Szybkie wyłączanie – wspaniały wymóg bezpieczeństwa elektrycznego

Jeśli właśnie zainstalowałeś system paneli słonecznych lub oglądasz jego zdjęcia, być może zauważysz skrzynkę z przełącznikiem włączania/wyłączania z napisem „Rapid Shutdown” (szybkie wyłączanie). Ale co oznacza szybkie wyłączanie? Dlaczego jest to ważne w przypadku systemów paneli słonecznych?

Jak wszyscy wiemy, technologia fotowoltaiczna (PV) szybko się rozwija i obserwujemy coraz więcej instalacji dachowych paneli fotowoltaicznych na budynkach mieszkalnych i komercyjnych. Chociaż urządzenia fotowoltaiczne muszą posiadać certyfikaty bezpieczeństwa dotyczące odporności na uderzenia i zagrożenia pożarowe, certyfikaty te nie uwzględniają wszystkich specyficznych interakcji ze strażakami pracującymi w pobliżu paneli podczas gaszenia pożaru.

Wiele krajów zdało sobie sprawę z znaczenia środków bezpieczeństwa gwarantujących bezpieczną eksploatację instalacji słonecznych i umożliwiających strażakom i innym służbom ratowniczym bezpieczny dostęp do dachów. W tym miejscu do gry wkracza szybkie wyłączanie.

Wprowadzenie do szybkiego wyłączania

Jest to wymóg bezpieczeństwa elektrycznego określony przez National Electrical Code (NEC) dla systemów paneli słonecznych. Mówiąc najprościej, zapewnia on szybki sposób wyłączenia systemu paneli słonecznych zainstalowanych na dachu.

Krajowe Stowarzyszenie Ochrony Przeciwpożarowej (NFPA) wprowadziło wymóg szybkiego wyłączania do NEC w celu zapewnienia bezpieczeństwa służbom ratowniczym. Miejmy nadzieję, że Twój dom nigdy nie ulegnie pożarowi i nie będziesz musiał martwić się o funkcję szybkiego wyłączania – ale jeśli tak się stanie, strażacy mogą skorzystać z rozwiązania szybkiego wyłączania, aby wyłączyć system paneli słonecznych w przypadku konieczności wejścia na dach. Co zaskakujące, nie zawsze wystarczy po prostu wyłączyć falownik słoneczny: w przypadku niektórych ustawień falownika słonecznego przewody i obwody mogą zachować energię nawet po wyłączeniu falownika, zwiększając ryzyko porażenia prądem dla strażaków pracujących na dachach lub strychach. Przełącznik szybkiego wyłączania pozwala strażakom fizycznie pociągnąć za przełącznik w mniej niż minutę, zmniejszając napięcie systemu paneli słonecznych do bezpiecznego poziomu.

Wymóg szybkiego wyłączania, który jest obecnie najbardziej znany instalatorom, został wprowadzony po raz pierwszy w 2014 r. Przepisy te określają między innymi standard szybkiego obniżania napięcia w każdym przewodniku (tj. materiale w przewodzie lub kablu, przez który przepływa prąd), jeśli przewodniki te znajdują się w odległości większej niż 10 stóp od paneli słonecznych lub mają długość co najmniej 5 stóp w obrębie budynku. Najnowsze przepisy, NEC 2017, idą o krok dalej: nowe przepisy zmniejszają wymagania dotyczące granicy zamknięcia, aby objąć każdy przewodnik znajdujący się w odległości 1 stopy od paneli słonecznych lub o długości ponad 3 stóp w domu.

W rzeczywistości zmiany NEC 2017 stanowią, że szybkie wyłączenie musi nastąpić w pojedynczym module słonecznym, a nie w całym panelu słonecznym. Co ważne, NEC nie jest prawem federalnym — poszczególne stany mogą zdecydować się na jego przyjęcie i przestrzeganie, podobnie jak poszczególne miasta lub gminy. Oznacza to, że wymagania dotyczące szybkiego wyłączania w Twoim stanie mogą różnić się od wymagań w sąsiednich stanach (więcej na ten temat powiemy później).

Jakie są wymogi prawne szybkiego wyłączenia?

