Uziemienie instalacji fotowoltaicznej - wymagania, elementy i najczęstsze błędy
Uziemienie jest tym elementem instalacji PV, który nie ma wpływu na jej wydajność, nie widać go z zewnątrz i nie pojawia się w żadnej kalkulacji oszczędności. W efekcie bywa traktowany jako formalność do odhaczenia - wystarczy cokolwiek podłączyć i będzie. W praktyce niewłaściwie wykonane uziemienie to jeden z najczęstszych powodów odmowy wypłaty odszkodowania przez ubezpieczycieli, uszkodzeń falownika po przepięciu oraz - w skrajnych przypadkach - pożaru.
Ten artykuł pokazuje, co dokładnie podlega uziemieniu w instalacji PV, według jakich norm, jakimi elementami i gdzie instalatorzy popełniają błędy, które wychodzą przy pierwszej poważnej burzy.
Dlaczego uziemienie w PV jest obowiązkowe?
Instalacja fotowoltaiczna na dachu to kilkaset kilogramów metalowych szyn, klem, przewodów i ram modułów wystawionych na działanie warunków atmosferycznych. Każdy z tych elementów może znaleźć się pod napięciem - w wyniku bezpośredniego uderzenia pioruna, przepięcia indukowanego lub zwarcia w module.
Brak uziemienia może spowodować porażenie, pożar oraz uszkodzenie elektroniki. Napięcia dotykowe sięgają wtedy 100 V na metalowej konstrukcji dachu. Wystarczy zwarcie w jednym module, by prąd znalazł drogę przez konstrukcję.
Trzy praktyczne konsekwencje braku lub wadliwego uziemienia:
- Brak prawidłowego uziemienia może unieważnić gwarancję producenta na komponenty instalacji PV.
- Niedopełnienie obowiązku uziemienia lub wykonanie go niezgodnie z normami może prowadzić do konsekwencji prawnych i finansowych, w tym odmowy wypłaty odszkodowania przez ubezpieczyciela.
- Aspekty formalne związane z uziemieniem instalacji PV mają bezpośredni wpływ na możliwość jej ubezpieczenia. Większość towarzystw ubezpieczeniowych wymaga zgodności z aktualnymi normami.
Przeczytaj też:
Normy i certyfikaty w fotowoltaice
Normy dotyczące uziemienia instalacji PV - co z nich wynika dla instalatora?
Trzy normy tworzą razem ramy prawno-techniczne dla uziemienia PV w Polsce:
- PN-EN 62305 - norma określająca zasady ochrony odgromowej budynków i instalacji.
- PN-HD 60364 - norma dotycząca projektowania i montażu instalacji elektrycznych, w tym systemów PV.
- PN-EN 50522 - norma uzupełniająca powyższe wymagania i opisująca instalacje do 1 kV.
Normy te nakładają obowiązek uziemienia elementów metalowych systemów PV oraz wykonania połączeń wyrównawczych w budynku.
Co z tego wynika praktycznie? Trzy wymagania, bez których instalacja nie jest zgodna z normami:
- Ciągłość połączeń metalicznych. Norma PN-EN 62305 wymaga ciągłości metalu bez przerw. Każdy element metalowy musi być połączony z pozostałymi i z główną szyną uziemiającą bez żadnych przerw w torze elektrycznym.
- Maksymalna rezystancja uziemienia. Rezystancja całego układu nie może przekroczyć 10 Ω. Ochrona odgromowa PV działa tylko przy rezystancji ≤ 10 Ω.
- Protokół pomiarowy. Protokół pomiarów rezystancji uziemienia jest wymaganym dokumentem. Pomiar musi wykonać uprawniony elektryk i musi być udokumentowany.
Ważne zastrzeżenie dotyczące skali: przepisy nie narzucają obowiązku montażu piorunochronu dla każdej mikroinstalacji. Projektant musi wykonać analizę ryzyka, która często wskazuje na konieczność zastosowania tych norm. Obowiązkowe uzgodnienie ppoż. dotyczy instalacji powyżej 6,5 kW, co pośrednio wymusza skuteczną ochronę odgromową.
