Instaliranje zazemljenja solarnih panela bez grešaka

Pri ugradnji solarnih panela, jedan od najkritičnijih, a ipak najčešće zanemarenih zadataka, jeste profesionalna ugradnja električnog uzemljenja. Loše ili neadekvatno ugrađeni sistem uzemljenja može ne samo izazvati ozbiljnu finansijsku štetu, već i predstavljati direktan rizik od nesreća — bilo da je reč o strujnom udaru, požaru ili prenaponu izazvanom udarom groma. U ovom članku ćemo korak po korak razmotriti zašto je pravilna ugradnja zazemljenja solarnih panela od suštinskog značaja, kako se ona sprovodi i za nove i za postojeće sisteme, i koji standardi i propisi regulišu proces ugradnje. Pokazaćemo vam kako da izmerite otpornost na zemlju, koji koraci su uključeni u standardni proces projektovanja i koje su tipične greške — od pogrešnog izbora kabla do neadekvatnog ekvipotencijalnog povezivanja — koje se javljaju u većini sistema. Na kraju članka, preporuka specifična za SOLARKIT pomoći će vam da proverite uzemljenje invertera i uverite se da instalirani sistem u svakom pogledu ispunjava važeće propise.

Zašto je važno obezbediti profesionalnu instalaciju zazemljenja solarnih panela?

Solarni sistem se sastoji od više od samo solarnih panela, invertera i kablova. Električno uzemljenje čini osnovu električne bezbednosti celog sistema — to je element koji privlači najmanje pažnje u mnogim instalacijama, a ipak se većina nesreća može pratiti na njegov nedostatak ili kvar.

U sistemu solarnih panela uzemljenje nije samo tehnički detalj, već temelj celokupnog bezbednosnog koncepta. Tokom normalnog rada, idealno je da struja kroz njega ne teče — važnost dobija kada nešto ne ide po planu: kvar na izolaciji, udar groma, prenapon ili kratak spoj. U ovim situacijama, pravilno dizajniran sistem uzemljenja je jedina garancija da mogu biti zaštićeni ljudi i oprema.

Pravilno uzemljenje je jedan od najvažnijih elemenata zaštite od električnog udara. Njegova uloga je da obezbedi da se, u slučaju kvara, opasno napon bezbedno sprovede u zemlju, a to je posebno ključno u solarnim energetskim sistemima. 

Neki dobavljači električne energije uslove povezivanje solarnih elektrana na mrežu dostavljanjem izveštaja koji potvrđuje merenje zaštite od dodira. To znači da nepravilno uzemljenje može imati ne samo bezbednosne već i pravne posledice: sistemu možda neće biti izdata dozvola za priključenje na mrežu.

Kako funkcioniše uzemljenje?

Suština uzemljenja je da se određeni delovi električnog sistema povežu sa zemljom, tako da ako dođe do kvara — kao što je kvar izolacije ili kratak spoj — struja može bezbedno da se ispusti u zemlju. To sprečava da napon poraste na opasan nivo na opremi ili armaturama i smanjuje rizik od električnog udara.

Izjednačavanje potencijala je ključni element zaštite od električnog udara, tesno povezan sa uzemljenjem. U suštini, svi veliki, električno provodljivi delovi — metalni vodovodi, gasovodi, sistemi za grejanje i metalne građevinske konstrukcije — povezani su sa glavnim uzemljujućim priključkom. Ovo obezbeđuje da se u slučaju kvara ne razvije opasna razlika potencijala između ovih metalnih predmeta, čime se sprečava električni udar usled kontakta između dve tačke.

U solarnim sistemima, ovo je dodatno komplikovano specifičnim karakteristikama jednosmerne (DC) strane: solarni sistemi uvek moraju da se smatraju pod naponom na DC strani (osim u slučaju sistema opremljenih optimizatorima za isključivanje DC struje smeštenim ispod panela), čak i kada je sistem isključen sa naizmenične (AC) strane. Ovo je suštinska razlika u odnosu na konvencionalno domaće napajanje iz mreže i ključni razlog za posebnu pažnju prilikom projektovanja zazemljenja za sistem solarnih panela.

Instaliranje sistema za uzemljenje u sistemu solarnih panela

Instaliranje uzemljenja u sistemu solarnih panela nije samo postavljanje jednog kabla — to je složen zadatak koji obuhvata ceo sistem i u kojem su svi elementi međusobno povezani. U sistemu solarnih panela postoji jedinstveni zajednički sistem uzemljenja: montažna konstrukcija, kućište invertera i zaštitni provodnici na jednosmernoj strani su svi povezani na njega. Izjednačavanje potencijala obezbeđuje da u slučaju udara groma ne dođe do opasne razlike u naponu između različitih tačaka sistema.

