Průvodce. Fotovoltaika

Transkript

1 FV Průvodce Fotovoltaika

2 Fotovoltaika Fotovoltaika se v posledních letech razantně vyvinula a rozšířila. Zjištění, že fosilní a nukleární látky nejsou nekonečně k mání, vedou též ke zvýšení zájmu o fotovoltaiku. Dle různých studií je současný stav fotovoltaiky teprve začátek neustálého, trvalého vzrůstu. Zákon o obnovitelných energiích (EEG) podporuje ekologickou, t.zv. samo vyrobenou energii. V praxi existuje často nejistota o tom, na jaké normativní požadavky se musí při instalaci a při hledání chyb v FV-zařízeních brát ohled. Náš FV-průvodce Vám má sloužit a podporovat při denní práci. Fotovoltaika je fotoenergie slunce (photon) a z ní vytvářené napětí (volt). Princip na síť napojeného fv-zařízení Značení budov s fv- zařízením V okolí rozvaděče nebo u hlavního přípoje připevnit tento štítek (nejméně A6) Pramen: fotovoltaická zařízení, DGS, VDE fv-generátor (několik fv-modulů v sérii nebo paralelně s montážním stojanem) přípojná skříň pro generátor / GAK (s ochrannou technikou) vedení stejnosměrného proudu vypínač stejnosměrného proudu měnič vedení střídavého proudu skříň elektroměru s rozvaděčem, odběrovým a napájecím elektroměrem, připojením domu a ochrannou technikou

3 Fotovoltaický efekt Tím rozumíme přímou přeměnu světla do elektrické energie za pomoci solárních článků. To znamená, že se ze sluneční energie přeměnou stane elektrický proud. Teplota / vzařování Elektrické veličiny a křivky modulů jsou závislé na teplotě a vzařování. Modulový proud je závislý přímo na intenzitě vzařování a napětí modulu se ovlivňuje nejsilněji teplotou modulu. I-U-křivka fv-modulu Proud modulem (A) v závislosti na záření Pramen: DGS Napětí na modulu (V) v závislosti na teplotě FOTOVOLTAICKÝ EFEKT, KŘIVKY

4 NĚKOLIK DŮLEŽITÝCH POJMŮ Charakteristika proud-napětí (I-U-křivka) Tato charakteristika zobrazuje reakci fv-generátoru na různá zatížení jedním diagramem. Je závislá na aktuální intenzitě vzařování a na teplotě článku. Napětí naprázdno U0C Je výstupní napětí solárního článku nebo solárního modulu v provozu bez zatížení, to znamená v neproudovém stavu. Zkratový proud ISC Proud při zkratovaném solárním článku či solárním modulu, to znamená při výstupním napětí = 0V Účinnost modulů Informuje o poměru odevzdaného výkonu ke vzářenému výkonu solárního modulu ve vztahu k ploše modulu. kwp KiloWatt peak (peak = angl. špička). To p ale neznamená špičkový výkon nýbrž jmenovitý výkon dle Standard-Test-Condition (STC). Pmpp Maximální výstupní výkon solárního článku nebo modulu při určitém vzařování a při určité teplotě solárního článku v bodě nejvyššího výkonu MPP = Maximum Power Point Referenční článek Je kalibrovaný solární článek pro měření globálního záření G na určitou rovnou plochu (normované spectrum AM 1,5 s G=1000W/m² při 25 C) Podrobný přehled pojmů n EN Konektory pro fotovoltaické systémy, Bezpečnostní požadavky a zkoušky n IEC Zřízení nízkonapěťových zařízení pojmy n EN ISO Protipožární ochrana - slovník

