Jak přerušit výrobu elektřiny z fotovoltaických panelů i při plném slunečním svitu

Datum 05.12.2024

A. Proč by se měla výroba z fotovoltaických panelů při plném slunečním svitu přerušovat?

• Občasné přerušení výroby elektrické energie ze samotných fotovoltaických panelů je potřebné z mnoha důvodů:
  hašení požáru objektu s fotovoltaickou elektrárnou (dále jen FVE), kdy bez možnosti úplného vypnutí výroby z panelů či alespoň snížení napětí obvodů pod 120V DC jsou ohroženy životy hasičů a velitel může hašení dokonce i odmítnout,
• preventivní ochrana před poškozením FVE, například blížící se bouřka, vichřice, zvýšená teplota v technologii, kouř, atd.
• řešení přetoků do distribuční sítě,
• eliminace záporných výkupních cen,
• servisní zásahy (výměny vadných panelů, revize, atd.)

Aktuálně přerušení výroby vyžaduje i již zveřejněná norma ČSN P 73 0847 (Požární bezpečnost staveb – Fotovoltaické (PV) systémy). Ta stanovuje pravidla pro bezpečné odpínání celé FVE pro hasiče v případě požáru, pro přístupové cesty, atd. „V případě vypnutí je nutné navrhnout FVE tak, aby bylo na jakékoli části systému napětí jen do 120V DC pro ochranu zasahující jednotky“. Je to především určeno pro bezpečnost hasičů v situaci, kdy po vypnutí FVE musí být v DC (stejnosměrných) obvodech bezpečné napětí max 120V DC (ideálně žádné).

B. Co může tento požadavek „bezpečného“ napětí do 120 V DC (ideálně 0 V DC) naplnit?

Aktuálně jsou dva možné technické přístupy, čímž se vytváří i dva odborné tábory:

1. Vývody z panelů přerušit, ovšem do místa rozpojení je stále napětí
2. Vývody z panelů zkratovat, což „vynuluje“ napětí v celém obvodu = panel to nepoškodí, neboť jde o měkký zdroj, který lze zkratovat (mimochodem i výrobci panelů musí uvádět právě zkratový proud a napětí a mnohé panely se již přímo z výroby dodávají pro bezpečnost záměrně ve zkratu).

Stávající systémy jak přerušování, tak i zkratování panelů jsou založeny na elektronice (elektronické optimizéry a odpínače). Jejich nevýhodou je vysoká cena, menší životnost, vyšší spotřeba elektrické energie, riziko poškození přepětím, složitější zprovoznění, citlivost na vysoké teploty, indukci a jiné rušivé vlivy. Obvykle nevypnou zcela energii (sníží jen napětí).

Navíc přerušení výroby elektrické energie z panelů při plném slunečním svitu není jejich původní konstrukční určení. Jejich primární funkcí je zajišťovat monitoring a co nejvyšší účinnost jednoho či více fotovoltaických panelů při částečném zastínění nebo vlivem oblačnosti, resp. jiných překážek ve slunečním svitu či poruše. Tedy odpínat panely při jejich sníženém a ne při plném výkonu. Navíc obnova provozu u některých provedení je hodně složitá.

C. Jak umí firma BONEGA svým PATENTOVANÝM řešením vyhovět oběma přístupům?

Jednoduše vypínačem tak, že jedním pokynem zrušíte či naopak druhým pokynem obnovíte i na dálku výrobu el. energie přímo z fotovoltaických panelů a to v jejich těsné blízkosti. De facto se okamžitě navodí situace jako by se nad FVE setmělo. Panel a vodiče pak nevykazují buď vůbec žádné napětí nebo jen povolené bezpečné napětí (aktuálně v ČR do 120V DC). Navíc lze vytvářet kombinace s dálkovým ovládáním, včetně dálkového přenosu informací o stavu zapnuto/vypnuto pro správce či s možností samočinného přerušení provozu v případě rizik a havárií.

Chráněné technické řešení (patent) od firmy BONEGA spočívá v bezpečném přerušení dodávky elektrické energie z několika panelů současně.

Konstrukčně firma pro tento účel vyvinula speciální DC vypínače pod označení BONEGA PEP-V-DC s uchycením na DIN lištu

nebo pomocí šroubů i na rovnou plochu

Zjednodušeně řečeno jde o konstrukční kombinaci desetiletí prověřených přístrojů jako jsou jističe či vypínače. Umí opakovaně v rámci své životnosti zvládat přerušování napětí v desítkách Voltů. Sami jistě z praxe znáte obecnou životnost a spolehlivost takových přístrojů i hrubě přes půl století.