U praksi, tri glavna elementa moraju biti koordinisana. Prvo, noseća konstrukcija: aluminijumske šine i čelični pričvršćivači na krovu čine kontinuiranu, obimnu metalnu površinu, koja mora biti povezana sa glavnom uzemljujućom šinom. Jedna tačka na solarnim panelima i nosećim konstrukcijama na krovu mora biti povezana sa sistemom za uzemljenje protivgranezne zaštite i glavnim EPH razvodnim ormanom zgrade pomoću bakarnog provodnika preseka najmanje 16 mm². Drugo, inverter: zaštitni provodnik invertera mora biti direktno priključen na glavnu uzemljivačku šinu, sa odgovarajućim poprečnim presekom, izbegavajući rešenja u nizu (daisy-chain). Treće, DC strana: pravilno uzemljenje usporivača prenapona i prethodno sklopljenih AC/DC kutija takođe je od suštinskog značaja za bezbedan rad sistema.

Materijal i veličina zemljene sonde — koja uspostavlja fizičku vezu sa zemljom — moraju biti prilagođeni uslovima na lokaciji. Tip, vlažnost i struktura zemljišta značajno utiču na vrednost izmerenog otpora, i u mnogim slučajevima je neophodno povezati više elektroda kako bi se postigao tačan rezultat. Važno je da sonda ne funkcioniše kao izolovana celina, već da postane deo celog sistema povezivanjem na glavnu uzemljivačku šinu.

Projektovanje i bezbedna instalacija retrofit uzemljenja

U postojećim objektima u kojima planirate da instalirate sistem solarnih panela, projektovanje dopunskog zazemljenja zahteva posebnu pažnju. Prilikom instalacije novog PV sistema često se ispostavi da postojeće zazemljenje ne ispunjava važeće zahteve i da ga je potrebno dopuniti ili popraviti.

Proces ugradnje retrofit uzemljenja obično se sastoji od sledećih koraka: električar prvo procenjuje postojeći sistem, a zatim — u zavisnosti od uslova zemljišta i lokacije — ugrađuje ili šipke ili prstenasti sistem uzemljenja. U zavisnosti od lokalnih uslova zemljišta, preporučuje se upotreba šipnih uzemljivača od vruće pocinkovanog čelika; šipke treba zabiti do dubine od najmanje 3 metra, ispod nivoa zamrzavanja. Nakon toga se uvlači novi uzemljujući kabl, a zatim se vrše i dokumentuju merenja — otpor uzemljenja instalirane šipke uvek mora biti izmeren, a ako je vrednost nezadovoljavajuća, šipka mora biti zabijena dublje, u ekstremnim slučajevima do dubine od 5–7 metara.

Instalacija i priključivanje retrofit sistema za uzemljenje nikada nije posao za "uradi sam" — uvek treba da ga poverite kvalifikovanom električaru.

Koje propise primenjujemo na zazemljivanje?

Električna bezbednost solarnih fotonaponskih sistema regulisana je međunarodnim standardima, koje jednoglasno usvajaju države članice Evropske unije i brojne druge zemlje — bilo pod prefiksima MSZ, DIN, ČSN, SRPS, HRN ili drugim nacionalnim oznakama. Stoga, bez obzira na lokaciju instalacije, moraju se poštovati ista osnovna zahteva.

Osnovna referenca za električnu instalaciju solarnih električnih sistema je međunarodni standard IEC 60364-7-712. Ovaj dokument se odnosi na električne instalacije PV sistema, obuhvatajući sve od PV modula do tačke priključenja na razvodnu tablu ili javnu mrežu, uključujući zahteve za instalaciju sistema za skladištenje energije — kao što su baterije. Standard zahteva da svi metalni delovi PV sistema — okviri modula, montažne konstrukcije — budu priključeni na sistem zaštitnog uzemljenja (PE), obezbeđujući jednakopotencijalno uzemljenje.

U oblasti zaštite od groma, serija standarda IEC 62305 je autoritativna referenca, koju su evropske države članice usvojile pod oznakom EN IEC 62305. Ovo se zasniva na metodologiji zasnovanoj na riziku: potreba za zaštitom od groma, i ako jeste, na kom nivou zaštite, mora se odrediti uzimajući u obzir dimenzije i sadržaj objekta o kojem je reč, lokalnu gustinu groma i potencijalnu štetu. Prilog D standarda posebno se bavi projektovanjem zaštite od groma za PV sisteme, uključujući pravila za uzemljenje okvira panela.

