celoživotní vzdělávání
Zkušenost soudního znalce z posuzování FVE v roce 2011 (1.část) Ing. Milan Tomeš, CSc., soudní znalec Krajského soudu Ostrava, člen Unie soudních znalců
Úvod Smyslem tohoto článku je vyhodnocení zkušeností z kontrol realizací fotovoltaických elektráren (FVE) na území ČR a SR. Znalec komplexně posuzoval každou FVE, včetně projektu, předávací dokumentace a skuteč-
by-pass dioda
by-pass dioda
12 FV článků
12 FV článků
E
E
ze a snižují výkon FV panelu. Navíc se tímto ztrátovým výkonem zahřívají. Velikost ztrátového výkonu záleží na tom, jak jsou články zastíněny. Horší je zastínění jednoho článku z větší části než několika článků z malé části. K omezení vlivu zastínění na výkon FV panelu spočívá v zařazení tzv. by-pass diod
by-pass dioda
by-pass dioda
by-pass dioda
12 FV článků
12 FV článků
12 FV článků
E
E
zastínění je patrný na změřených V/A charakteristikách FV panelu. Generovaný proud a generované napětí klesají v důsledku oteplení článků popsaným mechanismem.
Jištění a pojistky FVE Nutnost FVE jistit pojistkami nebo DC jističi záleží na počtu řetězců (stringů) paralelně řazených ke vstupu střídače. Uvažujme případy: Jeden samostatný string. V tomto případě není nutné jeho jakékoliv jištění, protože neexistují žádné vnější zdroje proudu, které by mohly poškodit FV panel a kabeláž. Výrobce předepisuje maximální pojistku alespoň o velikosti 1,56 Isc (STCP).
E
Obr. 1. By-pass diody ve FV panelu se šedesáti FV články
(obr. 1). Tyto diody umožní průchod elektrického proudu většího, než je zkratový proud zastíněných článků. Tvoří vlastně by-pass zastíněných sloupců FV panelu – odtud jejich název. Poruchy by-pass diod jsou řídké; jsou způsobeny nedostatečným proudovým dimenzováním a zpravidla bývají poškozeny nadměrným oteplením, které vede k naprosté destrukci diody. Poškozená by-pass dioda je na obr. 2. Vliv Obr. 2. Zničená by-pass dioda
FV řetězec 2
skupiny FV panelů
62
FV pojistky FV hlavní vypínač
střídač DC
AC FV dioda
By-pass diody
svodič přepětí FV řetězec N
Je-li část FV panelu zastíněna, zastíněné články vyrábějí menší elektrický proud než nezastíněné. Protože ve FV panelu jsou všechny články zapojeny do série, musí každým článkem protékat stejný proud. Nezastíněné články vnutí zastíněným článkům větší proud, tím se tyto články dostávají do inver-
FV pojistková rozvodnice FV pojistky
FV řetězec 1
ného provedení FVE. Prověrky byly ve většině případů vykonávány pro právnické osoby nebo OSVČ za účelem reklamace chyb u zhotovitele, přičemž cílem bylo získat slevu z ceny FVE na základě zhotovení podkladů pro další právní kroky investora. V článku jsou chronologicky uspořádány hlavní nalezené chyby. Jeho účelem je poučení každého majitele FVE, popř. každého zájemce o fotovoltaiku.
