Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΒΛΑΧΟΓΙΑΝΝΗ ΒΑΣΙΛΕΙΟΥ ΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗ Αριθμός Μητρώου: 7186 Θέμα «Αντιμετώπιση προβλημάτων σε φωτοβολταϊκά συστήματα» Επιβλέπουσα ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Σεπτέμβριος 2016 1

2

ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Αντιμετώπιση προβλημάτων σε φωτοβολταϊκά συστήματα» Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΒΛΑΧΟΓΙΑΝΝΗ ΒΑΣΙΛΕΙΟΥ ΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗ Αριθμός Μητρώου: 7186 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Η Επιβλέπουσα ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ο Διευθυντής του Τομέα ΑΛΕΞΑΝΔΡΙΔΗΣ AΝΤΩΝΙΟΣ Καθηγητής 3

Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Αντιμετώπιση προβλημάτων σε φωτοβολταϊκά συστήματα» Φοιτητής: Βλαχογιάννης Βασίλειος Επιβλέπουσα: Πυργιώτη Ελευθερία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Περίληψη Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται τα προβλήματα που δημιουργούνται σε διάφορες φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις και αναλύονται διάφορες περιπτώσεις που η αιτία ήταν κεραυνικό πλήγμα. Τα κεφάλαια που περιέχονται στην εργασία αναλύονται ως εξής: Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφεται η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών. Αρχικά παρουσιάζεται η αρχή λειτουργία τους, όπου περιγράφεται συνοπτικά το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και η χαρακτηριστική ρεύματος-τάσης. Στην συνέχεια περιγράφεται η δομή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος τόσο σε αυτόνομο όσο και σε διασυνδεδεμένο σύστημα. Τέλος, αναλύονται τα μέρη που αποτελούν την δομή του συστήματος (πάνελ, inverter κτλ) Στο 2ο κεφάλαιο περιγράφεται η προστασία που πρέπει να λαμβάνουμε από κεραυνικά πλήγματα. Αναφέρονται τα είδη της αντικεραυνικής προστασίας και αναλύεται το καθένα από αυτά. Αναφέρονται οι στάθμες προστασίας καθώς και οι ζώνες αντικεραυνικής προστασίας που ορίζονται από το πρότυπο ΙΕC-62305. Περιγράφονται ακόμη οι μέθοδοι που ορίζονται από το πρότυπο για την εξωτερική προστασία. Τέλος αναλύονται οι κατηγορίες των απαγωγέων υπέρτασης (SPD) που χρησιμοποιούνται στην εσωτερική προστασία της εγκατάστασης. Στο 3ο κεφάλαιο καταγράφηκαν οι βλάβες που προέκυψαν σε μια εταιρία που εγκαθιστά φωτοβολταϊκά συστήματα και έγινε στατιστική καταγραφή αυτών. Σε περιπτώσεις που η βλάβη οφειλόταν σε κεραυνικό πλήγμα, αφού έγινε ταυτοποίηση των καιρικών συνθηκών την δεδομένη χρονική περίοδο, παρουσιάζεται ο τρόπος που θα μπορούσε να αποφευχθεί η βλάβη και γίνεται σύγκριση και από οικονομικής πλευράς κατά πόσο θα ήταν κερδισμένος ο χρήστης. Η μελέτη της αντικεραυνικής προστασίας που παρουσιάζεται ακολουθεί τις προδιαγραφές που ορίζονται από το πρότυπο IEC-62305. Στο 4ο κεφάλαιο εξάγονται ολοκληρωτικά τα συμπεράσματα και οι προτάσεις που θα πρέπει να ακολουθεί ο εγκαταστάτης ενός συστήματος για την ασφαλή και επικερδή λειτουργία αυτού. 4

Abstract The present thesis studies the problems that happen in photovoltaic installations and investigate some cases that the reason is lighting strikes. In particular, the paper can be summarized as below: The first chapter describes the technology of the solar systems. First of all, it presents the operating principle of photovoltaics, describing in a few words the PV phenomenon and current-voltage figure. Then, analyzes the structure of a PV system both in stand-alone and in line interacted systems. Finally, describes separately the parts that consist the structure of a system. (PV panel, inverter ) The second chapter presents the protection that we should have from lightning strikes. It mentions the kinds of surge protection analyzing each of them. It refers also the safety levels and surge protection zones that are set from IEC-62305 standard. The methods for the external surge protection that follow this standard are described too. Finally, analyzes the categories of SPDs that protect the internal installation from overvoltage which happen due to lightning strikes. The third chapter records the damages that happened in some PV projects and makes statistical study of the. The data was collected from a company that works on PV installations all over Greece. In cases that the reason of the damage was due to lightning strike, after identifying weather the given period, It shows how you can avoid damage and also compares economically whether it would have be profitable for the user. The study of the surge protection that is presented follows carefully the specifications laid down by the IEC-62305 standard. Finally, the fourth chapter analyzes the final conclusions. It also describes the proposals that have to be followed by the installer of a system for the safe and profitable operation of it. 5

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο...7 1.1 Εισαγωγή...7 1.2 Φωτοβολταϊκά συστήματα...7 1.2.1 Αρχή λειτουργίας του φωτοβολταϊκού...7 1.2.2 Τεχνολογίες φωτοβολταϊκών στοιχείων...9 1.2.3 Δομή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος...9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο...13 2.1 Εισαγωγή...13 2.2 Είδη αντικεραυνικής προστασίας...13 2.3 Στάθμες προστασίας.....14 2.4 Ζώνες αντικεραυνικής προστασίας.. 15 2.5 Κατηγορίες απαγωγών υπερτάσεων...16 2.6 Μέθοδοι εξωτερικής αντικεραυνικής προστασίας...17 2.6.1 Γωνία προστασίας...17 2.6.2 Μέθοδος της κυλιόμενης σφαίρας...17 2.6.3 Μέθοδος του πλέγματος...18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο...20 3.1 Βλάβες σε φωτοβολταϊκά συστήματα...20 3.2 Βλάβες λόγω κεραυνικών πληγμάτων...24 3.2.1 Περίπτωση 1....24 3.2.2 Περίπτωση 2....28 3.2.3 Περίπτωση 3....31 3.2.4 Περίπτωση 4....33 3.2.5 Περίπτωση 5....35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο...38 4.1 Συμπεράσματα...38 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...39 6

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1.1 Εισαγωγή Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, σήμερα, παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην παγκόσμια ενεργειακή πολιτική, αφού αποτελούν πηγές ενέργειας με πολύ μικρή επίπτωση στο περιβάλλον. Η ηλιακή είναι αναμφίβολα μια πηγή ενέργειας με τεράστια δυναμική, απόλυτα φιλική προς το περιβάλλον. 1.2 Φωτοβολταϊκά συστήματα 1.2.1 Αρχή λειτουργίας φωτοβολταϊκού Η λειτουργία των φωτοβολταϊκών βασίζεται στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Σύμφωνα με το φαινόμενο η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μετατροπή των φωτονίων σε ηλεκτρική ενέργεια πραγματοποιείται στις ηλιακές κυψέλες του κάθε φωτοβολταϊκού στοιχείου. Οι κυψέλες είναι κατασκευασμένες από ημιαγώγιμα υλικά με πιο διαδεδομένο στην κατασκευή τους το πυρίτιο (Si). Πολλές κυψέλες, λοιπόν, συνδεδεμένες σε σειρά και παράλληλα αποτελούν ένα φωτοβολταϊκό πάνελ. Με τα πάνελ δημιουργούμε συστοιχίες έτσι ώστε να καλύψουμε τις ζητούμενες ανάγκες. Εικόνα 1.1: Απεικόνιση λειτουργίας των φωτοβολταϊκών στοιχείων [1] Εικόνα 1.2: Από μια κυψέλη σε συστοιχία [2] 7

Για τον υπολογισμό της μέγιστης ισχύος χρειαζόμαστε την χαρακτηριστική I-V (ρεύματος-τάσης) στην οποία βρίσκουμε το σημείο μέγιστης ισχύος. Η ισχύς υπολογίζεται P = V*I σε Watt άρα P max = V m *I m όπου V m I m η τάση και το ρεύμα στο σημείο μέγιστης ισχύος. Η μέγιστη ισχύς μπορεί ακόμα να υπολογιστεί από το εμβαδόν του ορθογωνίου στο σημείο αυτό της χαρακτηριστικής. Εικόνα 1.3: Χαρακτηριστική I-V μιας ηλιακής κυψέλης [3] Η χαρακτηριστική επηρεάζεται από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και από την θερμοκρασία. Στην πρώτη περίπτωση το ρεύμα μεταβάλλεται σχεδόν ανάλογα με την ακτινοβολία ενώ η τάση παραμένει σχεδόν σταθερή. Στην περίπτωση της θερμοκρασίας αυτή που μεταβάλλεται σχεδόν ανάλογα είναι η τάση με το ρεύμα να παραμένει σχεδόν σταθερό. Εικόνα 1.4: Χαρακτηριστική μιας ηλιακής κυψέλης Εικόνα 1.5: Χαρακτηριστική μιας ηλιακής κυψέλης υπό διαφορετικές εντάσεις φωτός [4] υπό την επίδραση της θερμοκρασίας [5] 8