Co podlega uziemieniu w instalacji PV?
W instalacji PV uziemienie obejmuje dwa odrębne obszary, które instalatorzy często mylą lub traktują rozłącznie.
Obszar 1: konstrukcja nośna
Wiele elementów instalacji fotowoltaicznej wymaga uziemienia: ramy paneli fotowoltaicznych, konstrukcje wsporcze, obudowy inwerterów oraz metalowe elementy rozdzielnic - wszystkie metalowe części instalacji, które mogą znaleźć się pod napięciem.
W praktyce każda szyna aluminiowa, każdy profil, każdy mostek trapezowy i każda rama modułu muszą być połączone w jeden elektryczny ciąg i odprowadzone do uziomu.
Obszar 2: strona elektryczna
Uziemienie obejmuje metalową konstrukcję montażową, ramy modułów oraz elementy elektryczne, takie jak falownik. Przewody ochronne o odpowiednim przekroju łączą te elementy z główną szyną uziemiającą.
Falownik ma dedykowany punkt uziemienia PE w obudowie. Uziemieniu podlegają również skrzynki przyłączeniowe AC i DC, ograniczniki przepięć SPD, a przy instalacjach z magazynem energii także obudowa magazynu i BMS.
Oba obszary muszą być połączone ze wspólną główną szyną uziemiającą - GSU - a ta z uziomem fundamentowym lub uziomem pionowym.
Jaki przekrój kabla uziemiającego do instalacji PV?
Minimalny przekrój przewodu bez odgromienia to 6 mm² miedź. Jeśli system posiada odgromienie, przekrój wzrasta do 16 mm².
To rozróżnienie ma znaczenie praktyczne. Instalacja na dachu bez własnego systemu odgromowego może mieć cieńszy przewód do połączeń wyrównawczych między szynami - 6 mm². Przewód łączący z uziomem i odcinki przy falowniku wymagają natomiast 16 mm², gdy budynek ma instalację odgromową.
Sprawdź naszą ofertę kabli do fotowoltaiki
Problem anodowania ram i profili aluminiowych
To najbardziej pomijany aspekt uziemienia konstrukcji PV i zarazem jeden z najczęstszych błędów.
W sytuacji, w której instalator nie zadba o uziemienie konstrukcji wsporczych i ramek modułów, może dojść do pojawienia się prądów pasożytniczych oraz wysokiego napięcia elektrostatycznego. Ramy modułów są anodyzowane, czyli pokrywane warstwą tlenku aluminium.
Warstwa ta jest izolatorem elektrycznym. Oznacza to, że zwykłe dociśnięcie klemy do anodowanej ramy panelu nie tworzy połączenia galwanicznego - prąd przez takie połączenie nie popłynie. Instalacja wygląda na uziemioną, ale faktycznie uziemiona nie jest.
Podkładka uziemiająca - płytka stykowa
Podkładka uziemiająca to element ze stali nierdzewnej z ostrymi wypustkami, wkładany między szynę a ramę panelu i dociskany klemą. Rolą ostrych wypustek jest przebicie cienkiej anodowanej warstwy aluminium.
Warstwa anodowana jest izolatorem i nie przewodzi ładunków elektrycznych. Wypustki zapewniają solidne i trwałe połączenie elektryczne, docierając do aluminium znajdującego się bezpośrednio pod warstwą anodowaną. Podkładkę stosuje się minimum jedną między każdą parą sąsiednich paneli.
Klema z wbudowanymi pinami uziemiającymi
Klema z pinami uziemiającymi to nowocześniejsze rozwiązanie, w którym wbudowane wypustki przebijają anodowaną warstwę ramek paneli. Zapewnia to automatyczne wyrównanie potencjałów bez konieczności stosowania dodatkowych podkładek uziemiających.