Obr. 4. DC pojistkový odpojovač poškozený obloukem
FV panel
Obr. 3. Způsob jištění FVE se třemi a více stringy
ELEKTRO 4/2012
celoživotní vzdělávání porušeného stringu. Protéká tedy proud o velikosti 2,5 Isc. Předpokládejme, že výrobce předepisuje hodnotu maximální sériové pojistky 1,56 Isc a že i kabeláž je dimenzována na takový proud. Proud o velikosti 2,5 Isc by
Obr. 5. Sdružovací box zničený požárem
Kabeláž Stejnosměrná kabeláž: Častou vadou je poddimenzování průřezu kabelu vzhledem k jeho délce. DC solární kabely jsou málo a nevhodně přichyceny k nosné konstrukci panelů (obr. 6). Volně visící kabel může být zachycen např. pasoucí se ovcí a roztržen ve spojovacím konektoru (obr. 7). Málo dotažený šroubový spoj v DC pojistkovém odpínači může způsobit jeho destrukci (obr. 8). Stahovací pásky bez odolnosti proti UV paprskům se působením slunečního záření rozpadnou a solární kabely
Obr. 7. Roztržení kabelu v konektoru pasoucími se ovcemi
Obr. 9. Stahovací pásek bez UV odolnosti Obr. 6. Vrabčí hnízdo ze solárních kabelů
Dva stringy paralelně. Uvažujme např., že v tomto případě může každý string generovat maximální proud o velikosti 1,25 Isc (STCP). Jestliže se objeví porucha v jednom stringu (např. zemní zkrat), druhý string se snaží vnutit do porušeného stringu proud 1,25 Isc. Avšak FV panely musí bez poškození vydržet proud 1,56 Isc a kabely s konektory také. Proto ani v tomto případě neexistují žádné vnější zdroje proudu, které by mohly úpoškodit FV panel a kabeláž. Tři a více stringů paralelně. V tomto případě porucha v jednom stringu způsobí, že jím protéká proud 1,25 Isc z každého ne-
Obr. 8. Poškození poj. odpínače nedotažením
mohl poškodit FV panel, popř. kabeláž. Proto musí být do každého ze tří stringů zařazena pojistka o minimální hodnotě 1.56 Isc. Takový způsob jištění je na obr. 3. DC pojistkový odpínač zničený elektrickým obloukem je na obr. 4. Nadměrné teplo vyvolané elektrickým obloukem může vést až k požáru celého sdružovacího boxu s pojistkami stringů (obr. 5).
Obr. 10. Chráničky kabelů bez UV odolnosti
Odborné časopisy s tradicí zdroj aktuálních informací automatizace, regulace a průmyslové informační technologie
silnoproudá elektrotechnika v praxi – provoz, údržba, trendy, inovace
informace o osvětlování a využití světla
měsíčník pro výrobce i uživatele automatizační a regulační techniky, konstruktéry, vývojové pracovníky, manažery i studenty SOŠ a VŠ
měsíčník pro revizní techniky a projektanty elektrických zařízení, montéry, údržbáře, střední i vrcholové manažery firem, pedagogy i studenty všech oborů elektro
dvouměsíčník pro techniky, architekty a projektanty osvětlení, výrobce i dodavatele osvětlovací techniky, pracovníky hygieny, studenty a všechny zájemce o tento obor
cena 52 Kč ELEKTRO roční předplatné4/2012 624 Kč, studenti 504 Kč
cena 52 Kč roční předplatné 624 Kč, studenti 504 Kč
cena 52 Kč roční předplatné 312 Kč, studenti 252 Kč
objednávky na www.odbornecasopisy.cz nebo tímto objednacím lístkem
objednací lístek
#
63
celoživotní vzdělávání mické ztráty. Uvedený jev je častější u napětí distribuční sítě při horní hranici. Částečným řešením zmíněného problému může být snížení převodu transformátoru.
