii, które mogłyby stanowić potencjalne ryzyko dla instalacji, nieruchomości oraz korzystających z niej mieszkańców.