Bezpečnosť FV: DC odpojovače, prepäťovky, požiarne riešenia

Bezpečnosť fotovoltických systémov: kľúčové riziká, princípy a legislatívny rámec

Bezpečnosť FV (fotovoltických) inštalácií stojí na troch pilieroch: DC odpojovanie (isté a rýchle oddelenie generujúcej časti), prepäťová ochrana (koordinovaná na DC aj AC strane) a požiarne riešenia (prevencia vzniku oblúka a obmedzenie šírenia požiaru, plus záchranné postupy). Vzhľadom na to, že FV stringy produkujú jednosmerné napätie aj pri odpojení od striedača, musí byť návrh a montáž realizovaná s dôrazom na selektivitu ochrany, kvalitu spojov a správne materiály.

Normy, predpisy a terminológia

IEC/EN 60364-7-712 – Požiadavky na fotovoltické energetické systémy v elektroinštaláciách nízkeho napätia.
IEC 61643-31 (DC SPD pre FV) a IEC 61643-11 (SPD pre AC) – Výkonové a skúšobné požiadavky na prepäťové ochrany.
EN 50618 – Káble pre FV (H1Z2Z2-K) s UV odolnosťou a triedou reakcie na oheň.
Požiarne predpisy – národné vyhlášky a technické normy (umiestnenie rozvádzačov, prestupy, evakuačné trasy, označovanie vypínačov).
Terminológia: DC odpojovač (izolácia pod záťažou), SPD (prepäťová ochrana, typy T1/T2/T3), AFDD (detekcia poruchových oblúkov), MLPE (modulové výkonové prvky, napr. optimizéry s funkciou rýchleho vypnutia).

Rizikový profil FV systémov

DC elektrický oblúk z dôvodu nekvalitných konektorov, zmiešaných značiek MC4, poddimenzovaných krimpov, uvoľnených svoriek alebo mechanického poškodenia.
Prepäťové javy z búrkovej činnosti (priame/indukované účinky) a spínacích procesov v sieti; riziká pre striedač, moduly a elektroniku.
Požiarne riziko pri vedení káblov cez horľavé konštrukcie, v podkroviach a na kabelážnych trasách bez vetrania.
Servisovateľnosť – chýbajúce odpojenie vetiev/stringov, zlé značenie a neprehľadné rozvádzače predlžujú zásah a zvyšujú riziko.

DC odpojovače: princípy, umiestnenie a parametre

Účelom DC odpojovača je umožniť bezpečnú izoláciu FV polí od zvyšku sústavy pri servise alebo havárii. Kľúčové zásady:

Typ „load-break“ pre DC – schopný spínať jednosmerný prúd pri menovitom napätí (U_dc) a prúde (I_dc) stringu/poľa; overiť kategóriu použitia (DC-PV2/… podľa výrobcu).
Umiestnenie: pri striedači (povinné pre väčšinu zariadení) a pri väčších systémoch aj blízko FV polí (napr. na streche v string combiner boxe alebo v blízkosti prestupu).
Viacstringové riešenia: samostatné pólové odpojovače pre každý string alebo viacpólové prepínače so spoločným ovládaním (zamedziť zámene vodičov).
Mechanická trvanlivosť a IP krytie: pre exteriér minimálne IP65, UV stabilita, teplotný rozsah podľa klímy.
Bezpečné ovládanie: jasné ON/OFF polohy, aretovateľná poloha OFF (možnosť uzamknutia pri servise), viditeľné kontakty u niektorých typov.
Koordinácia s inými prvkami: odpojovač má byť v logickej nadväznosti pred DC poistkami, SPD a meraním.