Uzemnění nosné konstrukce, sdružovacích boxů, střídačů, panelů
ním uzemňovacího bodu nejsou přes oddělovací podložku připojeny zemnicí vodiče. Kovové části FVE nejsou vodivě propojeny, což neodpovídá platným normám. Někteří výrobci panelů odmítají reklamace, nejsou-li rámy FV panelů propojeny s uzemněním. Střída-
Uzemnění nosné konstrukce často neodpovídá normám. Propojení nosné konstrukce s uzemňovacím zemním systémem je nedbalé (obr. 11). V otvorech rámů panelů s označeObr. 11. Nedbalé připojení zemniče
Obr. 15. Středový držák mimo rám
Obr. 12. Nesprávně uzemněný střídač
se uvolní (obr. 9). Kabelové chráničky, které vycházejí na povrch, také nemají UV odolnost. Časem se rozpadnou a kabely nejsou chráněny (obr. 10). Střídavá kabeláž: Obvyklou vadou je poddimenzování průřezu kabelu vzhledem k přenášeným výkonům a ke vzdálenosti střídače od rozváděče, popř. transformátoru. Vzhledem k úbytkům napětí na takto poddimenzovaném kabelu automaticky roste výstupní napětí střídače až do chvíle, kdy je překročen povolený rozsah výstupního napětí střídače. V tomto okamžiku vestavěné ochrany střídače vypnou. V důsledku toho vznikají ekono-
Obr. 13. Deformovaný středový necertifikovaný držák
če jsou také mnohdy nesprávně uzemněny (obr. 12). Sdružovací boxy, combinery, subconbinery, střídače musí být dokonale uzemněny, protože zpravidla obsahují přepěťové ochrany, které bez řádného uzemnění nemohou plnit svou funkci.
Mechanické vady nosné konstrukce a upevnění FV panelů Závady na mechanice nosné konstrukce a na upevnění FV panelů patří k nejčastějším závadám. Patří sem zejména použití necertifikovaných středových a krajních držáků panelů, které se deformují (obr. 13) či rezivějí (obr. 14). Někdy jsou i certifikované držáky použity nesprávně a nepřidržují rám panelu ve správné poloze (obr. 15). (dokončení příště)
Obr. 14. Rezivějící necertifikovaný držák
objednací lístek
#
Objednávám předplatné časopisu (zakřížkujte vybraný časopis a doplňte číslo, kterým předplatné zahajujete)
AUTOMA od čísla/roč. ELEKTRO od čísla/roč. SVĚTLO od čísla/roč.
/ / /
jméno..................................................................................................... tel........................................................... firma....................................................................................................... e-mail..................................................... ulice, číslo................................................................. PSČ, město........................................................................... IČO........................................................................... DIČ....................................................................................... podpis objednavatele............................................... razítko.................................................................................. firma
64
soukromá osoba
objednací lístek vložte do obálky a zašlete na adresu:
ELEKTRO 4/2012
vydavatelství FCC PUBLIC s. r. o., Pod Vodárenskou věží 4, Praha 8, 182 08
celoživotní vzdělávání
Zkušenost soudního znalce z posuzování FVE v roce 2011 (2.část – dokončení) Předepsané dilatační mezery podélníků (asi každých 12 m) nejsou dodrženy nebo jsou příliš malé (obr. 16). Podélníky nosné
Ing. Milan Tomeš, CSc., soudní znalec Krajského soudu Ostrava, člen Unie soudních znalců
konstrukce jsou nedbale namontovány – viz středový dolní držák na obr. 17. Tyto mechanické vady přispívají k nestabilitě nosné konstrukce, k její deformaci se všemi nepříznivými dopady na FV panely, kterým v důsledku mechanických tlaků a tahů praskají krycí skla. Již při projektu FVE není brán ohled na možnost zastínění ploty (obr. 18) a nebo stromy. Přitom vliv zastínění na výkon FVE může být značný. I když je FVE navržena
hluboko do terénu. Horší situace nastává při upevnění FVE na plochou střechu – viz obr. 20, kdy silný vítr poničil její konstrukci, která byla špatně fixovaná ke střešní konstrukci.