5 STC STAndarD Test Conditions (Standardní podmínky zkoušek) Pro možnost srovnávání fv-modulů a článků mezi sebou, byly celosvětově definovány podmínky zkoušek, při kterých se stanovují křivky solárních článků. STC se vztahují na normu IEC popř. EN V podstatě je křivka charakterizovaná hodnotou MPP, zkratovým proudem a napětím naprázdno. n Intenzita ozáření E při svislém dopadu světla 1000 W/m² na plochu modulu n Teplota článku T je 25 C. Přípustná odchylka ± 2 K n Definované spectrum světla s AirMass AM 1,5 (AM je definováno v normě IEC část III a označuje prodloužení cesty, které sluneční světlo má při šikmém dopadu na vzdušný obal oproti svislému dopadu při AM 1,5 je cesta 50 % delší než při svislém dopadu. (Na rovníku je hmota vzduchu 1 a v evropě přibl. 1,5) Pozor: STC jsou teoretické veličiny, které v kvalitě nejsou dosažitelné. Pro lepší znázornění byly vytvořené NOCT-podmínky (NOCT-podmínky: intenzita záření 800 W/m², teplota prostředí 20 C, vítr 1 ms, fv.zařízení musí být ve volnoběhu EN 61215) POJMY FOTOVOLTAIKI, STC

6 Předpisy a směrnice pro stavbu fv-zařízení Veřejné stavební právo (Zemské stavební právo) Formálně právní požadavky n Stavební právo (Zemské stavební právo) zásadně bez povolení možné. Výjímky např. zařízení na fasádách, průmyslová zařízení na zemědělských budovách n Stavební výrobky, povolení, certifikáty Materiálně právní požadavky n Právo stavebního plánování n Stavební právo, m.j. tepelná, požární a ochrana před bleskem n Další práva/povinnosti, např. památková ochrana Technická pravidla pro stavby se sklem DIN Sklo na stavbách, vyměřovací a konstrukční pravidlatrlv, TRAV, TRGS (např. azbest) VDE-AR-N100 VDE-AR-N-100 tvoří základ pro vypracování aplikačních pravidel pro plánování, zřizování, výrobu, provoz, zkoušky a údržbu zařízení, vybavení a výrobků pro zabezpečování el. proudem, včetně požadavků na kvalifikaci a organizaci podniků pro provoz elektrických sítí. Tato pravidla (FNN) jsou základem pro jisté a spolehlivé zásobování elektrickým proudem. E VDE-AR-N 10 Výrobní zařízení na nízkonapětových sítích minimální technické požadavky na připojení a paralelní provoz výrobních zařízení na nízkonapěťových sítích. Technické podmínky pro připojení (TAB) provozovatele distribuční sítě (VNB) Tyto technické podmínky se musí dodržovat u zařízení, která se nově připojují k distribuční síti, popř. při rozšíření či změně zákaznického zařízení. TAB definuje obzvlášť povinné úkoly provozovatele distribuční sítě, jejího stavitele, plánovacího teamu, podnikatele a uživatele přípoje.

7 PLÁNUJEME ZAŘÍZENÍ (EEG) Fv-projekt plánujeme softwarem DDS-CAD PV Pro plánování fotovoltaických zařízení se hodí nejlépe patřičná softwarová řešení. Velmi výkonným plánovacím nástrojem je program DDS-CAD PV, firmy Data Design System (DDS), kooperační partner firmy GOSSEN METRAWATT. Data Design System plánuje a zobrazuje fv-zařízení na střechách, na fasádach jakož i na volných plochách. Program nabízí vedle fotorealistických simulací oběhu slunce také kompletní dokumentaci zařízení včetně realizačních plánů, plánů zařízení a stringů. Integrovaný nástroj Polysun Inside umožňuje spolehlivou předpověď výnosu. K dispozici je také automatické zařazení měničů, jakož i obsáhlá databáze modulů a měničů S programem DDS-CAD PV je možné průběžně plánovat další elektrická zařízení (rozvaděč, kabely, proudové chrániče atd.) a kalkulovat je. Rozhraní k revizním přístrojům GOSSEN METRAWATT je k dispozici. Pramen: DDS-CAD V rámci simulace průběhu slunce s DDS-CAD PV se realisticky zobrazuje zastínění EEG Zákon o obnovitelných energiích Řídí odběr, přenos a bonifikaci energií získaných výlučně z obnovitelných pramenů (např. solární nebo proud z větru) energetickými podniky, které také udržují distribuční sítě. Zásadní obsah: přístup k síti kdykoli a bez diskrimováni možné. Žádné ohraničení výkonu. Bonifikace je zákonem zaručená. PLÁNOVÁNÍ, SMĚRNICE, EEG