Jest to wymóg Krajowego Kodeksu Elektrycznego (NEC). Co trzy lata NEC wydaje zaktualizowany zestaw wymagań dotyczących bezpiecznych instalacji elektrycznych. NEC nie jest wymagany na poziomie federalnym, a każdy stan przyjmuje kodeks we własnym czasie i według własnego uznania. Niektóre stany wybierają odrębny kodeks elektryczny obowiązujący w całym stanie.

Jeśli mieszkasz w stanie, który stosuje NEC 2014 lub nowszą wersję, Twój system solarny będzie musiał spełniać wymagania NEC dotyczące szybkiego wyłączania, aby przejść końcową kontrolę systemu i podłączyć go do sieci energetycznej.

Poniżej znajduje się przegląd różnych wydań Krajowego Kodeksu Elektrycznego dotyczących szybkiego wyłączania:

NEC 2014

W 2014 r., kiedy wprowadzono pierwsze przepisy wymagające, aby każdy przewodnik (tj. materiał w przewodzie lub kablu przepływającym przez układ) znajdował się w odległości ponad 10 stóp od układu lub co najmniej 5 stóp wewnątrz budynku, istniał szybki wyłącznik awaryjny, który wymagał szybkiego obniżenia napięcia w sytuacji awaryjnej.

NEC 2017

W 2017 r. przepisy zostały zmienione i rozszerzone, tak aby obejmowały wyłączanie poszczególnych modułów słonecznych, a nie całych paneli słonecznych. Ta zmiana przepisów oznacza, że należy wyłączyć każdy przewód znajdujący się w odległości 1 stopy od panelu do napięcia 80 V w ciągu 30 sekund za pomocą przełącznika szybkiego wyłączania, zamiast obszaru 10 stóp zgodnie z NEC 2014.

NEC 2020

Ostatnie zmiany w przepisach nie wniosły zbyt wielu zmian. Najbardziej zauważalną zmianą są wytyczne dotyczące całej instalacji. Zamiast systemu szybkiego wyłączania z certyfikatem UL lub oznaczeniem Field Marked, obecnie wymagany jest system kontroli zagrożeń fotowoltaicznych (PVHCS) z certyfikatem UL lub oznaczeniem Field Marked.

Trzy sposoby na spełnienie wymagań NEC na rok 2017

Zainstaluj „certyfikowany” lub oznaczony w terenie system szybkiego wyłączania.

Słowo „wykazany” pochodzi od pierwotnej nazwy programu certyfikacji UL sprzed stu lat. Krajowy Kodeks Elektryczny używa słowa „wykazany”, ale nie stwierdza konkretnie, że produkty i systemy muszą posiadać certyfikat UL – zamiast tego mówi o głównych cechach organizacji świadczących usługi certyfikacyjne. Oczywiście UL uważa, że producenci powinni posiadać certyfikat UL potwierdzający, że ich produkty można szybko wyłączyć, ale tak samo mogą postępować inne uznane krajowe laboratoria badawcze.

UL bardzo aktywnie współpracuje z branżą i innymi zainteresowanymi stronami, takimi jak służby ratownicze, w celu opracowania tych wymagań, starając się zapewnić takie samo zaufanie służbom ratowniczym, które mają kontakt z tymi systemami podczas wykonywania swoich ważnych zadań związanych z ochroną społeczeństwa, ludzi i mienia, a UL chce, aby były one jak najbezpieczniejsze.

Podczas targów Solar Energy International 2019 wielu producentów falowników słonecznych i urządzeń do szybkiego wyłączania zaprezentowało certyfikaty SunSpec. SunSpec opracowało ważne protokoły komunikacji między różnymi urządzeniami podczas szybkiego wyłączania, ale nie jest to organizacja publiczna, taka jak UL. Samo oznaczenie SunSpec nie informuje instalatora, że produkt posiada certyfikat NEC 2017 Rapid shutdown.

Kolejna część pierwszej opcji zgodności, oznaczanie miejsca instalacji, odnosi się do ograniczonej oceny technicznej przeprowadzanej po instalacji w określonym miejscu. Jeśli instalacja spełnia wymagania NEC 2017, może zostać oznaczona jako system szybkiego wyłączania, o ile zezwoli na to AHJ.

Zainstaluj system, który może obniżyć napięcie do 80 V w ciągu 30 sekund.

