Dobór kabli DC i zabezpieczeń w instalacji fotowoltaicznej

Strona DC instalacji PV — czym różni się od AC

Instalacja fotowoltaiczna składa się z dwóch elektrycznie odrębnych części: strony DC (prąd stały — między panelami a inwerterem) i strony AC (prąd przemienny — za inwerterem). Strona DC rządzi się własnymi zasadami, które narzucają specjalne wymagania dla okablowania, zabezpieczeń i aparatury łączeniowej.

Kluczowa różnica: prąd stały nie przechodzi przez zero, dlatego łuk elektryczny po stronie DC jest trwały i bardzo trudny do ugaszenia. Wszystkie komponenty instalowane po stronie DC muszą być specjalnie zaprojektowane do pracy z prądem stałym — standardowe aparaty AC są tutaj niedopuszczalne.

Typy kabli DC — PV1-F i H1Z2Z2-K

Dwa typy kabli są stosowane w instalacjach fotowoltaicznych po stronie DC:

• PV1-F — tradycyjny kabel jednożyłowy do systemów PV. Izolacja i powłoka z mieszanki poliolofinowej (XLPO). Odporny na UV, temperaturę (-40°C do +90°C), napięcie max. 1,8 kV DC. Spełnia normę HD 516 S2.
• H1Z2Z2-K — nowszy standard wg EN 50618, lepsza odporność na rozpostarcie promieniowania UV i temperaturę (+120°C chwilowo). Oznaczony jako ‟Halogen Free" — niski dym i bez chlorowodoru przy spalaniu. Preferowany w nowoczesnych instalacjach i wymagany przez niektórych ubezpieczycieli.

Oba typy kabli są produkowane jako jednożyłowe (mono-conductor) — w każdym stringu mamy oddzielny kabel dodatni i ujemny, zazwyczaj w kolorach czerwonym (+) i czarnym (-) lub czarnym z oznaczeniem biegunowości. Nigdy nie stosuj kabli YDY, NKT, NYM ani innych kabli instalacyjnych AC po stronie DC instalacji PV — nie spełniają wymagań środowiskowych ani napięciowych.

Obliczanie prądu projektowego DC — wzór z PN-EN 62548

Prąd projektowy kabla DC oblicza się inaczej niż dla standardowych instalacji AC. Norma PN-EN 62548 podaje wzór uwzględniający warunki pracy paneli PV:

Ib = 1,25 × Isc × n_parallel

gdzie: Isc to prąd zwarciowy jednego stringu (z tabliczki paneli, w warunkach STC), n_parallel to liczba stringów połączonych równolegle, współczynnik 1,25 to zapas na warunki nasłonecznienia wyższe niż STC (może wystąpić efekt albedo, odbicia od śniegu itp.).

Następnie dobieramy kabel o obciążalności prądowej Iz ≥ Ib z uwzględnieniem korekcji temperaturowej. Na dachach kable PV mogą osiągać temperatury 70–85°C — stosuj zawsze współczynnik korekcyjny dla wysokich temperatur (tabele z normy IEC 60364-5-52).

Dobór przekroju kabla DC — tabela praktyczna

Bezpieczniki DC w stringu — zasady doboru

Bezpieczniki DC (string fuse) montuje się zazwyczaj w combiner boxie i służą do ochrony kabli i paneli przed prądami wstecznymi z równoległych stringów. Wymagane są tylko wtedy, gdy panele mogą być uszkodzone przez prąd wsteczny — norma PN-EN 62548 określa warunki konieczności stosowania bezpieczników stringów.

Zasady doboru prądu bezpiecznika DC:

• Dolna granica: In ≥ 1,5 × Isc (gwarantuje niezbędny zapas)
• Górna granica: In ≤ 2,4 × Isc (ochrona przed prądem wstecznym uszkadzającym panele)
• Napięcie DC bezpiecznika: musi być co najmniej równe maksymalnemu napięciu OC stringu w najniższej temperaturze eksploatacji
• Kategoria użytkowania: gPV (ogólne PV) lub aR (szybkie, dla ochrony inwertera)

Rozłącznik DC — główny wyłącznik strony DC

Rozłącznik DC (DC main switch, DC load break switch) to podstawowe urządzenie bezpieczeństwa instalacji PV. Jego funkcją jest umożliwienie bezpiecznego odłączenia systemu PV od inwertera — na czas serwisu, wymiany komponentów lub w sytuacji awaryjnej.

Wymagania dla rozłącznika DC:

• Przystosowany do rozłączania pod obciążeniem w obwodach DC (nie wystarczy rozłącznik izolacyjny)
• Napięcie znamionowe DC ≥ maksymalne napięcie OC systemu
• Prąd znamionowy ≥ 1,25 × Isc (suma wszystkich stringów)
• Montaż w miejscu dostępnym i widocznym, możliwie blisko inwertera

Wiele nowoczesnych inwerterów (Fronius Symo, SMA Sunny Tripower, Huawei SUN2000) ma wbudowany rozłącznik DC dostępny z zewnątrz obudowy — w takim przypadku oddzielny rozłącznik nie jest potrzebny.

Ochrona przepięciowa SPD po stronie DC

Ograniczniki przepięć (SPD — Surge Protective Device) klasy II po stronie DC chronią inwerter i panele przed przepięciami atmosferycznymi i przełączeniowymi. Są szczególnie ważne dla instalacji narażonych na wyładowania atmosferyczne: dachy wolnostojące, instalacje naziemne, farmy PV.

SPD DC montuje się w combiner boxie lub bezpośrednio przy inwerterze, między przewodami DC a PE. Napięcie ochronne Up SPD musi być niższe od napięcia wytrzymałości udarowej inwertera (zazwyczaj <2,5 kV). Prąd wyładowczy Iimp/Imax SPD dobieramy wg poziomu zagrożenia piorunowego lokalizacji.

Okablowanie AC za inwerterem — standardowe zasady

Po stronie AC (za inwerterem) stosujemy standardowe kable instalacyjne — YDY, NYM, lub YAKY (pod ziemię). Dobieramy je dokładnie tak samo jak każdy inny obwód końcowy zgodnie z PN-HD 60364-5-52:

• Kabel musi wytrzymać nominalny prąd wyjściowy inwertera z zapasem
• Sprawdź spadek napięcia na trasie od inwertera do rozdzielnicy
• Dobierz MCB (lub bezpiecznik) jako zabezpieczenie nadprądowe po stronie AC
• Zastosuj RCD typ B (dla inwerterów bez separacji galwanicznej)