8 NORMY ČSN ; IEC Zřizování nízkonapěťových zařízení Část 1 Všeobecné zásady Určení všeobecných znaků, pojmy ČSN ; IEC Zřizování nízkonapěťových zařízení Část 6 Zkoušky EN Provoz elektrických zařízení všeobecná ustanovení ČSN ; IEC Požadavky na závodní dílny, místnosti a zařízení, obzvlášť solar-fotovoltaické-(fv)-zdrojové systémy VIEC Fotovoltaická zařízení. Část 2 Požadavky na referenční články VDE (E) Fotovoltaika ve stavebnictví IEC Na síť napojené fotovoltaické systémy Minimální požadavky na systémovou dokumentaci Zkoušky při uvedení do provozu a revizní zkoušky EN / EN Fotovoltaické(fv) moduly bezpečnostní kvalifikace. Část 1: Požadavky na výstavbu IEC Terrestrické krystalické siliziové -fotovoltaické(fv) modulyzpůsobilost konstrukce a její povolení IEC Terrestrické tenkovrstvé-fotovoltaické(fv) modulyzpůsobilost konstrukce a její povolení IEC 82 / 571 (CDV) Zkouška reakce výkonu fotovoltaických(fv) modulů - a vyměření energie Část 1 měření výkonu v poměru k síle ozáření a teploty jakož i vyměření výkonu EN Způsobilost konstrukce koncentratorových modulů a jejich zařazení

9 Pramen: DIN EN POŽADAVKY NA ZKOUŠKY DLE IEC Systém střídavého proudu n Zkoušky dle EN / IEC všech obvodů střídavého proudu Systém stejnosměrného proudu n Změřit průchodnost ochranného (funkční zemnič) a potenciálního vodiče (fv-generátorového rámu), včetně přípoje na hlavní zemnič nízkoohmové měření. n Zkouška polarity všech vedení stejnosměrného proudu a jejich přípojů, a kontrola správného označení. n Zkouška/měření napětí naprázdno každého vedení při stabilním ozařování (<5%), porovnání identických vedení. n Zkouška/měření zkratového proudu každého vedení při stabilním ozařování (<5%), porovnání identických vedení. Pozor: Pro jistotu, všechna fv-vedení musí být proti sobě izolovaná, rozvaděče a spínače rozpojené. n Funkční zkoušky řádné montáže a správného zapojení, zkouška výpadu proudu n Izolační odpor obvodů ss proudu 2 měření dle normy: 1. měření mezi negativní elektrodou fv-generátoru a zemí, s následující zkouškou mezi pozitivní elektrodou fv-generátoru a zemí 2. měření mezi zemí a těmi mezi sebou zkratovanými negativní a pozitivní elektrodou fv-generátoru Pozor: Před měřením odpojit přepěťový svodič Minimální hodnoty izolačního odporu Metoda zkoušek napětí systému (U OC stc x 1,25) V zkušební napští V nejmenší izolační odpor MΩ < ,5 měření až > < ,5 měření až > NORMY, POŽADAVKY A ZKOUŠKY