Rozwiązanie jest szybsze w montażu, ale droższe w zakupie.
Zaciski z przekładkami bimetalicznymi
Drugim problematycznym połączeniem jest bezpośredni kontakt miedzi z aluminium. Specjalne zaciski uziemiające z przekładkami bimetalicznymi pozwalają uniknąć korozji na styku tych metali.
Bezpośredni styk miedzi z aluminium bez przekładki bimetalicznej w obecności wilgoci tworzy ogniwo galwaniczne i prowadzi do korozji. Jest to szczególnie istotne przy mocowaniu przewodów miedzianych do aluminiowych szyn.
Ciągłość uziemienia między szynami - łączniki wyrównawcze
Szyny aluminiowe w rzędzie są ze sobą połączone łącznikami szyn, ale elementy te nie zawsze zapewniają ciągłość elektryczną - szczególnie jeśli szyny są anodowane. Dlatego między kolejnymi szynami w rzędzie oraz między rzędami prowadzi się przewody wyrównawcze.
W skład instalacji wyrównawczej wchodzą uchwyty łączące przewody z konstrukcją, przewody uziemiające i specjalne łączniki między szynami, których ostre zakończenia uszkadzają warstwę tlenku aluminium i zapewniają połączenie galwaniczne.
Praktyczna zasada: każda szyna musi mieć co najmniej jeden punkt wyprowadzenia przewodu PE, a rzędy szyn muszą być ze sobą połączone przewodem wyrównawczym przed podłączeniem do GSU.
Najczęstsze błędy przy uziemianiu instalacji fotowoltaicznej
Uziemienie konstrukcji wyłącznie przez falownik
Falownik ma wbudowany przewód PE, ale uziemienie obudowy falownika nie zastępuje uziemienia konstrukcji nośnej. Są to dwa niezależne obowiązki.
Brak podkładek uziemiających pod klemami
Instalacja wygląda na uziemioną, ale anodowane ramy nie znajdują się faktycznie w torze elektrycznym. Gdy ramy nie są połączone z szynami i konstrukcją, a po drodze występuje farba, anodowanie albo brud, tor uziemienia przestaje działać.
Zbyt mały przekrój przewodu uziemiającego
Stosowanie kabla 2,5 mm² zamiast wymaganych 6 lub 16 mm² jest błędem zarówno technicznym, jak i formalnym.
Brak pomiaru rezystancji po wykonaniu instalacji
Bez protokołu pomiarowego nie ma dowodu, że uziemienie działa. Ubezpieczyciel może nie uznać roszczenia bez wymaganej dokumentacji.
Przerwa w ciągłości toru PE
Jedno niedokręcone złącze, jedna szyna bez połączenia z następną albo jedno przejście przez element niemetaliczny bez mostka wyrównawczego wystarczy, aby tor uziemienia został przerwany.
Co zamówić do uziemienia instalacji PV?
Kompletny system uziemienia konstrukcji PV na dachu składa się z następujących elementów:
- kabla uziemiającego H1Z2Z2-K o przekroju 6 lub 16 mm², zależnie od obecności instalacji odgromowej,
- podkładek uziemiających lub klem z pinami - minimum jednej między każdą parą sąsiednich paneli,
- złączy kablowych bimetalicznych aluminium-miedź do połączenia szyn z przewodem miedzianym,
- złączy PE do podłączenia przewodów w punkcie GSU,
- uziomów, takich jak pionowy pręt StCu lub uziom fundamentowy - są to elementy infrastruktury budynku, a nie komponenty sklepu PV.
Pełną listę elementów do konkretnej instalacji, z uwzględnieniem liczby rzędów, liczby paneli i obecności systemu odgromowego, możesz zweryfikować z naszym doradztwem technicznym lub w Kalkulatorze PV.
Powyższe informacje mogą nie być aktualne - zawsze zweryfikuj najnowsze normy i regulacje.