1.2.2 Τεχνολογίες φωτοβολταϊκών στοιχείων Τα φωτοβολταϊκά πάνελ ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής τους χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: Μονοκρυσταλλικού πυριτίου : ονομαστικές αποδόσεις πλαισίων από 14% έως 21% Πολυκρυσταλλικού πυριτίου: ονομαστικές αποδόσεις πλαισίων από 13% έως 15%. Άμορφου πυριτίου: ονομαστική απόδοση περίπου 7%. Αξίζει να σημειωθεί ότι παρόλο που τα μονοκρυσταλλικά πάνελ έχουν μεγαλύτερη ονομαστική απόδοση, στις υψηλές θερμοκρασίες έχουν μεγαλύτερες απώλειες από τα πολυκρυσταλλικά. Άρα η επιλογή του είδους τεχνολογίας των πάνελ εξαρτάται από το κλίμα και την εποχή που θέλουμε να τα χρησιμοποιήσουμε. Εικόνα 1.6: Τεχνολογίες κατασκευής κυψελών [6] 1.2.3 Δομή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος Υπάρχουν δύο κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστημάτων τα αυτόνομα συστήματα και τα διασυνδεδεμένα με το δίκτυο. Στα αυτόνομα συστήματα η τροφοδοσία της ενέργειας γίνεται αποκλειστικά από τα φωτοβολταϊκά πάνελ ή από συνδυασμό φωτοβολταϊκών με άλλη μορφή ανανεώσιμης πηγής ενέργειας π.χ. ανεμογεννήτρια. Το σύστημα στην δεύτερη περίπτωση ονομάζεται υβριδικό. Η ενέργεια που παράγεται από το σύστημα μπορεί να καταναλωθεί άμεσα ωστόσο συνήθως χρησιμοποιούμε συσσωρευτές για την αποθήκευση της και την κατανάλωση της κάποια άλλη στιγμή. 9

Συνήθως ένα αυτόνομο σύστημα αποτελείται από: Φωτοβολταϊκά πάνελ Μετατροπέα DC/AC (INVERTER) Συσσωρευτές (Μπαταρίες) Ρυθμιστή φόρτισης (pwm,mppt) Εικόνα 1.7: Παρουσίαση ενός πλήρως ολοκληρωμένου αυτόνομου συστήματος [7] 10

Στα διασυνδεδεμένα συστήματα η ενέργεια διοχετεύεται στο εθνικό δίκτυο παροχής ηλεκτρικού ρεύματος. Είναι φανερό ότι σε αυτή την περίπτωση δεν χρειάζεται αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα διασυνδεδεμένο σύστημα αποτελείται από: Φωτοβολταϊκά πάνελ Μετατροπέα DC/AC inverter Εικόνα 1.8: Παρουσίαση ενός διασυνδεδεμένου φωτοβολταϊκού συστήματος [8] Στη συνέχεια θα αναλυθούν συνοπτικά τα παραπάνω στοιχεία που αποτελούν ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Φωτοβολταϊκά πάνελ. Με τα φωτοβολταϊκά πάνελ δημιουργούμε συστοιχίες σε σειρά και παράλληλα ανάλογα με τις ζητούμενες ανάγκες. Όταν συνδέσουμε τα φωτοβολταϊκά σε σειρά τότε η τάση θα είναι πολλαπλάσια των πάνελ που είναι συνδεδεμένα, ενώ όταν τα συνδέσουμε παράλληλα τότε πολλαπλάσιο είναι το ρεύμα. Αυτό φαίνεται και στις παρακάτω χαρακτηριστικές ρεύματος-τάσης. Αξίζει, τέλος, να σημειωθεί ότι κατά την εν σειρά σύνδεση χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή καθώς η σκίαση ή η καταστροφή ενός στοιχείου μπορεί να οδηγήσει στην αχρήστευση όλου του συστήματος αν δεν έχουν χρησιμοποιηθεί δίοδοι παράκαμψης για την αντιμετώπιση αυτού του φαινομένου. Εικόνα 1.9: Χαρακτηριστική I-V εν σειρά σύνδεσης [9] 11

Εικόνα 1.10: Χαρακτηριστική I-V παράλληλης σύνδεσης [10] Μετατροπέας DC/AC (inverter) : Το ρεύμα που χρησιμοποιείται στις οικιακές και βιομηχανικές εφαρμογές είναι εναλλασσόμενο. Έτσι χρειάζεται η μετατροπή του συνεχούς ρεύματος που παράγουν τα φωτοβολταϊκά σε εναλλασσόμενο. Η κύρια λειτουργία λοιπόν ενός μετατροπέα ( inverter ) είναι η μετατροπή του συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο. Συσσωρευτές ηλεκτρικής ενέργειας : Είναι η συσκευή η οποία αποθηκεύει χημική ενέργεια και την αποδεσμεύει με τη μορφή ηλεκτρισμού. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ηλεκτροχημικές διατάξεις. Ένας συσσωρευτής θα πρέπει να έχει μεγάλο χρόνο ζωής, μεγάλο κύκλο φορτοεκφόρτωσης, να χρειάζεται λίγη συντήρηση και καλό βαθμό απόδοσης. Εικόνα 1.11: Μπαταρίες φωτοβολταϊκών [11] Ρυθμιστής φόρτισης: Ο ρυθμιστής φόρτισης είναι μια απλή ηλεκτρονική συσκευή που φροντίζει για τη σωστή φόρτιση των συσσωρευτών (μπαταριών) του φωτοβολταϊκού συστήματος. Οι ρυθμιστές φόρτισης ελέγχουν τη διαδικασία φόρτισης και σταματούν τη φόρτιση όταν διαπιστώσουν ότι η μπαταρία έχει φορτιστεί πλήρως. Αλλιώς θα υπήρχε ο σοβαρός κίνδυνος να καταστραφεί η μπαταρία. Επειδή οι μπαταρίες έχουν την τάση να αποφορτίζονται σταδιακά ακόμα κι αν δεν τροφοδοτούν με ρεύμα κάποια συσκευή, ο ρυθμιστής φόρτισης φροντίζει αυτόματα να ξαναρχίσει η διαδικασία φόρτισης της μπαταρίας όταν διαπιστώσει ότι η τάση της έπεσε κάτω από το επίπεδο της πλήρους φόρτισης. Αρκετοί ρυθμιστές φόρτισης έχουν υποδοχή πάνω στην οποία συνδέουμε τις ηλεκτρικές συσκευές που θέλουμε να τροφοδοτήσουμε από τη μπαταρία. Έτσι, έχουν την επιπλέον δυνατότητα να διακόψουν τη λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών όταν διαπιστώσουν ότι η μπαταρία κοντεύει να αδειάσει πλήρως, προστατεύοντάς την πάλι με αυτό τον τρόπο από πλήρη αποφόρτιση που θα οδηγούσε στην καταστροφή της. Εικόνα 1.12: Ρυθμιστής φόρτισης [12] 12

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ 2.1 Εισαγωγή Αστραπή ονομάζεται ο τεράστιος ηλεκτρικός σπινθήρας που δημιουργείται ανάμεσα σε δύο διαφορετικά νέφη ή μεταξύ δύο διαφορετικών τμημάτων του ίδιου του νέφους ή ανάμεσα σε ένα νέφος και στο έδαφος, οπότε και ειδικότερα ονομάζεται κεραυνός. Η αστραπή αποτελεί μετεωρολογικό φαινόμενο. Εξαιτίας των μεγάλων απαιτήσεων χώρου των φωτοβολταϊκών πάνελ, τα φωτοβολταϊκά συστήματα απειλούνται ιδιαίτερα από κεραυνούς κατά την διάρκεια μιας καταιγίδας. Ακόμη, η εγγυημένη ζωή 20 χρόνων των φωτοβολταϊκών γεννητριών,η αξιοπιστία του συστήματος, τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά στοιχεία του inverter που έχουν υψηλά κόστη επισκευής καθώς και η περικοπή των κερδών από την λειτουργία του συστήματος απαιτούν αποτελεσματική προστασία από κεραυνούς και αστραπές. 2.2 Είδη αντικεραυνικής προστασίας Τα συστήματα αντικεραυνικής προστασίας έχουν σκοπό την αποτροπή ζημιών από κεραυνικά πλήγματα. Η αντικεραυνική προστασία χωρίζεται σε εξωτερική και εσωτερική προστασία.. Η εξωτερική αντικεραυνική προστασία χρησιμεύει στην έλξη των κεραυνών και τη διοχέτευσή τους στο έδαφος. Έτσι προστατεύονται από τις επιπτώσεις ενός άμεσου κεραυνικού πλήγματος τα κτίρια και οι εγκαταστάσεις. Η εξωτερική αντικεραυνική προστασία αποτελείται από διατάξεις έλξης, απαγωγούς και τη σχετική εγκατάσταση γείωσης Εικόνα 2.1 : Εξωτερική αντικεραυνική προστασία [13] 13

Η εσωτερική αντικεραυνική προστασία δημιουργεί μια ισοδυναμική σύνδεση μεταξύ μεταλλικών εγκαταστάσεων και καλωδιώσεων εντός της εγκατάστασης με σκοπό τον περιορισμό των ανεπιθύμητων ηλεκτρομαγνητικών επιδράσεων και υπερτάσεων. Τα μεταλλικά και τα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης, π.χ. οι σωληνώσεις νερού, συνδέονται για αυτόν τον σκοπό απευθείας μεταξύ τους. Οι καλωδιώσεις που φέρουν τάση, π.χ. η σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο ή οι τηλεφωνικές συνδέσεις συνδέονται έμμεσα στην εγκατάσταση γείωσης μέσω μιας συσκευής προστασίας από υπέρταση. Η προστασία από υπέρταση χρησιμεύει στην αποτροπή ζημιών στις ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές από πολύ υψηλές τάσεις. Οι συσκευές προστασίας από υπέρταση (SPD) δημιουργούν σε περίπτωση φορτίου μια ισοδυναμική σύνδεση ανάμεσα στους συνδεδεμένους αγωγούς. Έτσι αποτρέπεται η καταστροφή των συνδεδεμένων συσκευών από αιχμές τάσης. Εικόνα 2.2: Εσωτερική αντικεραυνική προστασία [14] Στην εικόνα διακρίνονται τα εξής σημεία: Α: Εξωτερική αντικεραυνική προστασία (με σύνδεση στο σύστημα γείωσης (Β) ) C: Ράγα ισοδυναμικής σύνδεσης D: Σύνδεση δικτύου Ε: Τηλεφωνική σύνδεση F: Αγωγός νερού 2.3 Στάθμες προστασίας Η στάθμη προστασίας που επιλέγεται σε κάθε φωτοβολταϊκό σύστημα σχετίζεται με τον βαθμό προστασίας που επιθυμούμε για το σύστημα και επιλέγεται λαμβάνοντας υπ όψιν την αξιολόγηση την επικινδυνότητας ζημίας. Η αποτελεσματικότητα σε σχέση με την στάθμη προστασίας σύμφωνα με τον κανονισμό ΙΕC-62305-1 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: ΣΤΑΘΜΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ Ι 0,98 ΙΙ 0,95 ΙΙΙ 0,90 IV 0,80 Καθώς και οι μέγιστες τιμές των παραμέτρων κεραυνών σύμφωνα με τον κανονισμό ΙΕC-62305-1 (page24): ΠΡΩΤΟ ΜΙΚΡΟ ΧΤΥΠΗΜΑ ΣΤΑΘΜΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΥΜΒΟΛΟ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ&ΙV Μέγιστο ρεύμα I ka 200 150 100 Φορτίο Qshort C 100 75 50 Ειδική ενέργεια W/R MJ/ W 10 5.6 2.5 Χρονικές παραμέτροι T1/T2 μs/μs 10/350 14