Prepäťová ochrana (SPD) v praxi: DC aj AC strana

Prepäťovky redukujú špičky na úroveň, ktorú zariadenia prežijú. Dôležitá je koordinácia typov a miest inštalácie:

Typová selekcia:
- T1 – určené do objektov s vonkajšou ochranou pred bleskom (LPS) alebo s vysokou expozíciou; schopné viesť bleskový prúd (10/350 μs).
- T2 – ochrana proti spínacím a indukovaným prepätiam (8/20 μs); bežná vo string/array boxe a pri striedači.
- T1+T2 kombinované – univerzálne riešenie pri neistote expozície a pre zjednodušenie koordinácie.
Umiestnenie na DC strane: v string/array rozvádzači blízko vstupu káblov zo strechy a/alebo pri striedači (krátke prívody < 0,5 m k chránenému bodu); sledovať U_CPV ≥ 1,2× U_oc,STC stringu.
Umiestnenie na AC strane: SPD T2 v hlavných rozvodoch (prívod k striedaču) a koordinačne v HDS/hlavnom rozvádzači (T1 alebo T1+T2 pri LPS).
Pripojenie a uzemnenie: čo najkratšie vodiče (ideálne < 0,5 m), hviezdicové pripojenie na hlavný ekvipotenciálny bod, minimalizácia slučiek.
Signalizácia a údržba: optická indikácia stavu modulu, možnosť diaľkového hlásenia; plán výmeny po zásahu/po zhoršení parametrov.

DC poistky, káble a konektory: detaily, ktoré rozhodujú

DC poistky v string/array boxe podľa I_sc modulu a počtu paralelných vetiev; gPV charakteristika, správny držiak s DC zhášacím médiom.
Káble H1Z2Z2-K (EN 50618): UV, teplu a ozónu odolné, dvojitá izolácia; správne trasovanie mimo ostrých hrán, s dilatačnými slučkami.
Konektory rovnakého výrobcu a série (nezmiešavať „kompatibilné“ typy); lisovanie s kalibrovanými čeľusťami, ťahové skúšky, IP67/68 krytie.
Trasy s príchytkami z nehorľavých/ťažko horľavých materiálov, odstupy od horľavých konštrukcií, chráničky pri prestupoch.

Požiarne riešenia a prevencia

Prevencia oblúka: kvalitné konektory, správne krimpovanie, pravidelné dotiahnutie svoriek v DC rozvádzačoch, vizuálne a termovízne kontroly.
AFDD (detekcia poruchového oblúka) v DC/AC vetvách podľa ponuky výrobcu (často integrované v niektorých striedačoch alebo moduloch MLPE).
„Rýchle vypnutie“/Fireman switch: modulové riešenia (MLPE) alebo strešné DC odpojovače, ktoré pri zásahu znížia napätie na úroveň bezpečnú pre hasičov (napr. < 80 V DC na vedení do objektu – podľa lokálnych predpisov).
Požiarne prestupy a bariéry: utesnenie prestupov protipožiarnymi manžetami/tmelmi s požadovanou EI triedou; káblové žľaby s triedou reakcie na oheň.
Detekcia a hasenie: adresné hlásiče v podkroví/technickej miestnosti, vhodné hasiace prostriedky (nevodivé – CO₂/čisté plyny) a školený personál.

Uzemnenie, ekvipotenciál a RCD

Ekvipotenciálne pospájanie rámov modulov, konštrukcie, rozvádzačov a SPD cez nízkoimpedančné vodiče do hlavného pospájania.
RCD (prúdové chrániče): podľa typu striedača – beztransformátorové často vyžadujú Typ B (citlivosť na DC zložky) alebo špecifické monitoringy DC reziduí; vždy podľa pokynov výrobcu.
Ochrana pred dotykom: krytie živých častí, dvojitá izolácia, označenie DC obvodov a výstrahy na rozvádzačoch a trasách.

Striedače a integrácia batérií: špecifiká bezpečnosti

Hybridné systémy – koordinácia SPD na FV DC, batériovom DC a AC; oddeľovače medzi vetvami, správne dimenzované ističe a poistky.
Batériové úložiská – BMS, teplotné senzory, vetranie/odvetranie podľa chémie, separácia od únikových ciest, detekcia dymu.
Ostrovné a záložné režimy – jasné schémy prepínania (ATS), blokovanie spätného napájania do DS, značenie zásuvkových okruhov „backup“.