Mikroinwertery są często uważane za urządzenia z natury przystosowane do szybkiego wyłączania, ponieważ przekształcają one wysokie napięcie prądu stałego w niższe napięcie prądu przemiennego, które jest bezpieczniejsze i może spaść do 80 V w ciągu 30 sekund. Jednak według Boyce’a, norma NEC z 2017 r. nie odnosiła się konkretnie do mikroinwerterów jako sposobu spełnienia wymagań dotyczących szybkiego wyłączania.

Niektóre mikroinwertery są zaprojektowane tak, aby miały pojemność na przednim końcu obwodu, więc jeśli inspektor nie dokona pomiaru napięcia, nie ma możliwości sprawdzenia, czy jest ono poniżej limitu 80 V. UL proaktywnie przeprowadził te testy, aby sprawdzić, czy niektóre mikroinwertery mogą spełnić wymóg progu 80 V, ale testowanie po zainstalowaniu falownika słonecznego stanowi wyzwanie.

Instalacja BIPV: Unikaj metalowych komponentów i uziemionego metalu

Podczas instalacji systemu BIPV nie należy montować elementów metalowych, nie należy montować odsłoniętych przewodów i nie należy montować w odległości mniejszej niż 8 stóp od uziemionego metalu.

Gonty słoneczne, dachówki lub inne systemy fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem (BIPV), które nie zawierają części metalowych ani odsłoniętych przewodów lub nie znajdują się w pobliżu uziemionego metalu, mogą spełniać wymagania normy NEC 2017. Systemy te są izolowane od uziemienia i elementów przewodzących.

Co składa się na system szybkiego wyłączania?

W systemie szybkiego wyłączania występuje kilka kluczowych elementów:

Pierwszym z nich jest urządzenie szybkiego wyłączania (RSD). Urządzenia szybkiego wyłączania to rodzaj modułów elektroniki mocy na poziomie modułu (MLPE) lub mikroinwerterów, które są instalowane z tyłu modułów słonecznych. Są one wyposażone w technologię, która może wyłączać i zmniejszać napięcie wyjściowe w całym systemie słonecznym, aby zachować zgodność z przepisami dotyczącymi szybkiego wyłączania instalacji fotowoltaicznych. Przykładowym produktem jest Tigo TS4-A-F lub 2F, który jest naszym modułem MLPE zgodnym wyłącznie z wymogami szybkiego wyłączania, ale firma Tigo oferuje wiele opcji modułów MLPE zgodnych z wymogami szybkiego wyłączania.

Kolejnym elementem jest inicjator. Inicjator szybkiego wyłączania działa dokładnie tak, jak sugeruje jego nazwa. Urządzenie to ma zazwyczaj formę przycisku zatrzymania awaryjnego (e-stop) znajdującego się w falowniku. Zazwyczaj szybkie wyłączanie można zainicjować na dwa sposoby: ręcznie (za pomocą przycisku e-stop) lub automatycznie (utrata zasilania z sieci).

Na koniec potrzebny będzie falownik solarny w systemie szybkiego wyłączania. Falownik solarny to urządzenie, które przekształca energię elektryczną wytwarzaną przez moduły słoneczne w energię użytkową dla domu (więcej informacji na ten temat można znaleźć w naszym poprzednim blogu). Wiele inicjatorów szybkiego wyłączania znajduje się wewnątrz falownika solarnego.

Te trzy elementy są określane jako fotowoltaiczne urządzenia szybkiego wyłączania (PVRSE). Są to urządzenia stosowane w systemie szybkiego wyłączania, które obniżają napięcie do bezpiecznego poziomu. Amerykański National Electrical Code wymaga, aby urządzenia PVRSE i PVRSS posiadały certyfikat UL do celów szybkiego wyłączania.

Czy wszystkie falowniki mają funkcję szybkiego wyłączania?

Niektóre systemy falowników słonecznych są z natury zgodne z szybkim wyłączaniem na poziomie modułów (NEC 2017 i nowsze), podczas gdy inne wymagają dodatkowych komponentów do szybkiego wyłączania.

Mikroinwertery i systemy optymalizacji mocy są najpopularniejszymi wyborami falowników słonecznych dla domowych systemów paneli słonecznych w Stanach Zjednoczonych. Na szczęście zarówno mikroinwerter, jak i optymalizator mocy działają w terenie na płycie akumulatorowej i mają wbudowaną funkcję szybkiego wyłączania.

