Uziemienie instalacji PV: jak je wykonać i sprawdzić

Instalacja fotowoltaiczna potrzebuje uziemienia i połączeń wyrównawczych: metalowa konstrukcja, ramy modułów i obudowa falownika muszą być połączone z główną szyną uziemiającą budynku, a przez nią z uziomem. Nie zawsze trzeba przy tym wbijać osobny uziom tylko dla paneli. Najważniejsze jest to, czy dach ma instalację odgromową i jak daleko od niej stoją moduły. Poniżej opisujemy, jak powinno to wyglądać na domu jednorodzinnym, jakie zabezpieczenia montuje się po stronie DC i AC, kiedy potrzebne są bezpieczniki do fotowoltaiki i jak sprawdzić, czy wykonawca zrobił to dobrze.

Krótko mówiąc

• Wszystkie metalowe części instalacji PV, czyli konstrukcję, ramy modułów i falownik, łączy się z główną szyną uziemiającą (GSU), a ta jest połączona z uziomem budynku.
• Jeśli na dachu jest instalacja odgromowa, a panele stoją blisko niej, konstrukcję łączy się z instalacją odgromową, a o odstępach i ochronie przepięciowej decyduje projekt.
• Po stronie DC montuje się ograniczniki przepięć (typu 2 albo 1+2) i, tam gdzie są potrzebne, rozłączniki z bezpiecznikami gPV. Po stronie AC potrzebne są wyłącznik nadprądowy i różnicowoprądowy.
• Bezpieczniki łańcuchów nie są obowiązkowe w każdej instalacji. Zależy to od prądu wstecznego przy kilku stringach połączonych równolegle.
• Uziemienie i ciągłość przewodów ochronnych potwierdza się pomiarem, a jego wynik powinien trafić do protokołu odbioru.

Spis treści

• Po co instalacji fotowoltaicznej uziemienie
• Czy fotowoltaika musi mieć osobne uziemienie
• Jak uziemić panele i konstrukcję PV
• Fotowoltaika a instalacja odgromowa
• Zabezpieczenia instalacji fotowoltaicznej po stronie DC i AC
• Bezpieczniki do fotowoltaiki: kiedy są potrzebne
• Jak sprawdzić, czy uziemienie jest prawidłowe
• Jak do tego podchodzimy w evoENERGY
• Fotowoltaika z uziemieniem i zabezpieczeniami od evoENERGY
• Najczęściej zadawane pytania
• Źródła

Po co instalacji fotowoltaicznej uziemienie

Panele leżą na dachu przez 25 lat albo dłużej. Przez ten czas przechodzą przez nie burze, oblodzenie, wiatr i duże różnice temperatur. Po stronie prądu stałego łańcuch modułów daje napięcie rzędu kilkuset woltów, a uszkodzona izolacja przewodu może podać to napięcie na aluminiową ramę albo stalową konstrukcję. Uziemienie i połączenia wyrównawcze sprawiają, że w takiej sytuacji prąd ma bezpieczną drogę do ziemi. Zadziałają wtedy zabezpieczenia, a człowiek dotykający konstrukcji nie stanie się częścią obwodu.

Druga sprawa to bezpieczeństwo pożarowe. W opracowaniu CNBOP-PIB o użytkowaniu i bezpieczeństwie instalacji fotowoltaicznych uziemienie i ochronę przeciwprzepięciową opisano jako element, od którego zależy, czy instalacja jest bezpieczna w eksploatacji. Przepięcie po bliskim wyładowaniu potrafi zniszczyć falownik i doprowadzić do łuku elektrycznego po stronie DC. Łuku prądu stałego nie da się zgasić zwykłym wyłącznikiem.

Trzecia sprawa to pieniądze. Producenci modułów określają warunki montażu w instrukcjach, a uziemienie ram przez fabryczne otwory jest w nich stałym punktem. Jeśli dojdzie do szkody, ubezpieczyciel zapyta o protokół z pomiarów. Brak uziemienia albo brak dokumentu łatwo staje się powodem do sporu o odszkodowanie. Jeśli zastanawiasz się nad polisą dla małej instalacji, na przykład balkonowej, warto wiedzieć, o co pytają ubezpieczyciele. Dobrze pokazuje to tekst o ubezpieczeniu mikroinstalacji balkonowej.