Tento speciální DC vypínač tedy v sobě obsahuje osvědčené prvky z jističe, jako jsou odolné kontakty, vynašeče, zhášecí komoru a po stranách permanentní magnety pro rychlé vtažení DC oblouku do zhášecí komory. Funkcionalitou to však nemůže být klasický DC jistič, který má v sobě i ochranu proti tepelnému přetížení (bimetal) a zkratovou spoušť (cívku). To by pak způsobovalo nechtěné vypínání FVE. Musel být tak vyvinut jen speciální DC vypínač.

Jde tedy o relativně jednoduché „mechanické“ řešení bez jakékoli elektroniky. To pak dodává celému zařízení vetší robustnost, léty ověřenou odolnost při opakovaném vypínání při plné zátěži (minimálně 20.000 cyklů) a především spolehlivost, jednoduchou montáž, minimalizaci počtu konektorů (častá příčina požáru), dlouhou životnost i přes 30 let. Navíc DC vypínače nejsou citlivé na různé rušivé vlivy, odebírají minimum energie (cca 1 W), umožňují na sebe navázat pro dálkové ovládání podpěťové či napěťové spouště, motoricky ovládané nahazovače, optickou či zvukovou signalizaci, dálkovou signalizaci –www.signalizator.cz, monitoring či jiné dálkové řízení.

Tyto vypínače lze pak velmi efektivně sestavovat do sekcí od jednoho do šesti kusů. Lze je použít jak k vypínání, tak i ke zkratování panelů. Systém je využitelný jak pro malé, tak i pro velké fotovoltaické elektrárny.

Celou sestavu DC vypínačů lze navíc zase snadno a spolehlivě dálkově ovládat zase pomocí léty prověřených konkrétních přístrojů, jako jsou:

1. Podpěťové spouště, kdy ztrátou napětí DC nebo AC dojde na dálku k přerušení obvodu DC vypínače (zapnutí musí proběhnout pak na místě ručně), jeden kus dokáže spolehlivě ovládat sestavu až 6 kusů vypínačů,

• Podpěťové vypínací spouště PEP-PVS (230 V AC)
• Podpěťové vypínací spouště PEP-PVS (48 V DC)
• Podpěťové vypínací spouště PEP-PVS (24V DC)
• Podpěťové vypínací spouště s pomocným kontaktem pro signalizaci PEP-PVS (230 V AC+PK)
• Podpěťové vypínací spouště s pomocným kontaktem pro signalizaci PEP-PVS (48 V DC+PK)
• Podpěťové vypínací spouště s pomocným kontaktem pro signalizaci PEP-PVS (24 V DC+PK)

2. Napěťové spouště, kdy přivedením napětí DC nebo AC dojde na dálku k přerušení obvodu DC vypínače (zapnutí musí proběhnout pak na místě ručně), jeden kus dokáže spolehlivě ovládat sestavu až 6 kusů vypínačů

• Napěťové vypínací spouště PEP-NVS (230 V AC)
• Napěťové vypínací spouště PEP-NVS (48 V DC)
• Napěťové vypínací spouště PEP-NVS (24 V DC)
• Napěťové vypínací spouště PEP-NVS (12 V DC)
• Napěťové vypínací spouště s pomocným kontaktem pro signalizaci PEP-NVS (230 V AC+PK)
• Napěťové vypínací spouště s pomocným kontaktem pro signalizaci PEP-NVS (48 V DC)+PK)
• Napěťové vypínací spouště s pomocným kontaktem pro signalizaci PEP-NVS (24 V DC)+PK)
• Napěťové vypínací spouště s pomocným kontaktem pro signalizaci PEP-NVS (12 V DC)+PK)

3. Speciální DC nebo AC motoricky ovládané „nahazovače“ které umí na dálku jak sepnutí, tak i přerušení obvodu DC vypínače, jeden kus dokáže spolehlivě ovládat (zapnout / vypnout) sestavu až 5 kusů vypínačů:

• 1P automatický AC recloser „nahazovač“ BONEGA 230V AC s 1P či 2P ramenem a dálkovým ovládání
• 2P automatický AC recloser „nahazovač“ BONEGA 230V AC s 1P či 2P ramenem, se signalizací a dálkovým ovládáním
• 1P speciální automatický AC recloser „nahazovač“ BONEGA 230V AC HDO s 1P či 2P ramenem a dálkovým ovládáním
• 1P automatický DC recloser „nahazovač“ BONEGA DC do 50V s 1P či 2P ramenem a dálkovým ovládáním
• Více informací na: http://www.bonega.cz/go.asp?odkaz=elektro/nahazovace_1p.htm
  http://www.bonega.cz/go.asp?odkaz=elektro/nahazovace_2p.htm

4. Vypnutí u všech variant lze dálkově spustit:

• ručně
• automatizovaně (blížící se bouřka nebo vichřice, zvýšená teplota, atd..)
• informaci o vypnutí lze sdělovat přes signalizační kontakty, které mohou být součástí jak napěťových či podpěťových spouští, tak i nahazovačů BONEGA

Provoz ovládání výše uvedených příslušenství vypínačů DC může využívat jak energii z předem určeného panelu či z baterií se stejnosměrným proudovým výstupem, tak i z jiného zdroje s výstupem stejnosměrným či střídavým nebo ze záložního zdroje.

