Prądu stałego w naszych domach prawie że nie ma. Instalacja fotowoltaiczna to współcześnie jeden z niewielu domowych sprzętów o poważnych mocach pracujących na prądzie stałym. Posiadając taką instalację warto (a budując ją samemu – koniecznie trzeba) mieć pojęcie o tym rodzaju prądu, bowiem istotnie różni się on w obejściu od prądu przemiennego w gniazdku. To, co w domowej instalacji elektrycznej można było podrutować i jakoś działało – w fotowoltaice łatwo kończy się tragedią.
Co jest groźnego w prądzie stałym
Instalacja fotowoltaiczna najczęściej pracuje na prądzie stałym (z niewielkim wyjątkiem w postaci instalacji opartej na mikroinwerterach).
Zarówno prąd stały jak i przemienny są śmiertelnie niebezpieczne od pewnych napięć/natężeń – ale prąd stały, szczególnie w instalacji fotowoltaicznej ma pewne cechy, które mogą go czynić jeszcze groźniejszym:
- Napięcia nawet do 1000V, natężenia rzędu kilkudziesięciu amper – wartości znacznie wyższe niż w gniazdku, niebezpieczne dla życia.
- Łatwość powstawania łuku elektrycznego przy zwarciu.
Co to znaczy? Ano tyle, że wystarczy draśnięcie izolacji na kablu fotowoltaicznym, by wystąpiło zwarcie i pojawił się łuk elektryczny. To tak jakby ktoś spawarką zaczął wypalać dziurę np. w dachu budynku. Prosta droga do pożaru.
Niech przemówi obraz. Na filmie przedstawiono porównanie rozwierania obwodu prądu przemiennego i stałego o takim samym napięciu 220V:
Na poniższym filmie pokazano zwarcie i łuk elektryczny z czterech paneli o mocy niecałego kilowata. Co dopiero może się dziać gdy łańcuch paneli ma kilka kilowatów...
Powstanie i utrzymywanie się łuku elektrycznego wynika z natury prądu stałego, który płynie... cóż, stale – podczas gdy prąd przemienny cyklicznie zmienia kierunek przepływu z częstotliwością 50 razy na sekundę (ten w gniazdku) a każda taka zmiana oznacza, że przez drobny ułamek sekundy prąd przestaje płynąć. Dzięki temu łuk elektryczny na prądzie przemiennym łatwo gaśnie.
Dodatkowy problem stanowi natura instalacji fotowoltaicznej. Jest to łańcuch modułów wystawionych na słońce. Dopóki jest jasno – znajdą się pod napięciem. Od modułów do inwertera jest zwykle kilka czy kilkanaście metrów kabla fotowoltaicznego pod dużym napięciem/natężeniem prądu stałego. Gdy jest to właściwy kabel, odpowiedni położony i zabezpieczony – trudno o jakikolwiek problem. Ale gdyby kabel np. luźno walał się po dachu i z jakiejś przyczyny doszłoby do uszkodzenia izolacji i zwarcia – to grozi fest problemami.
Na szczęście dobre nowoczesne inwertery wykrywają uszkodzenie izolacji kabli na wczesnym etapie, nim dojdzie do poważnych problemów.
W fotowoltaice unikaj druciarstwa jak ognia
Kilka spraw na które trzeba zwrócić uwagę.
Kable
Wszystkie przewody łączące panele fotowoltaiczne ze sobą nawzajem i z inwerterem muszą być specjalnymi przewodami solarnymi. Mają one odpowiednio duży przekrój, ale przede wszystkim inną, znacznie lepszą izolację niż zwykłe przewody do domowej elektryki.
Nie da się tutaj przyoszczędzić stosując zapasy przewodów pozostałe po budowie sprzed 30 lat. Nawet jeśli wydają się grubsze i godne zaufania.
Złączki
"Standardem" w łączeniu paneli PV są złączki MC4. Skąd cudzysłów? Ano stąd, że tak naprawdę standardu złączek MC4 nie ma. Jedyne oryginalne MC4 produkuje firma Staubli a cała reszta świata kopiuje te złączki mniej lub bardziej udolnie. Efekt: złączki różnych producentów, choć wydają się do siebie pasować, mogą nie współpracować poprawnie i stać się przyczyną pożaru. Nie od razu oczywiście – za kilka lat, znienacka.
Złączki na przewodach prądu stałego są elementem krytycznym.
- złączek powinno być tak mało jak to możliwe,
- najlepiej wszystkie oryginalne firmy Staubli a jeśli nie to przynajmniej wszystkie jednego producenta (podłączając przewody solarne do szeregu paneli warto uciąć dwie skrajne wtyczki od paneli i zastąpić je kompletem złączek jednej firmy),
- każda zaciśnięta dedykowaną zaciskarką
- i skręcona starannie, z uwagą, aby poprawnie ułożyło się uszczelnienie.
Zaniedbania z czasem mogą się przerodzić w groźny problem. Sam tego doświadczyłem, na szczęście skończyło się niegroźnie, ale nie wszystkich w/w zasad przestrzegałem.
Spalona złączka MC4 w mojej instalacji off-grid. Prawdopodobnie nieszczelność umożliwiła dostęp wilgoci do przewodu, który zaczął korodować (goła miedź) i się nagrzewać. Ostatecznie przestał płynąć prąd i inwerter się wyłączył. To najstarszy zestaw złączek i kabel w mojej instalacji, miał prawie 5 lat i jeszcze miesiąc wcześniej wyglądał bez zarzutu.
Tulejki
Wszystkie przewody fotowoltaiczne to linki, nie drut. Zatem wszelkie ich końcówki muszą być pozaciskane w stosownych tulejkach przed wkręceniem ich od jakichkolwiek złączy w inwerterze albo rodzielnicy przed inwerterem.
Olanie tej zasady grozi przegrzaniem, stopieniem lub spaleniem sprzętu do którego został zamontowany przewód-linka z końcówką bez tulejki.
Osprzęt
Cały osprzęt w stałoprądowej części instalacji musi być faktycznie przystosowany do prądu stałego (dotyczy to zarówno bezpieczników, wyłączników jak i nawet obudowy rozdzielnicy, w której te elementy się znajdą!). To nie mogą być najtańsze elementy z pobliskiego marketu budowlanego, przeznaczone tylko do prądu przemiennego – nie zadziałają a nawet narobią szkód w majątku a może i w ludziach.
Co się dzieje np. z bezpiecznikiem albo wyłącznikiem, który do prądu stałego się nie nadaje a został do niego użyty? Nie zadziała, przegrzeje się, stopi, spali, ew. przy przełączaniu może porazić człowieka i wywołać pożar. Szczególnie rozłączanie obwodu prądu stałego, w którym płynie prąd, jest wyzwaniem, któremu nie podoła rozłącznik do prądu stałego nieprzystosowany. Zwyczajnie nie będzie w stanie zgasić powstałego łuku. Zajdą kosztowne i nieprzyjemne efekty pirotechniczne.