Czy fotowoltaika musi mieć osobne uziemienie

Na to pytanie odpowiedź brzmi najczęściej: nie potrzebuje osobnego, niezależnego uziomu, ale musi być włączona w system uziemienia budynku. W domu jednorodzinnym wygląda to zwykle tak:

1. Przewody ochronne i wyrównawcze z konstrukcji PV, ram modułów i falownika prowadzi się do głównej szyny uziemiającej (GSU).
2. Do GSU podłączone są też przewód ochronny instalacji elektrycznej domu, metalowe rury i inne części przewodzące.
3. GSU łączy się z uziomem pionowym (szpilki, pręty) albo poziomym (bednarka w ziemi, często uziom fundamentowy).

Taki schemat podają wytyczne dla wykonawców instalacji fotowoltaicznych przygotowane w Bytomiu: wszystkie przewody uziemiające doprowadza się do GSU, łączy ze sobą, a potem z uziomem pionowym lub poziomym.

Osobny uziom ma sens wtedy, gdy budynek nie ma sprawnego uziomu, na przykład w starym domu z siecią TN-C, gdzie PEN biegnie tylko przez złącze. Może też być potrzebny przy instalacji gruntowej daleko od domu albo na wiacie czy garażu, który nie ma własnego połączenia z GSU. Wtedy uziom projektuje się razem z PV i łączy z systemem uziemienia domu. Dwa niezależne uziomy bez połączenia to błąd. Przy przepięciu między nimi pojawia się różnica potencjałów i niszczy ona elektronikę.

Szpilki wbite w garażu: czy to wystarczy

To pytanie wraca na forach regularnie. Uziom z prętów pionowych może być w pełni prawidłowy, jeśli jest połączony z GSU, ma udokumentowaną rezystancję i jest wykonany z elementów przeznaczonych do pracy w gruncie. Problemem nie jest więc sama szpilka. Problemem jest szpilka, z której wychodzi przewód tylko do konstrukcji paneli i nigdzie więcej, bez pomiaru i bez protokołu. W takiej sytuacji poproś wykonawcę o schemat połączeń i wynik pomiaru albo zleć sprawdzenie elektrykowi z uprawnieniami SEP.

Jak uziemić panele i konstrukcję PV

Dobre uziemienie zaczyna się w projekcie, a nie na dachu. Oto elementy, które powinien uwzględnić każdy montaż:

Osobną kwestią są materiały. Ramy i szyny są aluminiowe, a przewody wyrównawcze najczęściej miedziane. Bezpośredni styk miedzi i aluminium w wilgoci prowadzi do korozji galwanicznej: połączenie z czasem traci przewodność, choć z zewnątrz wygląda dobrze. Dlatego stosuje się zaciski bimetaliczne, podkładki przejściowe albo przewody i złączki przeznaczone do łączenia tych metali. Na blachodachówce czy dachu z blachy trapezowej dochodzi pytanie, czy połączyć konstrukcję z poszyciem. Rozstrzyga to projekt, bo poszycie bywa częścią naturalnej instalacji odgromowej.

Wybór miejsca na panele wpływa na uziemienie bardziej, niż się wydaje. Inaczej wygląda dach z iglicami odgromowymi, inaczej wiata, a inaczej konstrukcja gruntowa 30 metrów od domu. Jeśli dopiero planujesz, zajrzyj do naszego poradnika o tym, gdzie umieścić panele fotowoltaiczne.

Fotowoltaika a instalacja odgromowa

Najwięcej błędów w tej części instalacji wynika z tego, że ktoś nie sprawdził, czy dom ma piorunochron. Możliwe są dwie sytuacje.

Dom bez instalacji odgromowej. Konstrukcję i ramy łączy się przewodami wyrównawczymi z GSU, a po stronie DC stosuje się ograniczniki przepięć typu 2. Instalacja PV nie staje się przy tym instalacją odgromową.