Jeśli samodzielnie instalujesz napęd szeregowy, może być również konieczne zainstalowanie elektroniki mocy na poziomie modułu (MLPE), aby zachować zgodność z NEC 2017 lub NEC 2020. Połączenie optymalizatora mocy z falownikiem łańcuchowym powinno to zapewnić. Jednak optymalizatory mocy nie są jedyną opcją szybkiego wyłączania — w miarę jak coraz więcej stanów zaczyna stosować normę NEC 2017, wielu producentów falowników łańcuchowych lub innych firm z branży solarnej opracowało nowe technologie MLPE z funkcją szybkiego wyłączania. W wielu przypadkach te urządzenia MLPE, stworzone specjalnie do szybkiego wyłączania, mogą być bardziej ekonomiczną opcją niż instalacja optymalizatora mocy lub mikroinwertera.

Dlaczego potrzebujesz urządzenia do szybkiego wyłączania?

Jest to niezbędne w przypadku systemów solarnych instalowanych na dachach. Mimo że rury łączące panele są całkowicie bezpieczne, zdarzają się pojedyncze przypadki, w których mogą one ulec uszkodzeniu pod wpływem promieni słonecznych. W takiej sytuacji osoby znajdujące się w pobliżu systemu mogą być narażone na kontakt z prądem elektrycznym, co może prowadzić do niebezpiecznych sytuacji. Jednak dzięki funkcji szybkiego wyłączania służby ratownicze mogą szybko odciąć zasilanie tych rur, zapewniając sobie bezpieczny dostęp do miejsc wokół systemu solarnego.

Przewody systemu paneli słonecznych są ładowane za każdym razem, gdy świeci słońce. Bez tego urządzenia nie ma bezpiecznego sposobu na wyłączenie prądu płynącego przez te przewody.

Większość ludzi uważa, że można odciąć zasilanie po prostu wyłączając falownik słoneczny, ale tak nie jest. Panele słoneczne nadal będą wytwarzać energię elektryczną. Kable paneli słonecznych nadal będą wytwarzać energię elektryczną.

Ten naładowany prąd stwarza ryzyko porażenia prądem dla każdego, kto wejdzie w kontakt z systemem paneli słonecznych, w tym dla służb ratowniczych, które mogą mieć do czynienia z sytuacjami awaryjnymi na dachu domu.

Strażacy są szczególnie zagrożeni, ponieważ często wentylują płonące budynki, wiercąc otwory w dachach lub ścianach, co może narażać ich na bezpośredni kontakt z przewodnikami lub przewodami w systemach paneli słonecznych.

Solar Rapid shutdown rozwiązuje ten problem, wyłączając system paneli słonecznych w ciągu minuty, eliminując ryzyko porażenia prądem na dachu.

Wnioski

Wymagania dotyczące szybkiego wyłączania są przyjmowane na całym świecie w celu ochrony strażaków pracujących w pobliżu instalacji fotowoltaicznych. NEC wymaga obniżenia napięcia do bezpiecznego poziomu za pomocą szeregu urządzeń (PVRSE), które tworzą system szybkiego wyłączania (PVRSS). Falowniki, rozruszniki i urządzenia szybkiego wyłączania, takie jak MLPE lub mikroinwertery, są niezbędnymi komponentami zapewniającymi zgodność z NEC.

Jest to wymóg bezpieczeństwa nałożony przez amerykański National Electrical Code (NEC), który wymaga przełączników na panelach słonecznych, które mogą odciąć zasilanie przepływające przez system. Szybkie odcięcie zasilania zmniejsza napięcie w przewodach i kablach, chroniąc dom przed szybkim zapłonem.

Ponadto chroni to osoby udzielające pierwszej pomocy, takie jak strażacy, pozwalając im szybko odciąć zasilanie w przewodach, umożliwiając im bezpieczny dostęp do obszarów w pobliżu systemu.

Szybkie wyłączenie systemu solarnego jest odpowiednie tylko dla systemów solarnych zainstalowanych na dachu. Jeśli jesteś zainteresowany instalacją fotowoltaiczną w swoim domu, mam nadzieję, że ten tweet pomógł Ci zrozumieć szybkie wyłączanie i poprawić bezpieczeństwo systemu solarnego.