ΜΕΤΑΓΕΝΕΣΤΕΡΟ ΜΙΚΡΟ ΧΤΥΠΗΜΑ ΣΤΑΘΜΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΥΜΒΟΛΟ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ&ΙV Μέγιστο ρεύμα I ka 50 37.5 25 Μέση κλίση di/dt ka/μs Χρονικές παραμέτροι T1/T2 μs/μs 0,25 / 100 ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΧΤΥΠΗΜΑ ΣΤΑΘΜΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΥΜΒΟΛΟ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ&ΙV Φορτίο Qlong C 200 150 100 Χρονικές παραμέτροι Tlong s 0.5 FLASH ΣΤΑΘΜΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΥΜΒΟΛΟ ΜΟΝΑΔΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ&ΙV Φορτίο Qflash C 300 225 150 2.4 Ζώνες αντικεραυνικής προστασίας Το πρότυπο IEC 62305 εισήγαγε την έννοια των περιοχών προστασίας από κεραυνικά πλήγματα (LPZ) με σκοπό να βοηθήσει την επιλογή της κατάλληλης προστασίας από τις υπερτάσεις. Η έννοια αυτή διασφαλίζει την προοδευτική μείωση ανά στάδια των ενεργειών και της υπέρτασης που προκαλούνται από την κεραυνική δραστηριότητα. Αυτή η συντονισμένη προστασία των ξεχωριστών περιοχών ενός κτιρίου ονομάζεται προοδευτική προστασία. Εξωτερικές περιοχές: -- LPZ 0A: Απροστάτευτη περιοχή εκτός κτιρίου υποκείμενη σε κεραυνικά πλήγματα που αναμένεται να αντιμετωπίσει το πλήρες ρεύμα και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του κεραυνού. - -- LPZ 0B: Περιοχή προστατευμένη κατά των άμεσων κεραυνικών πληγμάτων από εξωτερικό ΣΑΠ. Οι υπερτάσεις προέρχονται από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του ρεύματος παροχέτευσης προς τη γη. Εσωτερικές περιοχές: Περιοχές εντός του κτιρίου οι οποίες προστατεύονται κατά των άμεσων κεραυνικών πληγμάτων. -- LPZ 1 Περιοχή υποκείμενη σε μερική κεραυνοπληξία ή ρεύματα υπέρτασης. Οι απαγωγοί υπερτάσεων κλάσης 1 θα πρέπει να τοποθετούνται στο όριο μεταξύ LPZ 0A και LPZ 1 για να μειώνουν την είσοδο ρευμάτων κεραυνού μέσω γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος. - -- LPZ 2...n Περιοχή όπου το ρεύμα υπέρτασης περιορίζεται με στραγγαλισμό και όπου η εκλυόμενη ενέργεια μειώνεται με τη χρήση επιπλέον απαγωγών υπερτάσεων κλάσης 2. Οι απαγωγοί κλάσης 2 τοποθετούνται στα όρια κάθε περιοχής, μεταξύ LPZ 1 και LPZ 2, LPZ 2 και LPZ 3 κλπ Εικόνα 2.3 : Ζώνες αντικεραυνικής προστασίας [15] 15

2.5 Κατηγορίες απαγωγών υπερτάσεων Το πρότυπο,όπως προαναφέρθηκε, προτείνει τη διαίρεση του κτιρίου σε περιοχές προστασίας (LPZ). Ο στόχος είναι να διασφαλιστεί ότι κάθε περιοχή LPZ διαθέτει επαρκή προστασία για τον εξοπλισμό εντός αυτής της περιοχής. Για να γίνει αυτό, οι απαγωγοί υπερτάσεων (SPD) τοποθετούνται στα όρια της περιοχής προστασίας. Κάθε φορά που τοποθετείται ένας απαγωγός δημιουργείται καινούρια περιοχή προστασίας. Οι συσκευές προστασίας από υπέρταση (SPD) υποδιαιρούνται σε 3 κατηγορίες σύμφωνα με τον κανονισμό κατά EN 61643-11 / IEC 61643-1. Βασική προστασία (SPD τύπου I): Τα SPD τύπου I έχουν τη μεγαλύτερη χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος, γιατί είναι σχεδιασμένα για φορτίο ενός απευθείας κεραυνικού πλήγματος. Χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου ρεύματα κεραυνού ή μέρος αυτών μπορεί να περάσουν όχι μόνο από την εξωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας, αλλά και μέσω των ηλεκτρικών αγωγών. Μια τέτοια κατάσταση πρέπει να αναμένεται, αν η εγκατάσταση που προστατεύεται είναι συνδεδεμένη απευθείας με την εξωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας ή π.χ. αν η απόσταση απομόνωσης των αγωγών DC είναι πολύ μικρή από την εξωτερική αντικεραυνική προστασία. Το ύψος των μερικών ρευμάτων από κεραυνό προκύπτει από την κατανομή ρεύματος μέσω του αριθμού των απαγωγών της εγκατάστασης αντικεραυνικής προστασίας και του αριθμού των αγωγών. Ανάλογα με αυτή την τιμή ρεύματος καθώς και την κατηγορία αντικεραυνικής προστασίας μπορεί να γίνει η επιλογή της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις. Ενώ το κόστος για SPD τύπου I για μετατροπείς είναι σχετικά χαμηλό, το κόστος για συσκευές προστασίας από υπέρταση DC μπορεί εύκολα να λάβει διαστάσεις τέτοιες, που να καθιστούν ασύμφορη οικονομικά μα φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. Η οικονομικότερη λύση είναι συχνά η προσαρμογή της εγκατάστασης αντικεραυνικής προστασίας για αύξηση τους απόστασης απομόνωσης. Μέση προστασία (SPD τύπου II) Αυτές οι συσκευές προστασίας από υπέρταση έχουν μικρότερη χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος και προστατεύουν από μέτριες επιπτώσεις από κεραυνούς. Σε κοντινά κεραυνικά πλήγματα, π.χ. στην εξωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας, δημιουργούνται ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία μπορεί να τροφοδοτήσουν επικίνδυνα υψηλές τάσεις στα ηλεκτρικά κυκλώματα. Οι μέγιστες τιμές των ρευμάτων που προκύπτουν από την υπέρταση είναι όμως κατά πολύ μικρότερες από το εκάστοτε ρεύμα κεραυνού. Μικρότερη είναι επίσης η διάρκεια του παλμού και επομένως η τροφοδοτούμενη ενέργεια. Για την προστασία τέτοιου είδους υπέρτασης χρησιμοποιούνται SPD τύπου II. Λεπτομερής προστασία (SPD τύπου III) Οι συσκευές SPD τύπου III έχουν τη χαμηλότερη χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος. Προστατεύουν ευαίσθητες ηλεκτρονικές τερματικές συσκευές από παρεμβολές από απομακρυσμένα κεραυνικά πλήγματα. 16

2.6 Μέθοδοι εξωτερικής αντικεραυνικής προστασίας 2.6.1 Γωνία προστασίας Η γωνία προστασίας είναι η απλούστερη μέθοδος καθώς η περιοχή που είναι προστατευμένη είναι ο κώνος που σχηματίζεται από την κορυφή μια ράβδου προς το έδαφος. Ο κώνος έχει γωνία κορυφής α, ανάλογα με την κατηγορία του LPS, και από το ύψος h του συστήματος όπως δίδεται στον πίνακα 2 του κανονισμού IEC-62305-3 και παρουσιάζεται παρακάτω στην σελίδα 14.To ύψος h μπορεί να είναι ίσο με το ύψος της ράβδου ή με το συνολικό ύψος της ράβδου και της κατασκευής όπως φαίνεται στο 3 ο σχήμα. Εικόνες 2.4 : Παραδείγματα γωνίας προστασίας [16] 2.6.2 Μέθοδος της κυλιόμενης σφαίρας Εφαρμόζοντας αύτη την μέθοδο, η αντικεραυνική προστασία είναι επαρκής όταν τα σημεία που μας ενδιαφέρουν δεν έρχονται σε επαφή από την σφαίρα ακτίνας r. Η σφαίρα πρέπει να εφάπτεται ή στο συλλεκτήριο σύστημα ή στο έδαφος ή και στα δύο. Η ακτίνα της σφαίρας καθορίζεται σύμφωνα με την στάθμη προστασίας και φαίνεται στον πίνακα 2 του κανονισμού IEC-62305-3 και παρουσιάζεται παρακάτω στην σελίδα 14. 17

Εικόνες 2.5 : Παραδείγματα κυλιόμενης σφαίρας [17] 2.6.3 Μέθοδος του πλέγματος Όταν η εγκατάσταση είναι υψηλότερη από την ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας και όταν η γωνία προστασίας αποκλείεται από τον πίνακα της σελίδας 14 τότε εφαρμόζεται η μέθοδος του πλέγματος. Ο όγκος προστασίας που επιθυμούμε επιτυγχάνεται με τον συνδυασμό μονών αγωγών σε πλέγμα. Στον πίνακα 2 του κανονισμού IEC-62305-3 που παρουσιάζεται παρακάτω στην σελίδα 14 φαίνονται οι διαστάσεις του πλέγματος που καθορίζεται σε κάθε στάθμη προστασίας. Εικόνα 2.6: Παράδειγμα μέθοδος του πλέγματος [18] 18