Dom z instalacją odgromową. Projektant sprawdza odstęp izolacyjny między zwodami a modułami i przewodami. Gdy można go zachować, panele zostają w strefie ochronnej zwodów, a części instalacji się nie łączy. Gdy moduły są zbyt blisko, wytyczne z Bytomu każą połączyć konstrukcję z instalacją odgromową drutem Fe/Zn o średnicy 8 mm i nie łączyć jej wtedy z GSU. Wtedy przez konstrukcję może popłynąć część prądu piorunowego, więc po stronie DC stosuje się ograniczniki typu 1+2, które przeniosą taki udar.

W tych samych wytycznych z Bytomu podano, że rezystancja uziemienia instalacji odgromowej nie może przekraczać 10 Ω. Jeśli twoja instalacja odgromowa ma kilkanaście lat i nikt jej nie mierzył, zrób pomiar przed montażem PV. Panele podłączone do niesprawnego piorunochronu są bardziej narażone niż panele bez żadnego połączenia z nim.

Zabezpieczenia instalacji fotowoltaicznej po stronie DC i AC

Samo uziemienie nie chroni instalacji. Działa razem z aparaturą w rozdzielnicy DC i AC. Bytomskie wytyczne wymieniają dla strony DC ograniczniki przepięć i rozłączniki bezpiecznikowe gPV, a dla strony AC wyłączniki nadprądowe i różnicowoprądowe. Poniżej zestawienie elementów, które powinny się znaleźć w typowej instalacji domowej.

O tym, gdzie postawić ograniczniki DC, decyduje długość trasy kabla. Według wytycznych z Bytomu przy trasie krótszej niż 10 m wystarczy ogranicznik typu 2 przy falowniku. Przy dłuższej trasie ograniczniki typu 2 montuje się i przy falowniku, i przy panelach. W specyfikacjach przetargowych dla większych instalacji spotyka się wymagania ostrzejsze. Przykładowo specyfikacja zamówienia w Bazie Konkurencyjności wymaga zabezpieczeń przepięciowych T1+T2 i wyłączników RCD 100 mA. Typ RCD i jego prąd zadziałania dobiera się do falownika: część producentów dopuszcza konkretne typy, a w instrukcji określa minimalny prąd zadziałania.

Zabezpieczenia elektryczne nie chronią modułów przed uszkodzeniami mechanicznymi. Pęknięte szkło po gradzie otwiera drogę wilgoci do ogniw, a to z czasem obniża rezystancję izolacji i może wywołać zadziałanie zabezpieczeń albo błędy falownika. O ochronie paneli przed gradem warto pomyśleć już przy wyborze modułów i sposobu montażu.

Bezpieczniki do fotowoltaiki: kiedy są potrzebne

Bezpieczniki łańcuchowe gPV to wkładki przeznaczone do prądu stałego, montowane w rozłącznikach bezpiecznikowych. Nie zastępuje się ich zwykłymi bezpiecznikami AC, bo te nie przerwą pewnie łuku prądu stałego.

Czy trzeba je montować? Urząd Dozoru Technicznego w „Inspektorze” 1/2023 wyjaśnia, że zabezpieczenia nadprądowe łańcuchów nie są wymagane w każdym układzie. Jeśli ich nie ma, trzeba sprawdzić, czy prąd wsteczny nie przekroczy maksymalnego prądu bezpiecznika modułu, podanego w karcie katalogowej, ani obciążalności kabla. Jeśli są zamontowane, trzeba sprawdzić, czy są dobrze dobrane.

W praktyce wygląda to tak:

• Jeden lub dwa łańcuchy na wejście MPPT. Prąd wsteczny z sąsiedniego łańcucha zwykle nie przekracza dopuszczalnego prądu modułu, więc bezpieczniki często nie są potrzebne. Potwierdza to obliczenie w projekcie, nie założenie.
• Kilka łańcuchów połączonych równolegle. Przy zwarciu w jednym łańcuchu pozostałe mogą wpychać do niego prąd, który przegrzeje przewody i moduły. Tu bezpieczniki gPV są zwykle konieczne.
• Magazyn energii i falownik hybrydowy. Po stronie DC baterii działają osobne zabezpieczenia, dobierane według dokumentacji producenta magazynu. Więcej o takich układach piszemy w tekście o tym, jak działają instalacje hybrydowe.