Projektovanje uzemljujućih elektroda ugrađenih u tlo regulisano je standardom IEC 60364-5-54. Za PV sisteme, preporučena otpornost uzemljenja uglavnom mora biti ispod 10 oma; kućišta modula, noseće konstrukcije i druge metalne mase moraju biti priključene na sistem jednakopotencijalnog uzemljenja, a uzemljenja sistema za zaštitu od groma i električnog sistema moraju biti međusobno povezana. IP zaštita je takođe regulisan aspekt: za spoljne kućišta, konektore i opremu, izbor odgovarajućeg stepena zaštite je osnovni zahtev za dugoročnu pouzdanost.

Koraci za projektovanje odgovarajućeg uzemljenja

Instalacija zazemljenja solarnih panela ne može da se započne jednostavnim zabijanjem elektroda u zemlju — ona mora biti rezultat dobro struktuiranog procesa u kojem se svaki korak nadograđuje na prethodni. Kvalitet projektovanja direktno određuje da li će sistem biti zaista bezbedan i u skladu sa standardima, ili će samo ispunjavati zahteve na papiru.

1. Procena postojećeg sistema i lokacije. Prvo, mora se utvrditi da li zgrada već ima postojeći sistem zaštite od groma, jer metod uspostavljanja ekvipotencijalnog zazemljenja zavisi od toga. Istovremeno, vredi proceniti tip zemljišta: tip zemljišta, sadržaj vlage i struktura značajno utiču na vrednost izmerenog otpora — znatno je lakše postići zadovoljavajući rezultat u vlažnom, glinovitom zemljištu nego u suvom, kamenom ili peskovitom.

2. Merenje specifičnog otpora zemljišta. Preporučljivo je izvršiti ovo merenje pre projektovanja novog sistema. Specifični otpor zemljišta mora se izmeriti pre projektovanja novog sistema uzemljenja — najčešći metod za to je Vennerova metoda, pri kojoj se četiri zonde postavljaju na jednake udaljenosti u zemlji, a specifični otpor zemljišta može se izračunati iz izmerenog otpora. Ovi podaci određuju koliko je proba potrebno i do koje dubine treba zabiti.

3. Projektovanje i ugradnja sistema za zazemljenje. Svi metalni delovi sistema solarnih panela moraju biti povezani u konfiguraciji zvezde: svaki pojedinačni strukturni element mora biti povezan na šinu preko EPH šine, koja se proteže do zazemljujućeg klina i zatim se povezuje na postojeći sistem zazemljenja zgrade.

4. Projektovanje sistema za izjednačenje potencijala. Zazemljivanje sistema solarnih panela dobro funkcioniše ako je integrisano u ukupni ekipotencijalni povezni sistem zgrade i ne pojavljuje se kao zasebno rešenje — u slučaju udara groma ili kvara, najveća opasnost nije da će se na jednom mestu pojaviti visok napon, već da će se razviti velika razlika potencijala između dva metalna dela koja se nalaze u neposrednoj blizini.

Merenje otpornosti na uzemljenje

Kada je instalacija završena, merenje otpornosti na zemlju je obavezan korak, a rezultati moraju biti dokumentovani. Merenje otpornosti na zemlju zahteva specijalizovanu opremu — najčešće se primenjuju trotačkaste i četvorotačkaste procedure, pri kojima se zonde postavljaju u zemlju, uređaj primenjuje napon između njih i meri se otpornost. Za PV sisteme, očekivana vrednost obično treba da bude ispod 10 oma, dok je za veće sisteme ugrađene u zemlju referentna vrednost otpor manji od 1 oma. Ako se izmerena otpornost tokom vremena poveća za više od 20–30 procenata u odnosu na početnu vrednost, to mora biti ispitano i, po potrebi, smanjeno dodavanjem ili zamenom dodatnih uzemljujućih elektroda. 

Uobičajene greške u projektovanju uzemljenja solarnih panela

Većina grešaka u zazemljenju solarnih panela nisu jedinstveni, jednokratni problemi — iste tipične greške, propuštanja i odluke o štednji troškova ponavljaju se iznova i iznova tokom instalacije. Ispod razmatramo najčešće, a istovremeno i najopasnije greške u zazemljenju. 

Neprikladan izbor kablova i konektora

Sistem za uzemljenje je jak samo onoliko koliko je jaka njegova najslabija veza. Kada je provodnik posebno izložen atmosferskim uticajima — posebno u blizini sistema solarnih panela, gde temperature mogu da porastu i do 60–70 stepeni Celzijusa — preporučuje se upotreba aluminijumskog provodnika poprečnog preseka najmanje 16 mm², jer ima izdržljiviju spoljašnju izolaciju od bakarnog. U drugim slučajevima, instalacija mora da se izvede bakarnim kabelom sa minimalnim poprečnim presekom od 6 mm².

