Bár a közvélemény nagy része azt gondolhatja, hogy a napsugárzás varázslatosan elektromos árammá alakul, amely minden típusú berendezést és eszközt meghajt, a napelemes technikusok tudják, hogy ennél sokkal többről van szó.
A PV-ben az áram „vad”, és nem korlátozza az elektronika, ami rejtett földhibákra, vezetékméretekre utal, és ösztönzi a gyors leállást. A kockázatok mérséklését célzó ellenőrzési intézkedések és bevált gyakorlatok eltérnek a fotovoltaikus és bármely más típusú energiatermelő erőforrás esetében.
Íme a PV-rendszerek három leggyakoribb elektromos veszélye, valamint a kockázatok csökkentése érdekében megtehető specifikus intézkedések.
Csakúgy, mint a többi villamosenergia-termelés esetében, a PV-rendszerek sokk és áramütés veszélyét hordozzák magukban, ha az áram nem szándékosan halad át az emberi testen. Már a 75 milliamperes (mA) áram a szívben halálos. Az emberi test ellenállása körülbelül 600 ohm. Per Ohm-törvény, feszültség (V) egyenlő áram (I) szer rezisztencia (R), így V = IR.
Annak kiszámításához, hogy mekkora áram folyik át egy személy testén, ha 120 V-nak van kitéve, egyszerűen el kell osztani a 120 V-ot 600 ohm-mal (I = V/R), ami összesen 0,2 amper vagy 200 mA. Ez több mint 2,5-szerese a 75 mA-es halálos határértéknek, ezért rendkívül fontos, hogy megvédje magát és dolgozóit egy ilyen eseménytől.
Az áramütést általában a korrodált kábelek és csatlakozások, a laza vezetékek és a nem megfelelő földelés okozta rövidzárlat okozza. A napelemes rendszerekben ezeknek a feltételeknek a kereséséhez a legfontosabb helyek közé tartozik a kombinálódoboz, a PV forrás- és kimeneti áramkör vezetői, valamint a berendezés földelő vezetéke. A földelővezető összeköti az összes fém alkatrészt – és végül a földeléssel – a földelőelektróda vezetőjén és a földelőelektródán keresztül.
A PV húrrendszerekből előállított energia közvetlenül a naptól függ. A technikusok és az elsősegélynyújtók áramütési veszélyének csökkentése érdekében szükségünk van egy módra arra, hogy rövidzárlat vagy áramszünet esetén lekapcsoljuk ezeket a húrokat. A 2017. évi Nemzeti Elektromos Szabályzat (NEC) 690.12 szakasza megköveteli a napelemes rendszerek „gyors leállítását” mind a PV-tömb határain belül, mind azon kívül. A kódex 690.2 szakasza szerint a PV-tömb határvonala modulok vagy panelek mechanikusan integrált összeállítása tartószerkezettel és alappal, nyomkövetővel és egyéb összetevőkkel, amelyek egyenáramú vagy váltóáramú termelő egységet alkotnak. Ez magában foglalja a vezérelt vezetékeket, amelyek a határon belül vagy három lábon belül helyezkednek el attól a ponttól, ahol áthatolnak az épület felületén.
2019-től az NEC szigorúbbá tette ezeket a követelményeket azáltal, hogy előírja:
A gyorsleállító eszközöket vagy a szervizleválasztónál kell elhelyezni, vagy egy speciális gyorsleállító kapcsolónak kell lennie. Kivételt képeznek azok a rendszerek, amelyeket modulszintű teljesítményelektronika – például mikroinverterek és teljesítményoptimalizálók – vezérel, amelyek csökkentik a feszültséget. Azoknak a tömböknek, amelyekben nincsenek szabadon vezetőképes részek, és nyolc lábnál távolabb helyezkednek el a szabaddá vált, földelt vezető részektől, nem kell megfelelniük.
Ezen túlmenően az Egyesült Államok számos joghatósága megköveteli, hogy a tetőtéri napelem-tömbök olyan hátulütőkkel rendelkezzenek, amelyek lehetővé teszik a tűzoltók számára, hogy hozzáférjenek a rendszerhez. Például a California Residential Fire Code előírja, hogy a PV modulok legalább három lábnyira legyenek a tető gerincétől.
Mint minden elektromos rendszernél, a tűz mindig potenciális veszélyforrás. Talán az egyik leggyakoribb ok az elektromos ívhibák, amelyek két vagy több vezető közötti nagy teljesítményű elektromos kisülések. A kisülés okozta hő a vezeték szigetelésének romlását okozhatja, és ezáltal szikrát vagy „ívet” okozhat, ami tüzet okoz.
A napelemes rendszerek egyaránt ki vannak téve a soros ívhibáknak, amelyeket egy vezető folytonosságának megszakadása okoz, vagy a párhuzamos ívhibákat, amelyeket a két vezető közötti nem szándékos áram okoz, gyakran földzárlat miatt.