Poškození FV panelů a FV článků Velmi častou vadou FV panelů je vznik horkých míst, tzv. hot spots. Horká místa vznikají v místech defektů krystalické
Obr. 16. Malé a žádné dilatace podélníků
Obr. 21. Hnědé zabarvení Tedlaru (horký článek) Obr. 19. Plevel stíní
Obr. 17. Vadné uchycení podélníků
Obr. 18. Plot a stromy stíní
62
Obr. 20. Poškození FVE silným větrem
Obr. 22. Vizualizace horkého místa termokamerou
správně, může nedbalá údržba terénu servisní organizací způsobit další zastínění např. plevelnými rostlinami (obr. 19). Nosná konstrukce FVE musí být pevná a stabilní. Musí být pevně spojena s podkladem. Tento požadavek není kritický pro FVE ve volném terénu, kdy je nosná konstrukce upevněna pomocí závrtných tyčí
mříže FV článků. Objevují se tzv. mikro-, minicracs spojené s nadměrným vývinem tepla. Podle zkušeností nabytých několikaletým sledováním těchto vad je možné konstatovat, že teplotní zdvih horkých míst větší než 50 °C oproti teplotě okolních článků začíná být kritický a může vést k destrukci FV článku, a tím i celého FV panelu. Vznik
ELEKTRO 5/2012
celoživotní vzdělávání
porovnání Pp
ELCD
katalog flash
vadu, na kterou by měl výrobce poskytnout slevu jako na prvky druhé jakosti. Další nedostatkem FV článků je vada metalizace, která je nazývána hlemýždí stopy nebo pavoučci (obr. 26). Podle autorů [3] jsou takovéto poruchy pravděpodobně důsledkem náhrady stříbrných povlaků při metalizaci přední i zadní strany FV článků, kdy cílem je zlevnit výrobu. Následně se dostává vlhkost s chloridy k čelní metalizaci a tu porušuje. Není známo, jak se uvede né poruchy projeví na životnosti FV panelů.
termovize
Obr. 23. Porovnání metod ELCD, termovize a flash testu
Obr. 24. Oprava panelu výměnou článků
horkých míst lze jednoduše zjistit vizuálně pozorováním zhnědnutí zadního Tedlaru FV panelu (obr. 21) nebo prostým pohmatem rukou. Přesnější výsledky lze získat snímáním termovizní kamerou (obr. 22) nebo prostřednictvím elektroluminiscenční metody ELCD (obr. 23). Termokamerou lze měřit přímo v terénu, metoda ELCD je laboratorní. FV panel je nutné demontovat a proměřit v pojízdné nebo „kamenné“ laboratoři. Při použití metody ELCD je panel ve tmě napájen z pomocného zdroje v předním směru při asi 50% výkonu Pp. Metoda využívá skutečnost, že na místech krystalických poruch vzniká luminiscenční jev, dobře detekovatelný speciální infrakamerou. Metodu použití termokamery a ELCD je vhodné doplnit ještě laboratorním tzv. flash testem v podmínkách STC (Tpv = 25 °C, E = 1 000 W·m2, Am = 1,5). Tento test zobrazí V/A charakteristiku FV panelu. Při výskytu horkého místa o teplotě 72 °C byl změřen maximální výkon FV panelu Pp = 199 Wp, oproti výkonu Pp = 230 Wp udávanému v katalogu. Z grafů I = f (U) a Pp = f (I) je patrné zvlnění těchto charakteristik v oblasti větších proudů.
ELEKTRO 5/2012
Obr. 27. Delaminace FV panelu
Obr. 25. Detail opravy FV panelu (upravené foto) Obr. 28. Prasklý FV článek
Obr. 26. Poruchy metalizace článků
Již v několika případech byly nalezeny opravované FV panely dodané jako prvojakostní. Princip opravy výměnou jednoho až několika FV článků je patrný z obr. 24. Ze zadní strany byl vyříznut (laserem) Tedlar a EVA fólie, odpájeny vadné články, tyto nahrazeny bezvadnými a vše bylo překryto a zalaminováno další vrstvou Tedlaru. Detail výměny je patrný na obr. 25, který byl počítačově upraven. FV panel je funkční, ale opravovaný. Jde minimálně o vzhledovou
Obr. 29. Zapuštění transformovny do dešťové jámy
63
celoživotní vzdělávání Poruchy metalizace jako scházející části fingers, nebo bus-bars jsou poruchy, které vedou ke snížení výkonu FV článku, protože je zmenšována plocha sběracích kontaktů pro generovaný fotoproud. Na obr. 27 je příklad delaminace FV panelu. Tato porucha je závažná, neboť v důsledku působení korozivních účinků vody s chloridy, která časem vyplní vzniklou dutinu, dojde k porušení funkce FV panelu.