Prąd znamionowy wkładki dobiera się do prądu zwarciowego łańcucha i do maksymalnego prądu bezpiecznika modułu. Napięcie znamionowe musi być wyższe od największego napięcia łańcucha w mroźny, słoneczny dzień, bo moduły dają wtedy najwyższe napięcie. To obliczenie dla projektanta, nie do zgadywania przy rozdzielnicy.

Jak sprawdzić, czy uziemienie jest prawidłowe

Jeśli instalacja już działa, a ty nie wiesz, czy uziemienie jest dobre, przejdź przez tę listę:

1. Sprawdź dokumenty. Do odbioru instalacji powinien być dołączony protokół z pomiarów: ciągłości przewodów ochronnych i wyrównawczych, rezystancji izolacji po stronie DC, skuteczności ochrony przeciwporażeniowej po stronie AC i rezystancji uziemienia.
2. Obejrzyj to, co widać. Czy od konstrukcji odchodzi przewód wyrównawczy? Czy na zaciskach jest biały nalot albo zielona patyna? Czy przewód ma przerwy, na przykład przecięty przy pracach na dachu?
3. Zajrzyj do rozdzielnicy DC. Czy ograniczniki przepięć mają zielony wskaźnik? Czerwone okienko oznacza, że ogranicznik zadziałał i trzeba go wymienić.
4. Sprawdź komunikaty falownika. Powtarzający się błąd izolacji (Riso) albo prądu upływu może oznaczać uszkodzony przewód, wilgoć w złączu MC4 albo problem z połączeniem ochronnym.
5. Zleć pomiary. Pomiar rezystancji uziemienia wykonuje się metodą techniczną albo miernikiem cęgowym. Ciągłość połączeń mierzy się omomierzem niskonapięciowym. Pomiary wykonuje elektryk z uprawnieniami SEP.

Pomiar powtarza się okresowo, a także po każdej przebudowie dachu, po wyładowaniu w pobliżu domu i po rozbudowie instalacji o nowe łańcuchy albo magazyn energii. Jeśli chcesz sprawdzić całą instalację, nie tylko uziemienie, przeczytaj, co obejmuje audyt instalacji fotowoltaicznej.

Najczęstsze błędy, które znajdujemy przy przeglądach

• Konstrukcja bez żadnego przewodu wyrównawczego, uziemiona „przez śruby” do więźby.
• Przewód z konstrukcji poprowadzony do osobnej szpilki, bez połączenia z GSU.
• Miedź dociśnięta wprost do aluminium, bez zacisku bimetalicznego, i po kilku latach skorodowane połączenie.
• Ograniczniki przepięć w rozdzielnicy, ale z przewodem uziemiającym długim na kilka metrów, zwiniętym w pętlę.
• Panele kilkadziesiąt centymetrów od zwodu odgromowego, bez analizy odstępu i bez połączenia z instalacją odgromową.

Jak do tego podchodzimy w evoENERGY

Uziemienie to w każdej instalacji PV ta część, której klient nie widzi i którą najłatwiej uprościć. Dlatego nie zostawiamy jej monterowi na dachu, tylko ustalamy ją przed montażem. Zaczynamy od pytania, czy dom ma instalację odgromową i w jakim jest stanie, jaki jest układ sieci i gdzie jest GSU. Dopiero potem dobieramy trasy przewodów, miejsce rozdzielnicy DC i typ ograniczników.

Prace wykonujemy własnym zespołem, więc ten, kto projektuje połączenia, rozmawia bezpośrednio z tym, kto je wykonuje. Ma to znaczenie zwłaszcza wtedy, gdy łączymy fotowoltaikę z pompą ciepła, magazynem energii czy falownikiem hybrydowym. Każde nowe urządzenie to kolejne metalowe obudowy i kolejne obwody, które muszą trafić do tego samego systemu wyrównania potencjałów. Często dowiadujemy się o problemie z uziemieniem dopiero wtedy, gdy klient prosi nas o rozbudowę starej instalacji. W takiej sytuacji najpierw porządkujemy połączenia, a potem dokładamy moduły.