Az ívhiba rövidzárlathoz vagy földzárlathoz vezethet, de lehet, hogy nem elég erős ahhoz, hogy megszakítót vagy földzárlat-megszakítót (GFCI) indítson el . Az ívhibák elleni védelem érdekében ívhiba áramkör-megszakítót (AFCI) vagy AFCI megszakítót kell beszerelni. Az AFCI-k észlelik az alacsony szintű veszélyes íváramokat, és lekapcsolják az áramkört vagy a kimenetet, hogy csökkentsék annak az esélyét, hogy egy ilyen ívhiba elektromos tüzet gyújtson.
Az NEC 690.11 szakasza előírja, hogy a 80 V DC vagy nagyobb feszültségen működő napelemes rendszereket bármely két vezető között védjék a felsorolt PV AFCI vagy azzal egyenértékű rendszerkomponensek. A védelmi rendszernek képesnek kell lennie az ívhibák észlelésére, amelyek a PV rendszer egyenáramú áramköreiben lévő vezető, csatlakozómodul vagy más alkatrész tervezett folytonosságának meghibásodásából erednek.
A közepes és magas feszültségű, nagyméretű PV-tömbök érzékenyek az ívvillanásra. Ez különösen igaz akkor, ha a technikus olyan feszültség alatt álló kombinálódobozokban vizsgálja a hibákat, ahol a PV forrásáramköröket párhuzamosan kombinálják az áramerősség növelése érdekében, valamint a közép- és nagyfeszültségű kapcsolóberendezések és transzformátorok ellenőrzésekor. Egy ívvillanás forró gázokat és koncentrált sugárzó energiát bocsát ki a napfelszín hőmérsékletének négyszeresére – akár 19 500 °C-ig. Akkor fordul elő, ha nagy mennyiségű energia áll rendelkezésre egy ívhibához, mind az egyen-, mind a váltakozó áramú vezetékekben.
Az ívvillanás problémát jelent a 400 V feletti rendszerekben, így mind az általában 500 V-os maximális bemeneti feszültséggel rendelkező lakossági inverterek, mind a legfeljebb 1500 V-os nagyméretű inverterek veszélyben vannak. A nagyméretű napenergia-rendszerek megjelenése előtt az ívvillanást kizárólag váltakozó áramú problémának tekintették, mivel a DC feszültség a hálózaton kívüli alkalmazásokra korlátozódott, ahol 100 V-nál kisebb feszültségű akkumulátorokat használtak. A National Fire Protection Association (NFPA) 70E szabványa előírja az ívvillanás veszélyének kockázatelemzését, és egyéni védőfelszerelést (PPE) kell használni a 100 V feletti egyenáramú rendszerekben.
Az ívvillanás mérséklése a napelemes rendszerekben egyenárammal (az inverter előtt) és AC-vel (az inverter után) van osztva. Az egyenáram-oldali hatásmérséklés nagy (100 kW+) napelem-tömböknél különösen fontos a kombinálódoboznál, ahol több napelemsort kombinálnak párhuzamosan az áram növelése érdekében. Az ívvillanás lehetőségének csökkentése érdekében a nagyméretű rendszerek több sztring invertert is használhatnak, amelyek maguk is több szálat tudnak párhuzamosan csatlakoztatni, ahelyett, hogy egy vagy két nagy központi invertert használnának, amelyekhez kombinálódobozok kellenek. A váltakozó áramú oldali hatáscsökkentés íválló kapcsolóberendezést tartalmaz, amely az ívvillanás energiáját átirányítja a burkolat tetején, távol a személyzettől és a berendezésektől.
A dolgozók és a fotovoltaikus rendszer elektromos veszélyekkel szembeni védelme megköveteli a biztonságos munkavégzési gyakorlatok betartását, és annak biztosítását, hogy a berendezést úgy minősítik, hogy ellenálljon ezeknek a potenciális veszélyeknek. Ez azt jelenti, hogy a multimétereket, a mérővezetékeket és a biztosítékokat az adott alkalmazáshoz kell besorolni. Íme néhány alapvető irányelv:
Ezek csak a legfontosabb tudnivalók a napelemes rendszerek karbantartása során végzett biztonságosabb munkavégzésről. Az elektromos berendezések tesztelésekor és szervizelésekor feltétlenül tartsa be az összes vonatkozó biztonsági szabványt és előírást, a gyártói utasításokat és a vállalat biztonsági eljárásait.
Michael Ginsberg napenergia-szakértő, az Egyesült Államok Külügyminisztériumának oktatója, szerző és a mérnöki tudományok doktorjelöltje a Columbia Egyetemen. Emellett a Mastering Green vezérigazgatója , ahol világszerte közel ezer technikust képezett ki a napelemek telepítése, karbantartása és üzemeltetése terén.