Nevhodná kombinace různých FV panelů (ač stejného výkonu Pp) v jednom stringu je způsobena nedbalou montáží. Důsledkem je pokles výkonu stringu za různých podmínek. Tomuto jevu se říká mismatch FV panelů.
Použití termovize při hledání příčin chyb komponent FVE Termovizní kamera je velmi užitečné zařízení při hledání příčin poruch nebo poškození elektrických zařízení ve FVE. Na obr. 31 Obr. 32. Příčina požáru centrálního střídače
Obr. 30. Nesmyslné jímače blesků
Obr. 34. Těžký život asistenta znalce
Obr. 33. Ruční mytí FV panelů
Vady transformoven
Obr. 31. Požár centrálního střídače
Na obr. 28 je vidět FV panel se zlomeným FV článkem. Tato vada vede ke snížení výkonu celého FV panelu. Popraskaná čelní kalená skla jsou ne opravitelná. Praskliny mohou být způsobeny působením pnutí na hrany krycích skel. Kalená skla jsou obzvláště citlivá na boční namáhání, proto jakékoliv tlaky z boku způsobí destrukci skla. Skla mohou být poškozena i čelním úderem – po vržení většího a těžšího předmětu. Skla i celé FV panely jsou u výrobce zkoušeny dopadem kuliček strojově vrhaných určitou rychlostí z určité vzdálenosti proti čelnímu sklu FV panelu.
64
Transformovny jsou většinou v továrním provedení. Jejich vady spočívají v nedostatečné ochraně proti úderu blesku, dále v uzemnění, rovněž např. na nich nejsou upevněny výstražné cedule apod. Na obr. 29 je chyba, která může vést k neštěstí, v umístění transformovny do hlubokého výkopu, jehož dno je položeno níže než okolní terén. V době kontroly byla v jámě pod transformátorem dešťová voda!
Jímače bleskových proudů Ing. Kutáč [5] tuto problematiku podrobně řešil. Jímače bleskových proudů jsou většinou vyrobeny i instalovány špatně. Analýza rizik v důsledku uvedené závady není obsažena téměř v žádném projektu FVE. Na obr. 30 je uveden odstrašující případ jímače bleskových proudů, který imituje oddálený jímač.
je fotografie zcela vyhořelého centrálního střídače. Požár vznikl v důsledku zkratu vodičů nadměrným oteplením od výkonových rezistorů. Rezistory jsou čtyři, zelené barvy vpravo dole. Bylo špatně navrženo chlazení konstrukce kiosku se dvěma centrálními střídači, navíc v době požáru nefungovala klimatizace kiosku. Na závěr je třeba zdůraznit, že kvalitní práce servisní organizace je zárukou stabilních a bezchybných výkonů každé FVE. Sem patří i ruční mytí povrchu FV panelů (obr. 33). Jak je obtížná (především fyzicky) práce znalce v terénu, dokumentuje obr. 34, kde je asistent s termovizí zcela utopen v bodláčí. Literatura: [1] KREMER, P.: Arcing in PV DC Arrays. Elektrosuisse SWISSOLAR, DKE VDE. [2] MIKULENKA, K.: Soudní znalec. Archiv 2011. [3] MASON, N. – FISHER, M.: Coper Plating for Solar Cell Metallisation. PV Fab Managers Forum, Bristol, 2012. [4] RUTSCHMAN, I.: Unlocking the secret of snail trails. Harensolar, Abu Dhabi, 2012. [5] KUTÁČ, J.: Rozbor mimořádných událostí po úderech blesků v roce 2011 na území ČR. Elektro, 3/2012.
ELEKTRO 5/2012