ΠΙΝΑΚΑΣ 2 ΤΟΥ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΥ IEC-62305-3 ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Κατηγορία LPS Κυλιόμενης σφαίρας r m Πλέγματος W m Γωνία προστασίας α I 20 5 5 II 30 10 10 Παρακάτω σχήμα III 45 15 15 IV 60 20 20 19

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΒΛΑΒΩΝ ΣΕ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 3.1 Βλάβες σε φωτοβολταϊκά συστήματα Η εταιρία PALS που δραστηριοποιείται στο χώρο της ηλεκτρικής τροφοδοσίας και ενέργειας από το 1974 και στον χώρο των φωτοβολταϊκών από το 2000 έχει καταγεγραμμένες βλάβες που προκύπτουν σε διάφορα φωτοβολταϊκά συστήματα. Παρακάτω παρουσιάζεται μια λίστα από βλάβες κατά τα έτη 2008 έως 2013 και οφείλονται σε διαφόρους λόγους. Διακρίνονται βλάβες που οφείλονται σε λάθη σχεδιασμού, σε εργοστασιακά προβλήματα, σε εξωτερικά αίτια (π.χ. κεραυνοί, χαλάζι) και βλάβες κακής χρήσεως του συστήματος. ΒΛΑΒΗ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΠΕΡΙΟΧΗ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΗΜ/ΝΙΑ 1. ΚΕΡΑΥΝΟΣ 2. 3. 4. 5. 6. ΥΠΕΡΘΕΡΜΑΝΣΗ ΛΟΓΩ ΜΗ ΣΩΣΤΗΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗΣ ΥΠΕΡΘΕΡΜΑΝΣΗ ΛΟΓΩ ΜΗ ΣΩΣΤΗΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΒΛΑΒΗΣ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΗΜΑ (ΛΑΘΟΣ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ) ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΞΩΤΕΡΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΛΟΓΩ ΚΑΚΗΣ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗΣ ΚΕΡΑΥΝΟΣ 7. ΚΕΡΑΥΝΟΣ 8. 9. ΥΠΕΡΘΕΡΜΑΝΣΗ ΛΟΓΩ ΜΗ ΣΩΣΤΗΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗΣ ΥΠΕΡΘΕΡΜΑΝΣΗ ΛΟΓΩ ΜΗ ΣΩΣΤΗΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗΣ Χάλασε το panel (τρύπησε) Χάλασε ρυθμιστής φόρτισης- καλώδια Καμένες ασφάλειες σε inverter Καμένες ασφάλειες σε inverter Βλάβη στο inverter (inverter effecta) Βλάβη στο inverter (inverter Studer) Κάηκαν οι δίοδοι παράκαμψης των panel Καμένοι δίοδοι παράκαμψης Καμένες ασφάλειες στο inverter Καμένες ασφάλειες στο inverter ΑΓΡΙΝΙΟ (ΒΑΛΤΟΣ) ΑΘΗΝΑ (ΗΛΙΟΝ) ΑΘΗΝΑ (ΛΑΓΟΝΗΣΙ) ΑΘΗΝΑ (ΗΛΙΟΝ) ΕΥΒΟΙΑ (ΟΧΤΟΝΙΑ) ΑΘΗΝΑ (ΑΓ. ΘΕΟΔΩΡΟΙ) ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕ 4 PANEL 02/2013 ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΣΦΑΛΕΙΕΣ ΤΗΞΕΩΣ DC ΜΕΤΑ ΑΠΟ 3 ΧΡΟΝΙΑ 11/2013 ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 11/2013 ΣΕ 3ΦΑΣΙΚΟ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ. ΒΛΑΒΗ ΣΤΟ ΕΝΑ INVERTER ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 2ΚW, Βλάβη λόγω κακής τοποθέτησης (τοποθέτηση σε ανοιχτό χώρο) 4/2012 6/2013 5/2011 ΠΑΡΝΑΣΣΟΣ 2/2012 ΤΡΙΠΟΛΗ (ΚΕΡΑΣΙΑ) ΑΓΙΟΝ ΟΡΟΣ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4/2013 4/2013 10 ΚΑΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ Βλάβη στις μπαταρίες ΚΑΡΠΑΘΟΣ Ήταν μπαταρίες ανοιχτού τύπου και δεν τους έβαζαν υγρά 6/2013 20

11. ΚΕΡΑΥΝΟΣ Κάηκαν οι δίοδοι παράκαμψης των panel και ο ρυθμιστής φόρτισης ΚΥΠΡΟΣ (ΟΡΟΣ ΑΚΑΜΑ) ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΥΡΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΣΕ ΔΑΣΟΣ (εγκατάσταση 2008) 10/2012 12 ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΜΕΓΑΛΑ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΑ Καταστροφή inverter (inverter Cotek) ΑΝΔΡΟΣ 7/2010 13 ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Καταστροφή inverter (inverter hydra) ΤΗΝΟΣ 6/2011 14 ΚΕΡΑΥΝΟΣ Καταστροφή : -καλώδια -inverter ΑΘΗΝΑ (ΠΑΡΝΗΘΑ, ΠΕΡΙΟΧΗ ΧΑΣΙΑΣ) ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 10/2010 15 16 17 18 19 20 ΥΠΕΡΤΑΣΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΛΑΘΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ (ΔΕΝ ΕΚΑΝΕ ΣΩΣΤΗ ΦΟΡΤΙΣΗ) ΥΠΕΡΘΕΡΜΑΝΣΗ ΛΟΓΩ ΜΗ ΣΩΣΤΗΣ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΒΛΑΒΗΣ ΣΤΟ ΜΗΧΑΝΗΜΑ (ΛΑΘΟΣ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ) ΕΛΛΕΙΠΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΜΕΓΑΛΑ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΑ 21 ΚΕΡΑΥΝΟΣ 22. 23. ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΣΕ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ 2V ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΚΟ CELL ΣΤΟ PANEL Καταστροφή: -inverter -ρυθμιστή φόρτισης Καταστροφή μπαταριών Καμένες ασφάλειες σε inverter Βλάβη στο inverter (inverter effecta) Καταστροφή μπαταριών Καταστροφή inverter (inverter Cotek) Καταστροφή: -διόδων παράκαμψης -καλωδίων Καταστροφή μπαταριών Κακή λειτουργία του panel ΑΓΙΟΝ ΟΡΟΣ 4/2012 ΣΑΛΑΜΙΝΑ 9/2012 ΑΘΗΝΑ (ΥΜΗΤΤΟΣ) ΑΘΗΝΑ (ΛΑΓΟΝΗΣΙ) ΚΥΠΡΟΣ ΑΘΗΝΑ (ΑΓ. ΣΤΕΦΑΝΟΣ) ΑΓΡΙΝΙΟ ΘΕΣ/ΝΙΚΗ (ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ) AΘΗΝΑ (ΠΑΓΚΡΑΤΙ) ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 9/2013 ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 9/2012 ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΥΡΑΣΦΑΛΕΙΑΣ, μη σωστή συντήρηση στα υγρά των μπαταριών ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4ΚW ΕΜΦΑΝΙΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑ ΑΠΟ 1-2 ΜΗΝΕΣ μείωση χωρητικότητας λόγω εργοστασιακού προβλήματος ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ δεν ήταν καλά σφραγισμένο το cell και μπήκε υγρασία 10/2012 8/2009 2/2011 7/2009 11/2011 21

24. ΟΡΙΑΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ 25 ΚΕΡΑΥΝΟΣ 26 ΛΑΘΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 27 28 29. 30. Υπερθέρμανση ρυθμιστή φόρτισης αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων PWM Καταστροφή : - panel - ρυθμιστή φόρτισης Καταστροφή μπαταριών ΛΑΘΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Καταστροφή μπαταριών ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΜΕΓΑΛΑ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΚΗ ΣΥΣΦΙΞΗ ΣΤΙΣ ΕΠΑΦΕΣ Καταστροφή inverter, (inverter hydra) Κάψιμο καλωδίων ΑΘΗΝΑ (ΓΛΥΦΑΔΑ) ΟΡΕΙΝΗ ΝΑΥΠΑΚΤΙΑ ΘΕΣ/ΝΙΚΗ ΕΡΜΙΟΝΗ ΓΑΥΔΟΣ ΑΘΗΝΑ (ΗΛΙΟΥΠΟΛΗ) ΧΑΛΑΖΙ Ράγισε το panel ΛΑΡΙΣΑ 31 ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ 32 ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ 33. 34. 35. ΟΡΙΑΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΕΡΑΥΝΟΣ ΚΕΡΑΥΝΟΣ Χαλασμένο inverter Μη σωστή λειτουργία του συστήματος Υπερθέρμανση ρυθμιστή φόρτισης Καμένες δίοδοι παράκαμψης Καμένα: -δίοδοι παράκαμψης -καλωδιώσεις ΚΡΗΤΗ (ΣΗΤΕΙΑ) ΚΡΗΤΗ (ΧΑΝΙΑ) ΑΘΗΝΑ (ΣΠΑΤΑ) ΚΥΠΡΟΣ (ΠΑΦΟΣ) ΚΑΡΠΕΝΗΣΙ Δεν έκανε σωστή φόρτιση Δεν έκανε σωστή φόρτιση Λειαίνει η μόνωση, οξειδώνεται η επαφή, σταματάει η λειτουργία ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Το σύστημα είχε μικρότερο μετατροπέα από ότι χρειαζόταν Το σύστημα είχε μικρότερο μετατροπέα από ότι χρειαζόταν ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 2ΚW ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 5/2010 10/2011 2/2012 5/2013 6/2010 12/2012 1/2010 5/2008 8/2011 5/2008 2/2010 02/2012 36. ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΣΕ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ 2V-12V χαλασμένες μπαταρίες ΧΑΛΚΙΔΙΚΗ Μείωση χωρητικότητας μπαταριών 4/2013 37. ΚΑΚΗ ΣΥΣΦΙΞΗ ΣΤΙΣ ΕΠΑΦΕΣ Κάψιμο καλωδίων, χαλασμένη μπαταρία ΑΘΗΝΑ (ΑΝΑΒΥΣΣΟΣ) Λειώνει η μόνωση, οξειδώνεται η επαφή, χαλάει η μπαταρία και σταματάει η λειτουργία 8/2011 38. ΚΑΚΗ ΣΥΣΦΙΞΗ ΣΤΙΣ ΕΠΑΦΕΣ Κάψιμο καλωδίων, χαλασμένη μπαταρία, βραχυκύκλωμα στο inverter (inverter Cotek) ΜΥΚΟΝΟΣ Λειώνει η μόνωση, οξειδώνεται η επαφή, με αποτέλεσμα να γίνει βραχυκύκλωμα το οποίο μεταφέρθηκε ως το inverter 4/2008 22

