Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Ochranné a spínací přístroje FV zdrojů

Ing. Pavel Jurajda, OEZ s. r. o.
 
Celosvětové rostoucí požadavky na ekologické využívání energie přinášejí rozmach v oblasti alternativních zdrojů elektrické energie. Na jednání Evropského parlamentu a Rady Evropy v září 2001 byla přijata směrnice 2001/77/ES Podpora obnovitelných zdrojů. Cílem této směrnice je snaha podporovat obnovitelné zdroje energie jako prioritní opatření, jelikož jejich využívání přispívá k ochraně životního prostředí a k udržitelnému rozvoji. Mimo jiné umožňuje také splnit rychleji cíle Kjótského protokolu, který se týká celosvětového snížení emisí. Pro Českou republiku na základě směrnice 2001/77/ES vyplývá požadavek na zvýšení výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie do roku 2010 na osm procent a do roku 2020 na třináct procent z celkové spotřeby elektrické energie v ČR. Aktuálně se v ČR pohybuje poměr výroby z obnovitelných zdrojů energie okolo sedmi procent. Z toho důvodu se dostává do popředí výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů a zvláště fotovoltaické zdroje.
 
V praxi má jediný fotovoltaický (FV) článek díky malému výkonu jen malé využití. Proto se jednotlivé články spojují do větších celků, tzv. FV panelů (modulů). Skupina FV panelů spojených společně do série se nazývá string (řetězec). Výkonné fotovoltaické zdroje jsou tvořeny velkým počtem sério-paralelně řazených panelů, které tvoří tzv. FV pole.
 
Jelikož FV články vyrábějí stejnosměrnou elektrickou energii, je tato energie transformována prostřednictvím měniče (invertoru) na střídavou elektrickou energii požadovaných parametrů.
 
Specifické vlastnosti FV zdrojů:
  • vysoké investiční náklady,
  • DC napětí relativně vysokých hodnot,
  • vysoká výkupní cena elektrické energie (vysoká cena elektrických ztrát).

Vysoké investiční náklady

 
V popředí zájmu je doba návratnosti investice. Na ní se odrazí samozřejmě jak technické provedení a účinnost instalace, tak doba provozu.
 
Z toho pohledu je kladen velký důraz na snížení rizik a případný rozsah poruch na minimum.
 
Fotovoltaické panely, měniče a kabely představují nejnákladnější část investice v rámci celé FV aplikace, a proto se ochrana zaměřuje předně na tyto části.
 
K poruše, v krajním případě k destrukci, může dojít vlivem atmosférických a spínacích přepětí. Dalším potencionálním zdrojem poruchy je zkratování části elektrického obvodu, které může mít za následek proudové přetížení určitých částí s důsledkem až jejich možného zničení, případně i vznik požáru. To je důvodem, proč je u fotovoltaických aplikací kladen důraz na použití přístrojů osvědčeného výrobce.
 

DC napětí relativně vysokých hodnot

 
Jak bylo již zmíněno, FV články jsou zdrojem stejnosměrné elektrické energie. V praktických aplikacích se vyskytují stejnosměrná napětí převážně do 1 000 V DC. Hodnoty napětí jsou dány počtem panelů řazených v sérii jednotlivých FV polí.
 
Průběh stejnosměrného elektrického proudu je v ideálním případě konstantní hodnoty a neprochází nulovou hodnotou, na rozdíl od střídavého elektrického proudu. Z toho důvodu je zřejmé, že vypínání stejnosměrného proudu, zvláště vyššího napětí, je obtížnější ve srovnání se střídavým proudem, a proto je pro ochranu a spínání ve stejnosměrných aplikacích nezbytné použít speciální ochranné a spínací přístroje, které jsou pro tyto účely určeny.
 
Na výstupu z měniče jsou střídavé elektrické veličiny, pro které lze použít odpovídající prvky pro jištění a spínání standardních střídavých elektrických obvodů.
 

Vysoká výkupní cena elektrické energie

 
Díky velkorysé státní podpoře je na FV aplikace často pohlíženo především z finančního hlediska. Do popředí zájmu se dostává návratnost investice. Optimalizací projektu už ve fázi návrhu lze dosáhnout zajímavých úspor, čehož může být typickým příkladem návrh kabelového vedení. Použitím optimálního poměru pořizovací ceny kabelu a ztrát ve vedení lze minimalizovat celkové náklady na vedení, což se příznivě odrazí v návratnosti investice. K optimalizaci kabelového vedení pro AC stranu lze s výhodou využít program SICHR verze 10.
 