D. Řešení spolehlivého a bezpečného přerušení výroby z fotovoltaických panelů i při plném slunečním svitu pomocí DC vypínačů umožňuje obrovskou variabilitu přístupů jednotlivých uživatelů k zapojení:

• jeden či více panelů nemusí podléhat vypnutí a může při slunečním svitu sloužit k napájení DC nahazovače
• ovládání vypnutí může být pomocí výše uvedeného širokého příslušenství jak DC tak AC
• odpínání může být ideálně součástí DC rozvaděčů kombinovaných s ochranou proti přepětí (podrobně popíšeme ve 3.dílu), přičemž firma BONEGA již nabízí toto ucelené řešení v DC rozvaděči včetně dokumentace a výrobních štítků (pro velký zájem objednávky přijímáme nyní s dodáním koncem roku 2024)
• s výhodou může být ovládání propojeno drátově či bezdrátově současně s více zařízeními pro přerušení činnosti fotovoltaických panelů, takže k odpojení celé FVE může dojít v jednom okamžiku
• na jeden pokyn odstavení FVE pomocí tlačítka Central STOP mohou sdruženě reagovat nejen DC vypínače, ale i ostatní zařízení

E. Parametry jednoho vypínače BONEGA PEP-V-DC jsou následující:

• předpokládaná životnost více jak 30 let
• maximální napětí do 200 V DC
• jmenovitý proud 25A DC
• tepelná ztráta 1,07 W/modul
• minimální četnost vypínání při plné zátěži je 20.000 cyklů
• záruka 5 let

F. Ceny

• jeden vypínač se prodává v základní ceně za 195 Kč bez DPH a dokáže spolehlivě obsloužit najednou při napětí jednoho panelu 40V DC a proudu do 25A až 5 panelů (ministring), případně obslouží současně 4 panely o napětí 50 V DC, atd..)
• v případě sestavy až 6 propojených vypínačů mezi sebou lze tak obsloužit až 30 panelů při napětí jednoho panelu 40V DC a proudu do 25A
• sestavy od 1 do 6 kusů si volí zákazník (obvykle jde o konkrétní řešení v daném objektu s ohledem na vodiče, prostory, atd):

Objednací kód	Popis	Základní cena v Kč bez DPH
05-1025001 PEP 10V-DC	Modulový DC vypínač BONEGA PEP-10V-DC 1P do 25 A	195 Kč
05-2025001 PEP 10V-DC	Modulový DC vypínač BONEGA PEP-10V-DC 2P do 25 A	400 Kč
05-3025001 PEP 10V-DC	Modulový DC vypínač BONEGA PEP-10V-DC 3P do 25 A	610 Kč
05-4025001 PEP 10V-DC	Modulový DC vypínač BONEGA PEP-10V-DC 4P do 25 A	820 Kč
05-5025001 PEP 10V-DC	Modulový DC vypínač BONEGA PEP-10V-DC 5P do 25 A	1.030 Kč
05-6025001 PEP 10V-DC	Modulový DC vypínač BONEGA PEP-10V-DC 6P do 25 A	1.240 Kč

G. Ukázka jednoho z možných schemat zapojení pro systém vypínání s motorickým dálkovým ovládáním včetně ochrany proti přepětí.

Schema zobrazuje: fotovoltaické panely, ministringy, svorkovnice, motoricky ovládaná sestavy DC vypínačů, pojistkový odpínač především pro servisní účely, svodič přepětí. Mohou pak navazovat i přenosové jednotky pro dálkové ovládání, signalizační prvky, vzdálená monitorovací nebo řídící jednotka, atd.

H. Doporučení v jakém pořadí FVE vypínat.
Dodržet doporučený postup odpínání fotovoltaické elektrárny (FVE) pod zátěží je VELMI zásadní pro bezpečnost, minimalizaci rizik požáru nebo zranění a životnost.

1. Přepnout softwarově střídač na OFF (sníží se riziko elektrického šoku).
2. Vypnout jistič na AC straně.
3. Vypnout DC vypínač nebo jistič na střídači.
4. Pokud v instalaci je, tak vypnout ideálně ještě z druhé strany instalovaný DC vypínač.
5. Přerušit výrobu elektrické energie z panelů.
6. Až naposled třeba při servisu „vyklopit“ pojistkový odpínač. Doporučuje se provádět tuto manipulaci v odpovídajících rukavicích!