39 ΚΕΡΑΥΝΟΣ 40 41 42 43 44 ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΑΠ'ΟΤΙ ΕΙΧΕ ΣΧΕΔΙΑΣΤΕΙ ΚΑΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗ ΙΣΧΥΣ ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗ ΙΣΧΥΣ ΛΑΘΟΣ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΣΤΟ INVERTER Καμένες ασφάλειες λόγω υπέρτασης στην γραμμή Μη σωστή λειτουργία του συστήματος Αποσυγχρονισμός ρυθμιστή φόρτισης Υπερθέρμανση ρυθμιστή φόρτισης PWM Υπερθέρμανση ρυθμιστή φόρτισης PWM Βλάβη στο inverter (inverter Studer) ΖΑΚΥΝΘΟΣ (ΚΟΙΛΙΟΜΕΝΟΣ) ΚΡΗΤΗ (ΧΑΝΙΑ) Το σύστημα είχε μικρότερο μετατροπέα από ότι χρειαζόταν 10/2010 2/2013 ΝΑΥΠΑΚΤΟΣ 3/2012 ΘΕΣ/ΝΙΚΗ ΑΘΗΝΑ (ΗΛΙΟΥΠΟΛΗ) ΑΘΗΝΑ (ΣΠΑΤΑ) ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝ Ο ΣΥΣΤΗΜΑ 5/2013 4/2012 3/2013 45 ΜΗ ΣΩΣΤΗ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗ Καμένες ασφάλειες σε inverter ΝΑΞΟΣ (ΑΠΟΛΛΩΝΑΣ) ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 10/2008 46 ΚΕΡΑΥΝΟΣ 47 ΒΛΑΒΗ ΣΤΙΣ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ 48 ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ 49 ΚΕΡΑΥΝΟΣ 50 ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ 51 ΚΕΡΑΥΝΟΣ Χαλασμένα: -panel -inverter -καμένα καλώδια Χαλασμένες μπαταρίες (δεν φόρτιζαν) Καμένος μετατροπέας Καμένοι δίοδοι διελεύσεως Πρόβλημα με τον μετατροπέα Υπέρταση με αποτέλεσμα να καούν οι δίοδοι διέλευσης και οι ασφάλειες τήξεως ΑΓΙΟΝ ΟΡΟΣ ΕΥΒΟΙΑ (ΒΑΣΙΛΙΚΟ) Κεραυνικό πλήγμα απευθείας στο panel με αποτέλεσμα να το τρυπήσει Οι μπαταρίες ήταν ανοιχτού τύπου και δεν έβαζαν υγρά 2/2009 5/2009 ΛΗΜΝΟΣ Υπερβολική χρήση 4/2010 ΡΟΔΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑ 2KW 4/2010 ΚΕΡΚΥΡΑ Ο χρήστης έβαλε περισσότερο φορτίο από το προβλεπόμενο 7/2011 ΠΕΝΤΕΛΗ 5/2011 52 ΚΑΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ Χαλασμένες μπαταρίες ΣΚΟΠΕΛΟΣ Ανοιχτού τύπου και δεν έβαζαν υγρά 7/2012 53 ΥΠΕΡΦΟΡΤΩΣΗ Μη σωστή λειτουργία του συστήματος ΚΡΗΤΗ (ΜΑΛΙΑ) 7/2011 54 ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΓΙΑ ΜΕΓΑΛΑ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΑ Καταστροφή inverter (inverter Cotek) ΚΩΣ ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4/2012 23

Παρατίθεται ακόμη μια στατιστική καταγραφή του είδους των βλαβών: Έτσι έχουμε: ΒΛΑΒΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ (μη σωστή διαστασιολόγιση, κακή τοποθέτηση) : 17 ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑΚΕΣ ΒΛΑΒΕΣ (Λάθος λογισμικό, προβληματικό μηχάνημα-μπαταρία) : 7 ΒΛΑΒΕΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΩΝ ΑΙΤΙΩΝ (κεραυνός, χαλάζι κ.α.) : 14 ΒΛΑΒΕΣ ΚΑΚΗΣ ΧΡΗΣΕΩΣ (κακή συντήρηση, υπερφόρτωση συστήματος κ.α.) : 16 Παρακάτω θα μελετηθούν οι περιπτώσεις βλαβών που οφείλονται στο εξωτερικό αίτιο του κεραυνού. Ακόμη θα διερευνηθούν περιπτώσεις με βλάβη στο inverter που πιθανόν να προέκυψαν λόγω κεραυνικών πληγμάτων. 3.2 Βλάβες λόγω κεραυνικών πληγμάτων Οι βλάβες που οφείλονται σε εξωτερικά αίτια φαίνεται ότι αποτελούν μεγάλο ποσοστό και χρίζουν περαιτέρω διερεύνησης. Στην συνέχεια, θα αναλυθούν οι καιρικές συνθήκες που επικρατούσαν καθώς και η αντικεραυνική προστασία που διέθετε το σύστημα. Οι πληροφορίες για τις καιρικές συνθήκες αναζητήθηκαν στα καταγεγραμμένα στοιχεία του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. 3.2.1 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1 Η πρώτη περίπτωση κεραυνικού πλήγματος είναι από την περιοχή Βάλτος του Αγρινίου τον Φεβρουάριο του 2013. Ο Φεβρουάριος του 2013 ήταν ένας μήνας με θερμοκρασίες λίγο υψηλότερες από τις κλιματικές τιμές, με πολλές βροχές σε ολόκληρη τη χώρα, κυρίως στη Δυτική Ελλάδα. Στις 07/02 σημειώθηκε ισχυρή καταιγίδα στην περιοχή. Η τιμή της βροχόπτωσης του μηνός ήταν 218mm. Το σύστημα αποτελείται από 4 φωτοβολταϊκά πάνελ. Στο σύστημα δεν υπήρχε αντικεραυνική προστασία. Ο κεραυνός τρύπησε το πάνελ και χάλασε ο ρυθμιστής φόρτισης και οι καλωδιώσεις. Εικόνα 3.1: Χάρτης βροχόπτωσης Φεβρουαρίου 2013 [19] 24

Εικόνες 3.2: (1) φωτοβολταϊκά πάνελ εγκατάστασης (2) ανεμογεννήτρια (3) Τρύπα στο πάνελ από τον κεραυνό [20] Το υπό εξέταση υβριδικό έργο αποτελείται λοιπόν από: --- 4 Φωτοβολταϊκά πάνελ 190Wp / 24V (διαστάσεις: 1.58 x 0.81 x 0.045) --- Inverter Studer XPC 2200-24 --- Ρυθμιστής φόρτισης PHOCOS CXN-40 --- 12 Μπαταρίες 2V 330Ah To ύψος των φωτοβολταϊκών με γωνία κλίσης 30 ο : h = 1,58 x sin30 ο = 0.79m. Τα πάνελ είναι τοποθετημένα πάνω σε σιδερένια βάση και κτίσμα συνολικού ύψους 1,71m. Άρα συνολικό ύψος Η=2.5m. Το μήκος είναι 4x0.81= 3.24m και το πλάτος 1,58 x cos30 ο = 1.36m. Ο ετήσιος μέσος όρος συχνότητας από πλήγμα κεραυνού, σε μια κατασκευή υπολογίζεται από τη σχέση: N d = N g *A e *C1*10-6 όπου: -- N g, ο μέσος ετήσιος όρος κεραυνικών πληγμάτων ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο στην περιοχή όπου η κατασκευή είναι τοποθετημένη -- Α e είναι η ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια της μονωμένης κατασκευής ( m2). -- C 1 είναι ο περιβαλλοντικός συντελεστής Η ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια μίας κατασκευής ορίζεται ως μία επίπεδη επιφάνεια εδάφους που έχει την ίδια ετήσια συχνότητα άμεσων πληγμάτων όπως η κατασκευή και δίνεται από τον τύπο: A e =L*W+6*H(L+W)+9*π*H 2 = 3,24*1,36+6*2.5*(3,24+1,36)+9*π*2.5 2 = 250 m 2 Ο μέσος όρος κεραυνικών πληγμάτων ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο μπορεί να καθοριστεί από χάρτες που δίνουν το μέσο όρο ημερών καταιγίδας ανά έτος (Td) και με τη βοήθεια της σχέσης: Ng=0.04*Td 1.25. Ο μέσος όρος ημερών καταιγίδας στο Αγρίνιο είναι Td=38, άρα Νg=3.7739. 25