10 Pramen: EATON POŽADAVKY NA DOKUMENTACI SYSTÈMU DLE IEC Po připojení k instalaci nebo po revizní zkoušce na síť napojeného fv- -zařízení se musí založit dokumentace se základními daty systému pro zákazníky, revizory nebo údržbáře Základní nformace o systému n Jmenovitý výkon systému (kw DC nebo kva AC) n fv-moduly nebo měniče (model, výrobce, počet) n datum instalace a uvedení do provozu n jméno zákazníka n adresa místa instalace Informace o vývojáři systému n podnik, zodpovědná osoba, adresa, telefon, mail Informace o zřizovateli systému n podnik, zodpovědná osoba, adresa, telefon, mail POŽADAVKY NA PROTIPOŽÁRNÍ OCHRANU U FV-ZAŘÍZENÍ Požárnický vypínač (EATON) Tento vypínač se doporučuje jako dodatečný DC-spínač pro bezpečnou akci hasičů. Toto vypnutí se musí ale konat paralelně s vypnutím sítě. VDE-AR-E Požadavky na vypínání DC-rozsahu u fv-zařízení. VDS 2033 Elektrická zařízení v požárem ohrožených provozovnách a v podobně riskantním okolí ; m.j. při instalaci DC kabelů. VDS 2216 Protipožární ochrana střech, návod pro plánování a zřízení VDE-AR-E Požadavky na kabely pro fv- zařízení (druh PV1-F) NORMY PRO POUŽÍTÍ RCD V FV ZAŘÍZENÍCH DIN VDE Protipožární ochrana při zvláštním nebezpečí a riziku DIN VDE El. zařízení v zemědělských a zahradnických provozovnách DIN VDE část 7 - Požadavky na provozovny, místnosti a zařízení mimořádných solar-fotovoltaických-(fv)- systému proudového zdroje

11 UVEDENÍ DO PROVOZU Zřizovatel fv- zařízení musí při každém uvedení do provozu sepsat protokol. Důležité jsou naměřené el. hodnoty a data zařízení. Protokolování naměřených hodnot: n izolační odpor stejnosměrné strany (DC) n zemní odpor n napětí generátoru naprázdno n napětí větve naprázdno n zkratový proud větve n napětí na diodě a pojistce, u zařízení s diodami a pojistkami ve větvích (GAK) n měření křivky jednotlivých větví opcionální n vyhotovit termogramy fv-generátoru, spínacího a jistícího zařízení FOTOVOLTAIK PASPORT Pro dokumentaci vysoké kvality instalovaného solárního zařízení vůči zákazníkovi vypracoval BSW-Solar spolu s ústředním svazem německého elektrotechnického (ZVEH) řemesla doprovodný pasport zařízení. Dokumentuje použití klíčových komponentů solárního zařízení jakož i výkony instalatéra a obsahuje zkušební protokoly fv-zařízení. Registrace pro zájemce a kvalifikované instalatéry možná na internetové stránce: www. photovoltaik-anlagenpass.de. Realizace a plánování dle RAL-GZ-966 Stanovení jakosti a zkoušek: P1 komponenty pro fotovoltaická zařízení P2 plánování fotovoltaických zařízení P3 zřízení fotovoltaických zařízení P4 servis a provoz fotovoltaických zařízení Využívat slunce co zdroj příjmů není jen moudré, nýbrž i výnosné. Pramen: BSW, ZVEH, RAL RCD, OCHRANA PROTI POŽÁRU, PASPORT, RAL

12 OCHRANA PŘED BLESKEM A PŘEPĚTÍM EN Ochrana před bleskem část 2 : Riziko management EN (příloha 5) Část 3: Ochrana před bleskem a přepětím u fv- zařízení, Návod pro fv-zřizovatele Ochrana před bleskem a přepětím u fv- zařízení na budovách BSW a ř ZVEH VDS směrnice Ochrana před bleskem a přepětím zaměřená na rizika DIN CLC/TS Část 12: Zásady pro výběr a používání Ochrana před přepětím pro použití u fv-zařízení Zásadně platí výrok : fv-zařízení nezvyšují nebezpečí zásahu blesku do budovy, ale bez ochrany mohou bleskové proudy a přepětí způsobit výluky na zařízení. Následkem by pak byl výpadek výnosu a výdaje za opravu. Pro montáž fv-zařízení na veřejných budovách, jako např. nemocnice nebo školy, vyžadují stavební předpisy z bezpečnostních důvodu systémy pro ochranu před bleskem ochranné třídy III (LPS Lightning Protection System). Výhody při používání ochrany před bleskem a přepětím n ochrana fv-zařízení a budovy před požárem a zničením n fv-zařízení je průběžně k dispozici n zajistění investic, žádné výluky ve výnosu n ochrana před zraněním živých bytostí uvnitř a v okolí zařízení