Još podmuklija greška dešava se kada mehaničko zatezanje montažne konstrukcije izgleda dovoljno da obezbedi električni kontakt. Anodizovani aluminijumski sloj ili obojena površina mogu lako prekinuti električnu vezu — ovo nije estetsko pitanje, već merljivi električni parametar. U mnogim slučajevima metalni okvir solarnog panela možda ne uspostavlja pravilan kontakt sa montažnom konstrukcijom, što takođe može izazvati potencijalnu razliku — prikladno rešenje za ovo pružaju stezni elementi opremljeni EPH iglicama, koje probijaju metalni okvir modula tokom instalacije, stvarajući neophodnu provodnu vezu.

Nepotpuna ili loše sprovedena izjednačenost potencijala

Ako montažna konstrukcija nije priključena na uzemljenje, ona ostaje na plutajućem potencijalu: može se naelektrisati tokom udara groma i, u slučaju kvara, predstavlja rizik od električnog udara. Kvar u uzemljenju je posebno opasan jer je potpuno nevidljiv tokom normalnog rada — postaje očigledan tek kada neko dodirne metalni deo koji je postao pod naponom.

Upravljači prenapona na jednosmernoj strani i zaštitni uređaji na naizmeničnoj strani funkcionišu efikasno samo uz pravilno uzemljenje — čak i automatska osiguranja mogu da reaguju efikasno samo ako je sistem uzemljenja pravilno konfigurisan. Nedovoljno izjednačavanje potencijala stoga ne samo što predstavlja direktnu pretnju po život, već i ugrožava efikasnost svih ostalih zaštitnih uređaja.

Zanemarivanje zaštite od groma i zaštite od prenapona

Česta je zabluda da prilikom instalacije nisu ugrađeni pravilno zazemljenje, izolacioni prekidači i usporivači prenapona. Bez zaštite od dodira, potencijalna greška u izolaciji mogla bi izazvati strujni udar kod svakog ko dođe u kontakt sa sistemom. Bez zaštite od prenapona, udar groma ili porast napona u mreži mogli bi uništiti kućne uređaje i komponente solarnog sistema.

Usmeravač prenapona uopšte ne funkcioniše bez zazemljenja: ako je impedansa putanje pražnjenja visoka, zaštita je samo površna. Pored toga, usmeravači prenapona ne traju večno — moraju se zameniti nakon nekog većeg događaja, pa se njihovi indikatori stanja moraju redovno proveravati.

Preporuka SOLARKIT-a: Proverka uzemljenja invertera

Invertor je elektronsko srce solarnog sistema: ovaj uređaj pretvara naizmeničnu struju koju generišu paneli u naizmeničnu struju koja se može vratiti u mrežu, a istovremeno obavlja funkcije zaštite od dodira, merenja i komunikacije. Upravo zbog toga je provera uzemljenja invertera jedan od najvažnijih i najčešće zanemarenih koraka — i pre puštanja u rad i tokom periodičnih pregleda.

Solarni sistemi uvek moraju da se smatraju pod naponom na DC strani, čak i ako je sistem isključen sa AC strane. Prema tome, inspekcija zaštite od dodira mora da se sprovede u dva odvojena dela, na DC i AC stranama, respektivno.

Pri proveri uzemljenja invertera, vredi obratiti pažnju na sledeće tačke. Prvo, uverite se da je zaštitni provodnik priključen direktno na glavnu uzemljujuću šinu, a ne preko druge opreme. Drugo, proverite obrtni moment pri zatezanju priključaka i uverite se da su kontaktne tačke slobodne od korozije — oksidisani ili labavi priključak može otkazati upravo kada dođe do kvara, baš kada je najpotrebniji. Treće, pregledajte indikatore stanja usporivača prenapona: usporivači prenapona ne traju večno — moraju se zameniti nakon većeg događaja, pa se njihovi indikatori stanja moraju redovno proveravati, inače sledeći prenapon može pogoditi elektroniku neštiteno.

Obaveza sprovođenja i dokumentovanja inspekcije propisana je međunarodnim standardom EN IEC 62446-1, koji se primenjuje u Evropi i brojnim drugim zemljama. Ovaj standard propisuje dokumentaciju koja se predaje kupcu nakon instalacije mrežnog fotonaponskog sistema, ispitivanja pri puštanju u rad i kriterijume inspekcije kojim se potvrđuje bezbedna instalacija i ispravna funkcija sistema, a primenjuje se i na periodične ponovne inspekcije. Ako se inspekcija ne sprovede, učinak sistema može postepeno da opadne, rizik od strujnog udara i kratkih spojeva može da se poveća, a u nekim slučajevima osiguravači mogu da odbiju zahteve za naknadu štete ako sistem nije pravilno održavan.