Ο περιβαλλοντικός συντελεστής από το πρότυπο IEC-62305 δίνεται από τον παρακάτω πίνακα: ΘΕΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Κατασκευή σε περιοχή με κατασκευές ή δέντρα του ίδιου ύψους ή ψηλότερα Κατασκευή σε περιοχή με χαμηλότερες κατασκευές ή δέντρα Απομονωμένη κατασκευή χωρίς να περιτριγυρίζεται από άλλες κατασκευές ή δέντρα ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ Απομονωμένη κατασκευή σε σημείο κορυφής 2 Πίνακας 3.1: Περιβαλλοντικός συντελεστής 0,25 Ο περιβαλλοντικός συντελεστής, λοιπόν, στην παρούσα εγκατάσταση είναι 0,25. Υπολογίζουμε με βάση τα παραπάνω δεδομένα τον ετήσιο μέσο όρο συχνότητας από πλήγματα κεραυνού N d =3,7739*250*0.25*10-6 = 0.0002358 Η αποδεκτή συχνότητα ζημιών από κεραυνικά πλήγματα σύμφωνα με τον κανονισμό δίνεται από τον παρακάτω πίνακα: 0,5 1 5 5x10-3 5 1x10-3 5x10-4 5x10-4 1x10-4 5x10-5 Πίνακας 3.2: Αποδεκτή συχνότητα ζημιών από κεραυνούς 1x10-6 1x10-6 Σημείωση: Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις λαμβάνεται υπ όψιν ο κίνδυνος ζωής ενώ ευαίσθητες ηλεκτρονικές συσκευές είναι πιθανό να είναι εγκατεστημένες σε όλες τις παραπάνω κατασκευές και είναι πιθανό να καταστραφούν 26

Στην φωτοβολταϊκή εγκατάσταση που μελετούμε είναι Ν c =1x10-3. Μπορούμε λοιπόν να υπολογίσουμε την στάθμη προστασίας. Ε 1 Ν C /N D = - 3.24 Αφού είναι Ε 0 συμπεραίνουμε ότι η κατασκευή δεν χρειαζόταν βάσει κανονισμού προστασία. Αυτό είναι λογικό γιατί η εγκατάσταση δεν έχει μεγάλη έκταση και δεν αυξάνει τον κίνδυνο κεραυνικού πλήγματος. Ωστόσο βλέπουμε ότι η εγκατάσταση παρόλα αυτά είχε πληγεί από κεραυνό με αποτέλεσμα να καταστραφεί ο ρυθμιστής φόρτισης. Η γραμμή του συστήματος από τα φωτοβολταϊκά έως τον ρυθμιστή φόρτισης θα μπορούσε να είχε προστατευτεί με SPD s ώστε κατά πάσα πιθανότητα να μην είχε καταστραφεί ο ρυθμιστής. Η σύνδεση του αντικεραυνικού SPD τοποθετείτε στο κουτί διακλάδωσης των φωτοβολταϊκών. Κάθε γραμμή που φεύγει από κάθε κουτί διακλάδωσης χρειάζεται ξεχωριστό απαγωγέα υπέρτασης όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα. Η απόσταση του καλωδίου από τα πάνελ έως τον ρυθμιστή δεν υπερβαίνει τα 10m άρα δεν χρειάζεται να τοποθετηθεί και άλλο SPD πριν την είσοδο στον ρυθμιστή. Το inverter στην παρούσα περίπτωση μπορούμε αν θέλουμε να μην βάλουμε απαγωγείς διότι το συγκεκριμένο μηχάνημα διαθέτει ενσωματωμένη προστασία από υπέρταση από τον κατασκευαστή του. Εικόνα 3.3: Τοποθέτηση spd στα κουτια διακλάδωσης [21] Ανακεφαλαιώνοντας τις ιδιότητες των SPD, τα SPD τύπου I έχουν τη μεγαλύτερη χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος, γιατί είναι σχεδιασμένα για φορτίο ενός απευθείας κεραυνικού πλήγματος αλλά είναι κοστοβόρα και έτσι καθίστανται ασύμφορα για την χρησιμοποίηση σε μικρά αυτόνομα συστήματα. Η επιλογή, λοιπόν, SPD τύπου II που προστατεύουν από μέτριες επιπτώσεις από κεραυνούς είναι η καταλληλότερη επιλογή για προστασία. Αυτοί οι απαγωγείς περιορίζουν τον βαθμό της υπέρτασης σε αποδεκτή τιμή. Ενδεικτικά το κόστος ενός αντικεραυνικού απαγωγέα υπέρτασης ABB 1000V ανέρχεται περίπου στα 80. Το κόστος του ρυθμιστή φόρτισης PHOCOS CXN-40 ανέρχεται περίπου στα 150. Καταλήγουμε έτσι ότι η χρησιμοποίηση εσωτερικής αντικεραυνικής προστασίας στην παρούσα περίπτωση αξίζει να χρησιμοποιηθεί. Στην εγκατάσταση αντικαταστάθηκαν τα χαλασμένα υλικά και τοποθετήθηκε ο παραπάνω απαγωγέας SPD type ΙΙ. 27

3.2.2 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 2 Μια άλλη χαρακτηριστική περίπτωση πλήγματος από κεραυνό είναι και η περίπτωση διασυνδεδεμένου φωτοβολταϊκού συστήματος 3,5KW στην περιοχή του Παρνασσού κατά την διάρκεια καταιγίδας με αστραπές τον Φεβρουάριο του 2012. Ο μήνας είχε θερμοκρασίες αρκετά χαμηλότερες των κλιματικών τιμών με μεγάλα ύψη βροχών στις περισσότερες περιοχές της χώρας. Το διήμερο 5-6 υπήρχε στην περιοχή ισχυρή καταιγίδα με θυελλώδης ανέμους. Τα μεγάλα ύψη βροχόπτωσης φαίνονται και στον παρακάτω χάρτη. Η εγκατάσταση δεν είχε αντικεραυνική προστασία με αποτέλεσμα να καταστραφούν οι δίοδοι παρακάμψεως των φωτοβολταϊκών γεννητριών και οι καλωδιώσεις. Εικόνα 3.4: Χάρτης βροχόπτωσης Φεβρουάριος 2012 [22] Tο σύστημα αποτελείται από: ---- 14 πάνελ 250 Wp solar fabrik (διαστάσεις 1,66 x 0.99 x 0.03) ----- Inverter SMA Sunnyboy Εικόνα 3.5: Φωτοβολταϊκή εγκατάσταση στην περιοχή του Παρνασσού [23] 28

Τα πάνελ είναι τοποθετημένα πάνω στα κεραμίδια κτίσματος συνολικού ύψους 5,7m. Το συνολικό ύψος έτσι είναι 5,74m. Η ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια των φωτοβολταϊκών είναι: A e =L*W+6*H(L+W)+9*π*H 2 = 7,4*2,72+6*5,74(7,4+2,72)+9*π*5,74 2 =1300,22m 2 Η κατοικία δεν είχε εγκατεστημένο σύστημα αντικεραυνικής προστασίας. Αν ένα κτίριο χωρίς εξωτερική αντικεραυνική προστασία επιλέχθηκε ως τοποθεσία για ένα φωτοβολταϊκό σύστημα, το ερώτημα προκύπτει, εάν, με την πρόσθετη εγκατάσταση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας στη στέγη, θα πρέπει να παρέχεται αντικεραυνική προστασία για ολόκληρη τη δομή. Σύμφωνα με την τρέχουσα επιστημονική εξέλιξη της τεχνολογίας, η εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών μονάδων σε κτίρια δεν αυξάνουν τον κίνδυνο ενός κεραυνικού πλήγματος, έτσι η ανάγκη για αντικεραυνική προστασία δεν μπορεί να προέρχεται απευθείας από την απλή ύπαρξη ενός φωτοβολταϊκού σύστημα. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχει αυξημένος κίνδυνος για τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις του κτιρίου στην περίπτωση κεραυνού. Αυτό βασίζεται στο γεγονός ότι, λόγω της καλωδίωσης των φωτοβολταϊκών γραμμών στο εσωτερικό του κτιρίου, διεξάγονται ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που οφείλονται στα ρεύματα κεραυνού. Ως εκ τούτου, είναι αναγκαία η εκτίμηση του κινδύνου από κεραυνούς, και να λαμβάνονται τα αποτελέσματα από αυτό υπόψη για το σχέδιο της εγκατάστασης. Το IEC 62305-2 ( EN 62305-2 ) ορίζει λοιπόν τις διαδικασίες και δεδομένα για τον υπολογισμό του κινδύνου που προκύπτει από τους κεραυνούς σε δομές και την επιλογή των συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας Η ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια που χρειαζόμαστε για τους υπολογισμούς της αντικεραυνικής προστασίας θα πρέπει λοιπόν να είναι ολόκληρης της κατοικίας και όχι μόνο των φωτοβολταϊκών γεννητριών. Οι διαστάσεις της οικίας είναι L=11.8m W=8,5m και H=5,9m: Άρα: A e εγκαταστασης =L*W+6*H(L+W)+9*π*H 2 = 11.8x8.5+6*5.9*(11.8+8.5)+9*π*5.9 2 =1803.15m 2 Ο μέσος όρος καταιγίδων στην περιοχή του Καρπενησίου λαμβάνοντας υπ όψιν τον χάρτη ισοκεραυνικών καμπυλών είναι Τd=50. Ο μέσος όρος κεραυνικών πληγμάτων ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο άρα είναι N g =0.04*Td 1.25 =5,32 Η κατασκευή είναι απομονωμένη χωρίς να περιτριγυρίζεται από άλλες κατασκευές ή δέντρα έτσι σύμφωνα με τον πίνακα 3.1 ο περιβαλλοντικός συντελεστής είναι C1= 1 Mε βάση, λοιπόν, τα παραπάνω δεδομένα μπορούμε να υπολογίσουμε τον ετήσιο μέσο όρο συχνότητας από πλήγματα κεραυνού N D =5,32*1803.15*1*10-6 = 0.0096 Η κατασκευή είναι κατοικία έτσι η αποδεκτή συχνότητα ζημιών από κεραυνικά πλήγματα σύμφωνα με τον πίνακα 3.2 είναι Ν C =5x10-3. 29