Všechna tato specifika je důležité vzít v úvahu při návrhu ochranných a spínacích prvků elektrické instalace.
 

Nadproudová ochrana stringů FV pole

 
V případě většího počtu paralelně řazených stringů je nutné zajistit ochranu FV panelů proti zpětným proudům a nadproudovou ochranu kabelů.
 
Jištění stringů je občas opomíjeno, a to v souvislosti s tím, že zkratový proud Isc FV panelu je jen o 10 až 20 % větší než jeho jmenovitý provozní proud.
 
V případě aplikace s maximálním počtem tří stringů nehrozí poškození panelu poruchovým zpětným proudem vyvolaným zkratem. Riziko tepelného přetížení kabelů vlivem zkratu lze v tomto případě řešit jejich vhodným předimenzováním. Při větším počtu paralelních stringů je nutno vzít v úvahu hodnotu možného zpětného proudu s ohledem na maximální dovolený zpětný proud FV panelu.
 
Společnost OEZ s. r. o., jako tradiční výrobce jisticích a spínacích přístrojů nízkého napětí, je schopna nabídnout sortiment výrobků vhodný i pro FV aplikace (viz tabulka). Podrobnější informace o výrobcích OEZ naleznou zájemci na: http://www.oez.cz
 
Obr. 1. Obecné schéma FV zdroje pracujícího paralelně s distribuční sítí
Obr. 2. Detail FV pole
 
Tab. Sortiment výrobků OEZ vhodný pro FV aplikace
 

Nejčastější dotazy z oblasti FV – shrnutí

 
1. Jak volit jmenovité napětí a jmenovitý proud pojistkových vložek pro DC jištění FV zdrojů?
Parametry se volí s ohledem na výsledné sério-paralelní zapojení FV panelů a jejich vlastnosti.
 
Pro jmenovité napětí jistících přístrojů platí: Un ≥ 1,2·VOC_STC·M
M – počet panelů v sérii,
VOC_STC – napětí naprázdno FV panelu.
 
Činitel 1,2 zohledňuje nárůst napětí při nízkých teplotách okolí, výrobní tolerance FV panelů apod.
 
Pro volbu jmenovitého proudu pojistkové vložky platí: 1,4·ISCIn ≤ 0,85·IMOD_REVERSE pro pojistkové vložky charakteristiky gR; gS; gG In ≥ 10 A
 
1,4·ISCIn ≤ 0,7·IMOD_REVERSE pro pojistkové vložky charakteristiky gR; gS; gG In < 10 A
ISC – zkratový proud FV panelu, IMOD_REVERSE – maximální dovolený zpětný proud panelu.
 
Činitel 1,4 zohledňuje použití při teplotách okolí 60 °C , intenzitě záření 1 000 W·m–2 a vlivu cyklického zatěžování.
 
Je-li výrobcem panelu předepsána maximální hodnota jištění, je nutné tuto hodnotu akceptovat.
 
Pozn.: Pro hromadné jištění sério-paralelních řazení FV panelů je výsledný proud úměrný počtu paralelních větví.
 
2. Za jakých podmínek je nezbytná ochrana proti proudovému přetížení u FV aplikací na DC straně?
Ochrana proti proudovému přetížení se nemusí provádět u FV vodičů stringů a FV polí, je-li zatížitelnost vodiče ≥1,25·ISC STC v každém místě.
 
Ochrana proti proudovému přetížení se nemusí provádět u hlavních vodičů FV, pokud je zatížitelnost vodiče ≥1,25·ISC STC FV zdroje.
 
3. Lze použít sériové řazení pojistek pro dosažení vyššího jmenovitého napětí pojistkové skupiny?
V žádném případě. U sériové kombinace pojistek nelze zaručit rovnoměrné rozložení vypínacích procesů v případě poruchového stavu. Jedna pojistková vložka vždy převezme větší poměr vypínacích procesů a z toho důvodu může dojít k jejímu přetížení nad hranici konstrukčních možností.