I. Upoutávka

V dalším díle číslo 2 podrobně popíšeme Jak levně a především SPOLEHLIVĚ A BEZPEČNĚ přerušit výrobu z fotovoltaických panelů i při plném slunečním svitu s životností minimálně 30 let pomocí zkratování, které má především tyto výhody:

• po zkratování je všude nulové napětí
• vše lze plně automatizovat

V dalším díle číslo 3 Vás seznámíme s ekonomicky výhodným řešením spojit odpínání panelů s DC rozvaděčem, jak minimalizovat počty konektorů a předcházet tak riziku požárů atd.. Viz. ukázka sestavy odpínání společně s rozvaděčem DC navazující na výše uvedené schema s dodržením dostatečně velkých vzdáleností povrchových cest, atd.:

J. Jaké další „VYCHYTÁVKY“ firma BONEGA pro fotovoltaiku nabízí:

1. Inovované automatické přepínače dvou zdrojů (sítí) až do 2x 63A. Jedna ze základních funkcí je ta, že po výpadku prioritní sítě automaticky přepne na záložní síť. Po náběhu hlavní sítě zase automaticky vypne záložní síť a sepne provoz přes hlavní síť. V případě výpadku obou sítí dojde k obnovení té, která „naběhla“ jako první. Po obnově obou nastává řízení podle priorit.
2. Automatické přepínače pro dva spotřebiče až do 2x 63A a to nejen pro fotovoltaiku
3. Nahazovače jističů typ HDO. Reagují na pokyny z HDO záměrně se zpožděním (vypínání za 4,5 sec a zapínání za 10 sec), čímž eliminují zbytečné proudové „nárazy“.
4. Speciální rozvaděče AC pro fotovoltaiku bez silových stykačů. Stykače jsou nahrazeny speciálními nahazovači, které musí vypnout jistič, i když již mají přerušený přívod.
5. Typové rozvaděče AC a DC (více jak 60 typů).
6. Hybridní přepínače dvou sítí. Automaticky upřednostňují jen jednu prioritní síť.
7. Ruční bezpečnostní přepínače sítí. V případě výpadku obou sítí se oba jističe dostanou do stavu vypnuto. Uživatel pak musí sám rozhodnout, kterou ze sítí po výpadku zprovozní.
8. Spolehlivé, bezdrátové dálkové ovládání pokynů zapni/vypni na VELMI dlouhé vzdálenosti (BSP1).Jde o dvojici jednomodulových zařízení s montáží na DIN lištu. Slouží pro bezdrátový radiový přenos stavu kontaktu vypnuto nebo zapnuto na velké vzdálenosti. Zvládá i 500m ve volném prostředí, navíc s možností dalších prodloužení. Díky důkladně šifrovanému, obousměrně potvrzovanému přenosu, jde o bezpečný a velmi spolehlivý způsob spojení a řízení. Obě zařízení pracují do kříže. Změna vstupu jednoho zařízení vyvolá okamžitou adekvátní změnu stavu výstupu druhého zařízení. Pokud k žádné změně stavu vstupu nedochází, probíhá pro jistotu synchronizace a to preventivně v 1 minutových periodách. Umí předávání pokynů jak jen jednosměrně „TAM“, tak také obousměrně „TAM i ZPĚT“. Pro případy, kdy je dosah jedné dvojice nedostatečný, tak je možné vytvářet „nekonečné“ sestavy na prodloužení dosahu. Bezdrátově dojde k přenesení pokynu mezi Zařízením #1 a #2. Drátově dojde k přenesení pokynu mezi Zařízení #2 a #3 a bezdrátově pokračuje přenesení pokynu mezi Zařízením #3 a #4, atd
9. Cenově výhodné přístroje BONEGA s 3 letou zárukou:

• Svodiče přepětí DC a AC
• Jističe DC do 250 a do 500V.
• Proudové chrániče. Typy „AC“, „A“ , „B“, „S“
• Vypínače. Do 63 a do 125A.
• více na https://www.bonega.cz/elektro/

Uživatelsky velmi jednoduché signalizátory AC, DC určené především pro diagnostiku obvodů, sledování teploty či dálkové ovládání spotřebičů (www.signalizator.cz) Dálkové měření spotřeby elektrické energie, vody, plynu i tepla pod jednou aplikací https://app.hlidacspotreby.cz/ Aplikace pro výrobu dokumentace „Ověření návrhu rozvaděčů“s možným využitím až 61.000 typů přístrojů a více jak 2.600 skříní: www.navrh-rozvadece.cz

Roman Hudeček