13 Systém ochrany před bleskem sestává z vnější a vnitřní ochrany a z ochrany před přepětím Ve VDE je stupeň ochrany budovy definován třídami ochrany před bleskem I až IV. Vnější systém ochrany před bleskem n jímací soustavy tvoří na střeše chráněný rozsah n svody se blesk svede k zemničům n proud blesku se svede přes zemniče do země Vnitřní systém ochrany před bleskem n svodidla typu 1 pro AC-zdroj budovy n přepěťová svodidla typu 2 pro ochranu měniče pro AC- a DC - přípoje n DC-přepěťová svodidla typu 2 v GAK pro ochranu modulů Pramen: DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG. CERTIFIKACE MĚNIČŮ V VDE Samostatný přepínač mezi paralelním zdrojem el. proudu a veřejnou nízkonapěťovou sítí EN Bezpečnost výkonových měničů pro použití ve fotovoltaických energetických systémech Všeobecné požadavky EN Bezpečnost výkonových měničů pro použití ve fotovoltaických energetických systémech Požadavky na měniče OCHRANA PŘED BLESKEM A PŘEPĚTíM

14 IR TERMOGRAFIE Používání IR-kamer umožňuje precizním měřením teploty na povrchu modulů rychlou a efektivní definici nejrůznějších závad. Přednosti jsou zobrazování, bezkontaktní a nedestruktivní prohlídka fv-zařízení za normálního provozu a možnost prohlédnout větší plochy. Také jako garant kvality pro přezkoušení zařízení po ukončení instalace je termografie vhodná. Termografií se dají např. poznat následující vady: Krátká spojení v solárních článcích, zašpinění, dovnitř článku proniknutá vlhkost, praskliny v článcích a skle, chybné kontakty mezi články a kabely, vadné obtokové diody, naprázdno běžící a nezapojené moduly, tzv. mismatches, t.j. ztráta na výkonu způsobená rozdíly mezi jednotlivými moduly. Normy a směrnice n DIN část 1-3 Nedestruktivní zkouška termografická zkouška část 1: Všeobecné základy ; část 2 : Přístroje; část 3 : Pojmy n EN Tepelná reakce budov důkaz tepelných můstků v budovách - IR-metoda n EN Tepelná reakce budov důkaz vzduchové prolínavosti budov metoda rozdílných tlaků n DIN 4108 část 1 3 Tepelná ochrana n EN 473 Nedestruktivní zkouška kvalifikace a certifikace personálu všeobecné základy Hotspot (přibl.15k nad průměrnou teplotou) Zastíněné nebo zašpiněné buňky Pramen: testo AG Ne každý hotspot je chyba - thermogram přípojů

15 PŘÍKLAD KŘIVKY Z PRAXE Výsledek měření nerušený Velká ztráta zastíněním Křivka bez zastínění Křivka při 2 zastíněných rozsazích Zastínění a ztráta přizpůsobením Křivka pro porovnání Problémová křivka Monokristalický <-> Amorfní Monokristalický modul Amorfní modul Ztráta vysokým Rs (např. vadné kontakty) Modul s nízkými ztrátami Modul se zvýšeným Rs Částečné zastínění Pramen: PV Engineering Křivka pro porovnání Problémová křivka IR TERMOGRAFIE, KŘIVKY

16 GOSSEN METRAWATT GMC-I Messtechnik GmbH Südwestpark Nürnberg, Germany Phone: Fax: Naše partnerské podniky PV-Engineering GmbH Augustastr Iserlohn Energiebau Solarstromsysteme GmbH Heinrich-Rohlmann-Str Köln Tištěno v Německu Změny vyhrazeny 2/