Návrh: selektivita, koordinácia a dokumentácia

Selektivita ochrany: poistky stringov vs. DC odpojovače vs. SPD; zamedziť nežiadanému vybaveniu pri bežných fluktuáciách.
Koordinácia SPD: T1/T1+T2 na vstupe do objektu, T2 pri striedači a v citlivých podrozvádzačoch; dodržať odstupy a dĺžky vodičov.
Jednopólová schéma: aktuálna dokumentácia s označením stringov, trás, odpojovačov, SPD, poistiek a miest uzemnenia; uložená aj pri rozvádzači.

Montáž a kontrola kvality

Predmontážne skúšky: kontrola krimpov (ťahová skúška), kompatibilita konektorov, meranie dĺžok a strát.
Po montáži: IR termografia rozvádzačov a kritických spojov, meranie izolačného odporu DC stringov, IV-krivky (voliteľne), kontrola polarít a značenia.
FAT/SAT protokoly: záznam o nastaveniach striedača, limitoch U_dc, prúdových ochranách, logike vypínania a stavoch SPD.

Prevádzka, údržba a revízie

Plán údržby: vizuálna kontrola trás a upevnení 1× ročne, dotiahnutie svoriek v DC boxoch, test RCD a funkčných vstupov „Emergency OFF“.
Monitoring: sledovanie stringových prúdov a napätí (anomálie signalizujú degradáciu/konektorové problémy), záznam zásahov SPD.
Revízie: pravidelné elektrorevízie podľa národnej legislatívy (merania izolácie, uzemnenia, kontrola dokumentácie a značenia).

Označovanie a informácie pre zásahové jednotky

Štítky a piktogramy: výstraha „Pozor DC napätie aj pri vypnutí“, smerovanie k núdzovým odpojovačom, označenie trás na plánoch.
Núdzové postupy: súpis krokov pre „Emergency OFF“, mapa rozvádzačov a odpojovačov, kontakt na správcu, uložené pri hlavnom rozvádzači.
Firemné školenia: krátke školenie pre obsluhu budovy a pravidelné osvieženie postupov pred búrkovou sezónou.

Špecifiká pre strešné inštalácie

Prestupy a trasy: minimalizovať dĺžku DC vedenia po horľavých konštrukciách, chrániť v kovových lištách; uvažovať o strešnom odpojovači.
Konštrukcie modulov: uzemnenie rámov, galvanická kompatibilita materiálov, odvodnenie a dilatácie proti treniu káblov o hrany.
Odstupy od atík a PVGFP (potenciálny „hot-spot“ zo znečistenia/naplavenín) – podpora údržby a revízie.

Checklist bezpečnej FV inštalácie

DC odpojovač pri striedači + (pri väčších vzdialenostiach) strešný/stringový odpojovací prvok.
Koordinovaná SPD: T1/T1+T2 na vstupe, T2 pri striedači a DC boxe; krátke prívody, správne uzemnenie.
DC poistky gPV podľa počtu paralel; správne dimenzované káble H1Z2Z2-K a jednotné konektory.
Požiarne prestupy ošetrené, káblové trasy oddelené od horľavých materiálov, dostupné hasivo a detekcia.
Aktuálna jednopólová schéma, značenie stringov, piktogramy a núdzový postup pri rozvádzači.
Plán údržby a revízií, monitoring stringov, evidencia zásahov SPD a servisných zásahov.

Bezpečnosť fotovoltiky nevzniká jedným komponentom, ale koordinovaným návrhom a disciplinovanou realizáciou. Kvalitný DC odpojovač, správne navrhnuté prepäťové ochrany a premyslené požiarne riešenia vytvoria systém, ktorý spoľahlivo odolá prepätiam, minimalizuje riziko vzniku oblúka a umožní rýchly a bezpečný zásah. Doplnené o dôsledné značenie, dokumentáciu, monitoring a pravidelnú údržbu dávajú investorovi aj prevádzkovateľovi istotu, že FV zdroj bude bezpečný a dlhodobo výkonný.