Nasza rada jest prosta: przed podpisaniem umowy zapytaj wykonawcę, jak uziemi konstrukcję, co zrobi z piorunochronem i jakie pomiary dostaniesz w protokole. Jeśli odpowiedź brzmi „zawsze robimy tak samo”, to sygnał ostrzegawczy. Na co jeszcze patrzeć, opisaliśmy w tekście o tym, jak wybrać firmę montującą fotowoltaikę.

— michal

Fotowoltaika z uziemieniem i zabezpieczeniami od evoENERGY

Zajmujemy się montażem instalacji fotowoltaicznych razem z ich uziemieniem, rozdzielnicami DC i AC oraz ochroną przeciwprzepięciową. Montujemy też magazyny energii BYD i falowniki hybrydowe, a przy okazji pomagamy uzyskać dofinansowanie. Jeśli planujesz instalację albo chcesz rozbudować obecną o baterię, sprawdź naszą ofertę falowników hybrydowych Fronius i Kostal albo skontaktuj się z evoENERGY i umów rozmowę o swoim domu.

Najczęściej zadawane pytania

Czy mikroinstalację na balkonie w bloku też trzeba uziemić?

Tak, metalowe ramy i konstrukcja muszą mieć połączenie z przewodem ochronnym instalacji mieszkania. W bloku jedynym dostępnym punktem jest zwykle przewód PE w gniazdzie lub w rozdzielnicy mieszkaniowej. Zanim cokolwiek zamontujesz na elewacji, zapytaj zarządcę budynku o zgodę i poproś elektryka o ocenę, czy stara instalacja ma sprawny przewód ochronny.

Czy uziemienie PV można połączyć z uziemieniem domu?

Tak, i tak się to zwykle robi: przewody z konstrukcji, ram i falownika prowadzi się do głównej szyny uziemiającej budynku. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy konstrukcja leży blisko instalacji odgromowej. Wtedy łączy się ją z instalacją odgromową zgodnie z projektem. Nie zostawia się dwóch uziomów bez połączenia ze sobą.

Jaka rezystancja uziemienia jest prawidłowa?

Dla instalacji odgromowej często przyjmuje się nie więcej niż 10 Ω. Dla ochrony przeciwporażeniowej wymagana wartość zależy od układu sieci i zastosowanych zabezpieczeń, a ocenia ją elektryk na podstawie pomiarów. Liczy się nie tylko sama wartość, ale też ciągłość wszystkich połączeń ochronnych.

Czy brak uziemienia może unieważnić gwarancję albo ubezpieczenie?

Może. Producenci modułów opisują w instrukcjach montażu sposób uziemienia ram, a niezgodny montaż daje im podstawę do odmowy gwarancji. Ubezpieczyciel po szkodzie poprosi o protokół z pomiarów, więc przechowuj go razem z dokumentacją instalacji.

Jak często sprawdzać uziemienie instalacji fotowoltaicznej?

Przynajmniej przy okresowym przeglądzie instalacji elektrycznej domu, a dodatkowo po burzy z wyładowaniem w pobliżu, po pracach na dachu i po każdej rozbudowie instalacji. Jeśli ogranicznik przepięć pokazuje czerwony wskaźnik albo falownik zgłasza błąd izolacji, nie czekaj na przegląd.

Źródła

• Wytyczne dla wykonawców instalacji fotowoltaicznych oraz magazynów energii, Grant OZE Bytom
• UDT, „Inspektor” 1/2023: Instalacje fotowoltaiczne
• CNBOP-PIB, Wybrane zagadnienia użytkowania i bezpieczeństwa w instalacjach fotowoltaicznych
• Baza Konkurencyjności, specyfikacja zamówienia na instalację PV

Rekomendacje

• Audyt instalacji fotowoltaicznej: co sprawdza i kiedy go zlecić
• Montaż fotowoltaiki – jak wybrać dobrego partnera?
• Gdzie umieścić panele fotowoltaiczne? | Poradnik