Μπορούμε λοιπόν να υπολογίσουμε την στάθμη προστασίας. Ε 1 Ν C /N D = 0.48 Αφού είναι 0 Ε 0,80 το σύστημα χρειάζεται για προστασία ΣΤΑΘΜΗ IV. Ακόμη, το σύστημα είναι μικρότερο από 10KW άρα δεν χρειάζεται να εφαρμόσουμε τουλάχιστον στάθμη ΙΙΙ που ορίζει ο κανονισμός IEC 62305-2. Υπολογίζουμε αρχικά να προστατευτεί εξωτερικά το σύστημα έτσι ώστε να συλληφθεί ο κεραυνός και να τον οδηγήσει στην γη και να μην πλήξει την κατοικία. Η κατοικία καταλαμβάνει μικρή έκταση έτσι η μέθοδος της γωνίας προστασίας είναι κατάλληλη για την προστασία του κτηρίου. Εμπειρικά επειδή το πλάτος της εγκατάστασης είναι μικρότερο από το διπλάσιο του ύψους της εγκατάστασης, το ύψος που χρησιμοποιούμαι για τον υπολογισμό είναι το άθροισμα του ύψους του κτηρίου και της ακίδας. Δηλαδή επειδή W<2*H είναι Η ΟΛ =Η+Η ΑΚΙΔ. Για ακίδα ύψους 1,6m Η ΟΛ =7,5m. Από τον ΠΙΝΑΚΑ 2 ΤΟΥ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΥ IEC-62305-3 βλέπουμε ότι για Η=7,5m και στάθμη IV η γωνία προστασίας είναι a=68 ο. Παρακάτω φαίνεται σχηματικά η εξωτερική προστασία του κτηρίου. Εικόνα 3.6: Παρουσίαση εξωτερικής προστασίας του κτηρίου [24] Η εσωτερική προστασία της εγκατάστασης γίνεται όπως και στην προηγούμενη περίπτωση με απαγωγείς SPD. Η επιλογή SPD τύπου II που κατασκευάζονται από βαρίστορ οξειδίου μετάλλου (MOV: metal oxide varistor), προστατεύουν από μέτριες επιπτώσεις από κεραυνούς και είναι η καταλληλότερη επιλογή για προστασία. Εικόνα 3.7: Παρουσίαση εσωτερικής προστασίας του κτηρίου [25] 30

Ένας απαγωγέας αντικεραυνικής προστασίας θα τοποθετηθεί στο κουτί διακλάδωσης των φωτοβολταϊκών πάνελ στην γραμμή που πηγαίνει προς το inverter. Αν η απόσταση της γραμμής υπερέβαινε τα 10m τότε θα χρειαζόταν ένας ακόμη απαγωγέας στην DC πλευρά του inverter. Τέλος, απαγωγέας υπέρτασης AC χρειάζεται να τοποθετηθεί και στην AC πλευρά. Οι απαγωγείς υπερτάσεων AC (π.χ. OVR T2) προστατεύουν τους αντιστροφείς (inverters) και τον εξοπλισμό της εγκατάστασης από παροδικές μεταβατικές υπερτάσεις, περιορίζοντας την υπέρταση σε αποδεκτά επίπεδα για την ομαλή λειτουργία του εξοπλισμού. Τα SPD s που θα τοποθετηθούν είναι type-2. Ακόμη είναι καλό να τοποθετηθούν εσωτερικά της οικίας SPD type-3 για προστασία των ευαίσθητων ηλεκτρονικών συσκευών από επικύνδινες ηλεκτρομαγνητικές μεταβολές της τάσης. 3.2.3 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 3 Περίπτωση βλάβης από γειτονική πτώση κεραυνού παρουσιάστηκε και σε αυτόνομη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση στην Κύπρο το έτος 2010. Στο όρος Ακάμα στην περιοχή της Πάφου φωτοβολταϊκό σύστημα εγκατεστημένο από το 2006 που χρησιμοποιείται για την δασική προστασία χτυπήθηκε από κεραυνό τον Φεβρουάριο του 2010 με αποτέλεσμα να καταστραφούν οι καλωδιώσεις και ο ρυθμιστής φόρτισης. Οι πληροφορίες για τις καιρικές συνθήκες εκείνων των μηνών αναζητήθηκαν στο αρχείο της εθνικής μετεωρολογικής υπηρεσίας της Κύπρου. Ο Φεβρουάριος του 2010 ήταν ένας μήνας βροχερός και θερμός με ασταθής καιρικές συνθήκες. Η βροχόπτωση είχε ποσοστό 130% πάνω από το κανονικό και παρουσιάστηκαν πρωτοφανή φαινόμενα για τις δεδομένες καιρικές συνθήκες της Κύπρου. Στις 27 του μηνός στην περιοχή της Πάφου σημειώθηκε καταρρακτώδη βροχή κατά τη διάρκεια της νύχτας η οποία συνοδεύονταν από ισχυρούς ανέμους, αστραπές, βροντές και πτώση κεραυνών. Το σύστημα αποτελούνταν από: ---- 14 φωτοβολταϊκά πάνελ Luxor 150W (διαστάσεις: 1.58 x 0.81 x 0.045) ---- Ρυθμιστής φόρτισης Studer VT-80 ---- 12 2V Μπαταρίες 1000Ah ---- Μετατροπέας 2000W COTEK SK-2000 31

Εικόνα 3.8: Φωτοβολταϊκή εγκατάσταση σε πυροφυλάκιο στην Κύπρο [26] Τα πάνελ όπως φαίνεται και στις παραπάνω φωτογραφίες είναι τοποθετημένα στη σειρά και καταλαμβάνουν συνολικό μήκος 14x0,81=11,34m. Είναι τοποθετημένα σε βάση στήριξης με κλίση 30 ο άρα το ύψος τους είναι 1,58 x sin30 ο = 0.79m. To πλάτος είναι 1,58 x cos30 ο =1.37m Η ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια των φωτοβολταϊκών λοιπόν είναι: A e =L*W+6*H(L+W)+9*π*H 2 = 11,34*1,37+6*0,79(11,34+1,37)+9*π*0,79 2 =93,5m 2 Ο μέσος όρος καταιγίδων στην περιοχή της Πάφου λαμβάνοντας υπόψη τον χάρτη ισοκεραυνικών καμπυλών είναι Τd=35. Ο μέσος όρος κεραυνικών πληγμάτων ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο άρα είναι Ng=0.04*Td 1.25 =3,40 Η κατασκευή είναι απομονωμένη χωρίς να περιτριγυρίζεται από άλλες κατασκευές ή δέντρα έτσι σύμφωνα με τον πίνακα 3.1 ο περιβαλλοντικός συντελεστής είναι C1= 1 Mε βάση, λοιπόν, τα παραπάνω δεδομένα μπορούμε να υπολογίσουμε τον ετήσιο μέσο όρο συχνότητας από πλήγματα κεραυνού N D =5,32*93.5*1*10-6 = 4,97x10-4 Η κατασκευή είναι κατοικία έτσι η αποδεκτή συχνότητα ζημιών από κεραυνικά πλήγματα σύμφωνα με τον πίνακα 3.2 είναι Ν C =1x10-3. Παρατηρούμε ότι Ε = 1 Ν C /N D 0 άρα βάση του κανονισμού δεν χρειάζεται αντικεραυνική προστασία. Αυτό είναι λογικό γιατί η έκταση που λαμβάνει το σύστημα δεν είναι μεγάλη και δεν αυξάνεται ο κίνδυνος εξαιτίας αυτού να υπάρξει κεραυνικό πλήγμα. Ωστόσο ένα κοντινό κεραυνικό πλήγμα μπορεί να προκαλέσει ζημιά στο εσωτερικό του κυκλώματος όπως προέκυψε σε αυτήν την περίπτωση. 32

Θα αναλυθούν, λοιπόν, οι διατάξεις που χρειάζεται να τοποθετηθούν για να προστατευτεί το κύκλωμα. Απαγωγείς υπέρτασης χρειάζεται να τοποθετηθούν στο κουτί διακλάδωσης της γραμμής που φεύγει από τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Tα SPD type-1 διαθέτουν την μεγαλύτερη προστασία. Ωστόσο έχουν πολύ μεγάλο κόστος για DC κυκλώματα και λαμβάνοντας υπόψη ότι δεν είναι μεγάλη εγκατάσταση η τοποθέτηση SPD type-2 είναι επαρκής για την προστασία του κυκλώματος από τις ανεπιθύμητες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές του ρεύματος που οφείλονται στον κεραυνό. Η απόσταση του ρυθμιστή φόρτισης από τα πάνελ είναι 15m. Εφόσον, λοιπόν, η απόσταση ξεπερνάει τα 10m είναι αναγκαίο να τοποθετηθεί και πριν τον ρυθμιστή φόρτισης. Η χρήση SPD type-2 είναι και σε αυτήν την περίπτωση ικανοποιητική επιλογή. Τέλος, SPD type-2 τοποθετείται και στην έξοδο του inverter για την πλήρη προστασία του κυκλώματος. Όπως προαναφέρθηκε το κόστος ενός αντικεραυνικού απαγωγέα υπέρτασης ABB 1000V ανέρχεται περίπου στα 80. O απαγωγέας υπέρτασης ΑC type-2 κοστολογείται περίπου στα 40. Ανεβάζοντας, λοιπόν, το κόστος της εγκατάστασης κατά 200 συνολικά επιτυγχάνουμε προστασία από καταστροφή μηχανημάτων (inverter, ρυθμιστή φόρτισης) που κοστολογούνται περίπου στα 700. 3.2.4 ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 4 Μια άλλη περίπτωση σημειώθηκε σε αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα σε κεραμοσκεπή στην Πάρνηθα στην περιοχή της Χασιάς τον Μάιο του 2011. Ο μήνας είχε θερμοκρασίες λίγο χαμηλότερες των κλιματικών τιμών με αρκετές βροχές σε ολόκληρη την χώρα. Το τρίτο δεκαήμερο χαρακτηρίστηκε από ισχυρές καταιγίδες, στην Αττική σημειώθηκαν ισχυρές καταιγίδες στις 26,27,30 και 31 του μηνός. Εκείνες τις ημέρες κεραυνός οδήγησε στην καταστροφή των καλωδιώσεων και του inverter. Εικόνα 3.9: Φωτογραφία από κάμερα του μετεωρολογικού σταθμού Εικόνα 3.10: Χάρτης βροχόπτωσης Μάιος 2011 (28) της Πεντέλης που διακρίνεται η ισχυρή καταιγίδα στην περιοχή.[27] Αυτή η περίπτωση έχει την ιδιαιτερότητα ότι το σύστημα διέθετε εξωτερική αντικεραυνική προστασία. Ωστόσο προκλήθηκε βλάβη στο σύστημα και γι αυτό θα εξετασθούν αίτια. Το σύστημα αποτελείται από: --- 20 πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πλαίσια RECOM 250Wp ( διαστάσεις 1,64 x 9,92 x 0,4 ) --- Inverter SMA 33