Pre-kabelovani AC/DC ormarići i usporivači prenapona dostupni u SOLARKIT internet prodavnici predstavljaju gotovo rešenje koje po standardu ispunjava zahteve za zazemljivanje i zaštitu, čime se značajno smanjuje rizik od grešaka na licu mesta i olakšava posao električara.

Često postavljana pitanja o zazemljenju solarnih panela

Da li je obavezno uzemljenje sistema solarnih panela ili je dovoljna visokokvalitetna izolacija?

Izolacija i zazemljenje sistema solarnih panela predstavljaju dva različita, ali komplementarna sloja zaštite — nijedan ne može da zameni drugi. Na jednosmernoj strani sistema solarnih panela, oprema se uvek mora smatrati pod naponom, čak i ako je isključena sa naizmenične strane — iz toga sledi da je, sa stanovišta zaštite od dodira, zazemljenje solarnih panela osnovni bezbednosni zahtev, a ne opcionalni dodatak. Za sisteme priključene na mrežu, dostavljanje dokumentacije o električnoj bezbednosti i dokaz o izmerenom otporu uzemljenja je uslov za dobijanje dozvole za priključenje.

Šta znači simbol uzemljenja i gde ga mogu pronaći u sistemu?

Na električnim dijagramima i na električnoj opremi, simbol za uzemljenje je simbol usmeren nadole koji se sastoji od paralelnih horizontalnih linija koje postepeno postaju kraće. U solarnim energetskim sistemima, ovaj simbol se koristi da označi tačke priključenja zaštitnog provodnika na invertoru, u distributivnim kutijama i na mestima uzemljenja montažne konstrukcije. Glavni uzemljujući priključak je centralni element sistema uzemljenja — svi uzemljujući provodnici i provodnici zaštitnog povezivanja su priključeni na njega, a to obezbeđuje nulti potencijal i stabilnost električnog sistema. Poznavanje simbola uzemljenja pomaže vam da se snalazite u dokumentaciji sistema i izveštajima o inspekciji.

Da li je potrebno da se instalira retrofit sistem uzemljenja ako kuća već ima postojeći sistem uzemljenja?

Ne mora nužno, ali postojeći sistem definitivno mora biti procenjen i proveren merenjima pre nego što se sistem solarnih panela priključi na njega. Prilikom instalacije novog PV sistema često se ispostavi da postojeće zazemljenje ne ispunjava trenutne standarde i zahteva unapređenje ili popravku. Ako je izmerena vrednost previsoka, može biti potrebna nova uzemljujuća sonda ili dodatna zaštita — ovo je naročito često kod starijih zgrada sa nerenoviranim električnim sistemima. Instalaciju dodatnog uzemljenja uvek mora da obavi kvalifikovani električar.

Koliko često treba proveravati zazemljenje u sistemu solarnih panela?

Međunarodni standard EN IEC 62446-1 propisuje da se pre puštanja u rad mrežnog fotonaponskog sistema mora izvršiti potpuna električna inspekcija i da se rezultati dokumentuju, a isti standard se primenjuje i na periodične ponovne inspekcije. Tokom životnog veka sistema, otpor prizemljenja može se menjati s vremena na vreme zbog uslova tla, procesa korozije i starenja veza. Ako se tokom periodičnih merenja vrednost otpornosti na zemlju poveća za više od 20–30 procenata u odnosu na početnu vrednost, to mora biti ispitano i, po potrebi, otklonjeno dodavanjem dodatnih uzemljujućih elektroda.

Može li zaštita od prenapona efikasno da funkcioniše bez pravilnog zazemljenja solarnih panela?

Ne. Zaštita od prenapona ne funkcioniše bez pravilnog uzemljenja: ako je impedansa putanja ispuštanja visoka, energija se ne ispušta preko zemlje, već pokušava da pronađe put kroz opremu. To znači da sa loše dizajniranim ili nepotpunim sistemom za uzemljenje efikasnost usporivača prenapona i svih drugih zaštitnih uređaja drastično opada, a energija iz udara groma može direktno da uđe u inverter ili upravljačku elektroniku panela. Stoga pravilno uzemljenje solarnih panela nije samo samostalna zaštitna mera — već je i osnovni preduslov za efikasan rad svih ostalih zaštitnih rešenja.