Εικόνα 3.11: Φωτογραφία εγκατάστασης (29) Εάν ένα φωτοβολταϊκό σύστημα θα πρέπει να εγκατασταθεί σε ένα κτίριο με εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας, μια από τα βασικές απαιτήσεις είναι ότι οι φωτοβολταϊκές μονάδες πρέπει είναι εντός της προστατευμένης περιοχής. Επιπλέον, η απόσταση διαχωρισμού μεταξύ των φωτοβολταϊκών πλαισίων και το εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας πρέπει να διατηρείται προκειμένου να αποφευχθεί η ανεξέλεγκτη σπινθήρα. Διαφορετικά σημαντική ρεύματα, που προκαλούνται από μια αστραπή, μπορεί να δημιουργηθούν εντός του κτιρίου ή της κατασκευής. Συχνά ο χρήστης θέλει να καλύπτεται το σύνολο της οροφής με φωτοβολταϊκές μονάδες, προκειμένου να επιτύχει υψηλό οικονομικό κέρδος. Σε αυτές τις περιπτώσεις ο διαχωρισμός πάνελ με εξωτερικό αντικεραυνικό σύστημα συχνά δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί και τα φωτοβολταϊκά πλαίσια θα πρέπει να ενσωματωθούν στην εξωτερική αντικεραυνική προστασία. Εδώ, οι επιπτώσεις από τα ρεύματα που εισέρχονται στο κτίριο πρέπει να ληφθούν υπόψη και να παρέχεται κατάλληλη ισοδυναμική σύνδεση. Το γεγονός αυτό σημαίνει ότι είναι αναγκαία ισοδυναμική σύνδεση τώρα επίσης για τους d.c. αγωγούς που μεταφέρουν το ρεύμα του κεραυνού. Σύμφωνα με το πρότυπο IEC 62305-3 οι αγωγοί συνεχούς ρεύματος σε αυτές τις περιπτώσεις πρέπει να προστατεύονται από απαγωγείς υπέρτασης type-1. Το πρόβλημα ήταν ότι τα SPD που είχαν τοποθετηθεί αντιμετώπιζαν το ρεύμα από τους σπινθήρες που δημιουργούνται μια φορά και δεν θα μπορούσαν να το αντιμετωπιστούν πάλι και ως εκ τούτου το τόξο επέμενε. Θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν, λοιπόν, απαγωγείς που θα είναι ικανοί να αντιμετωπίσουν αυτό το φαινόμενο. Τα SPD που είναι σχεδιασμένα γι αυτές τις περιπτώσεις παρέχουν ασφαλή προστασία των φωτοβολταϊκών γεννητριών και του μετατροπέα στην περίπτωση από ρεύματα λόγω άμεσου πλήγματος κεραυνού. Τέτοιου είδους απαγωγείς είναι κατάλληλοι για φωτοβολταϊκά συστήματα μέχρι 1000 V U OC STC και έχουν ικανότητα για ρεύμα εκφόρτισης περίπου 50 ka 10/350 μs. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ένας τέτοιου είδους απαγωγέα υπέρτασης: Εικόνα 3.12: SPD type-1 για αντιμετώπιση ρευμάτων από απευθείας κεραυνικά πλήγματα (30) 34

ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 5 Μια άλλη χαρακτηριστική περίπτωση που έχριζε μελέτη από αντικεραυνική προστασία είναι σε αυτόνομο σύστημα ισχύος 14.400Wp σε ξενοδοχείο στην Πάτμο για την ηλεκτρική τροφοδοσία του φωτισμού σε όλο του περιβάλλοντα χώρου των 11 στρεμμάτων. Σε αυτή την περίπτωση το σχεδιασμένο αντικεραυνικό σύστημα λειτούργησε σωστά και αποφεύχθηκαν ζημιές εξαιτίας των κεραυνικών πληγμάτων. Η εγκατάσταση αποτελείται από: --- 80 φωτοβολταϊκά πλαίσια 180Wp (διαστάσεις: 1.071 x 0.95 x 0.04) --- 4 Ρυθμιστές φόρτισης ΜPPT 65Α --- 144 2V Μπαταρίες 400Ah --- Μετατροπέας 7000W Studer ΧΤΗ-7000-48 Εικόνα 3.13: Φωτογραφίες εγκατάστασης (31) Για τον υπολογισμό της στάθμης προστασίας ακολουθείται η γνωστή από παραπάνω διαδικασία. Ως ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια λαμβάνεται αυτή ολόκληρου του κτίσματος και όχι μόνο των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Εννοείται πως τα πλαίσια πρέπει να είναι εντός της προστατευόμενης περιοχής. Οι διαστάσεις της κατασκευής είναι: ΎΨΟΣ: 8m ΜΗΚΟΣ: 20m ΠΛΑΤΟΣ: 8m 35

Η κάτοψη της ταράτσας με τα φωτοβολταϊκά πλαίσια φαίνεται και στο παρακάτω σχεδιάγραμμα: Εικόνα 3.14: Σχέδιο κάτοψης κτιρίου (32) Έχουμε λοιπόν: A e =L*W+6*H(L+W)+9*π*H 2 =160+1344+1808= 3312 m 2 Ο μέσος όρος κεραυνικών πληγμάτων ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο ως γνωστό δίνεται από τον τύπο Ng=0.04*Td 1.25. Από τον χάρτη ισοκεραυνικών καμπυλών παρατηρούμε ότι Td = 25 και άρα Ng=2,23 Ο περιβαλλοντικός συντελεστής C1, αφού η κατασκευή βρίσκεται σε περιοχή με ίδιου ύψους δέντρα και κτίσματα, από τον παραπάνω πίνακα 3.1 προκύπτει C1 = 0,25. Mε βάση, λοιπόν, τα παραπάνω δεδομένα μπορούμε να υπολογίσουμε τον ετήσιο μέσο όρο συχνότητας από πλήγματα κεραυνού N D =3302*2.23*0.25*10-6 = 0.0018 Η κατασκευή είναι ξενοδοχείο έτσι η αποδεκτή συχνότητα ζημιών από κεραυνικά πλήγματα σύμφωνα με τον πίνακα 3.2 είναι Ν C =1x10-4. Μπορούμε λοιπόν να υπολογίσουμε την στάθμη προστασίας. Ε 1 Ν C /N D = 0.94 ΑΡΑ ΣΤΑΘΜΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΙΙΙ. Εξάλλου, έτσι κι αλλιώς για φωτοβολταϊκά συστήματα μεγαλύτερα των 10kW χρησιμοποιείται τουλάχιστον στάθμη ΙΙΙ 36

ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ Εμπειρικά επειδή το πλάτος της εγκατάστασης είναι μικρότερο από το διπλάσιο του ύψους της εγκατάστασης, το ύψος που χρησιμοποιούμαι για τον υπολογισμό είναι το άθροισμα του ύψους του κτηρίου και της ακίδας. Δηλαδή επειδή W<2*H είναι Η ΟΛ =Η+Η ΑΚΙΔ. Για ακίδα ύψους 2m Η ΟΛ =10m. Από τον ΠΙΝΑΚΑ 2 ΤΟΥ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΥ IEC-62305-3 βλέπουμε ότι για Η=10m και στάθμη IΙΙ η γωνία προστασίας είναι a=60 ο. Θα χρειαστεί, λοιπόν, να τοποθετήσουμε δύο ακίδες όπως φαίνεται στο σχήμα παρακάτω: Εικόνα 3.15: Παρουσίαση εξωτερικής προστασίας του κτηρίου [33] ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ Η εσωτερική προστασία πραγματοποιείται με εκτροπείς κρουστικών υπερτάσεων. Έχουν τοποθετηθεί SPD type-1 σε κάθε κουτί διακλάδωσης της φωτοβολταϊκής γεννήτριας. Η απόσταση των καλωδίων από τα πλαίσια μέχρι τους ρυθμιστές φόρτισης είναι μικρότερη των 10m άρα δεν χρειάζεται να τοποθετηθεί πρόσθετο SPD πριν την είσοδο τους. Ακόμα τοποθετήθηκαν απαγωγείς υπέρτασης type-2 στην ac έξοδο του inverter. Τέλος, τοποθετήθηκαν SPD εντός της εγκατάστασης για προστασία των ευαίσθητων ηλεκτρονικών συσκευών. Συμπερασματικά βλέπουμε ότι το κόστος για αντικεραυνική προστασία μπορεί να ανεβάζει το κόστος της εγκατάστασης αλλά είναι συγκριτικά μικρό με το κόστος σε περίπτωση βλάβης κάποιου μέρους του συστήματος. Εκτός από τον οικονομικό παράγοντα σε τέτοιου είδους κατασκευές ο εγκαταστάτης θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη την αντικεραυνική προστασία για να διασφαλίζεται η ασφάλεια της ανθρώπινης ζωής εντός του κτιρίου. Εικόνα 3.16: Φωτογραφία από το κουτί διακλάδωσης των φωτοβολταϊκών [34] 37