Γιατί οι κεραυνοί είναι τόσο καταστροφικοί για τα φωτοβολταϊκά συστήματα;
Η επικινδυνότητα του κεραυνού δεν περιορίζεται στην πιθανότητα άμεσου χτυπήματος, αλλά κυρίως στην τεράστια ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται στιγμιαία. Ένας τυπικός άμεσος κεραυνός μπορεί να φτάσει ρεύμα αιχμής 30–200 kA, τάση έως 100 εκατομμύρια βολτ και διάρκεια μερικές δεκάδες μικροδευτερόλεπτα. Οι κύριοι μηχανισμοί καταστροφής περιλαμβάνουν τρία φυσικά φαινόμενα:
- Θερμικό φαινόμενο: Το ρεύμα του κεραυνού διαπερνώντας μεταλλικούς αγωγούς, φωτοβολταϊκά πάνελ ή καλώδια, μπορεί να ανεβάσει τη θερμοκρασία σε χιλιάδες βαθμούς Κελσίου, προκαλώντας τήξη μετάλλων, θραύση συνδέσεων και καταστροφή πάνελ.
- Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή: Το ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο από τον κεραυνό μπορεί να προκαλέσει επαγωγικές υπερτάσεις χιλιάδων βολτ σε κοντινές γραμμές, καταστρέφοντας ειδικά συσκευές χαμηλής τάσης όπως RS485, μονάδες επικοινωνίας και παρακολούθησης.
- Αύξηση δυναμικού εδάφους: Όταν ο κεραυνός χτυπά το έδαφος ή κοντινά κτίρια, το ρεύμα μπορεί να διαδοθεί μέσω του συστήματος γείωσης, προκαλώντας παροδική διαφορά δυναμικού που μπορεί να επιστρέψει προς τα πίσω και να καταστρέψει αντιστροφείς, μπαταρίες και άλλα εξαρτήματα.
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούνται από ευαίσθητες σειριακές ημιαγωγικές συσκευές. Όταν η κορυφή της τάσης υπερβεί τα 1kV, στοιχεία όπως διόδους παράκαμψης και MOS τρανζίστορ μπορεί εύκολα να καταστραφούν. Επιπλέον, επειδή τα φωτοβολταϊκά είναι εγκατεστημένα σε ανοιχτούς, εκτεθειμένους χώρους, κινδυνεύουν πολύ περισσότερο από άλλες οικιακές συσκευές.
Η αντικεραυνική προστασία δεν είναι μόνο απάντηση σε ακραίες καιρικές συνθήκες, αλλά και μέρος μιας συστημικής σχεδίασης ασφαλείας, βασισμένης στη δομή και λειτουργία του φωτοβολταϊκού συστήματος.
Γιατί τα φωτοβολταϊκά συστήματα βρίσκονται σε υψηλό κίνδυνο;
Σε αντίθεση με τις κοινές ηλεκτρικές συσκευές, τα φωτοβολταϊκά συστήματα εγκαθίστανται κυρίως σε στέγες, ανοιχτά πεδία ή υψόμετρα — περιοχές με υψηλό φυσικό κίνδυνο κεραυνών. Επιπλέον, οι βλάβες δεν προκύπτουν μόνο από άμεσα χτυπήματα. Πριν σχεδιαστεί η προστασία, πρέπει να κατανοήσουμε τις τρεις βασικές οδούς καταστροφής:
1. Άμεσο πλήγμα κεραυνού – η πιο καταστροφική μορφή
Όταν ο κεραυνός πλήξει άμεσα πάνελ, βάσεις ή την οροφή του κτιρίου:
- Καταστροφή διόδων παράκαμψης και κυψελών.
- Καύση καλωδίων από υψηλή θερμοκρασία, ενεργοποίηση φαινομένων θερμών σημείων.
- Απώλεια τμήματος ή ολόκληρου του συστήματος παραγωγής.
Εάν το κτίριο είναι υψηλό, χωρίς εμπόδια και σε περιοχή με πολλές καταιγίδες, συνιστάται η εγκατάσταση αλεξικέραυνου και η κατάλληλη γείωση.
2. Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή – κρυφή αλλά κοινή αιτία βλάβης
Ακόμα και χωρίς άμεσο πλήγμα, η εκπομπή ισχυρού παλμού μπορεί να προκαλέσει επαγωγική τάση που βλάπτει:
- Μονάδες επικοινωνίας (π.χ. RS485, συλλέκτες δεδομένων)
- Κυκλώματα εισόδου αντιστροφέων
- Συσκευές παρακολούθησης χαμηλής τάσης
Η τοποθέτηση πολλαπλών SPD στις ευαίσθητες εισόδους και η σωστή εξισορρόπηση δυναμικών είναι κρίσιμη.
3. Αντίστροφη ώθηση δυναμικού εδάφους
Όταν κεραυνός χτυπά κοντά και το ρεύμα διαδίδεται μέσω της γείωσης:
- Μπορεί να καταστρέψει κουτιά σύνδεσης,
- Να υπερφορτώσει μπαταρίες,
- Να στείλει ανάστροφα κύματα στην πλευρά του δικτύου.
Εάν η γείωση δεν έχει σχεδιαστεί σωστά ή μοιράζεται με το δίκτυο του κτιρίου, ο κίνδυνος αυξάνεται. Συνιστάται τιμή αντίστασης ≤4Ω, απομόνωση από άλλες γειώσεις και εγκατάσταση περιοριστών.
Πρέπει κάθε φωτοβολταϊκό έργο να διαθέτει αλεξικέραυνο;
1. Είναι απαραίτητο σε κάθε περίπτωση;
2. Κρίσιμα σημεία προσοχής κατά την εγκατάσταση αλεξικέραυνου
Ακόμα και όταν ένα έργο πληροί τις προϋποθέσεις για την εγκατάσταση αλεξικέραυνου, είναι απαραίτητο να τηρούνται οι ακόλουθες απαιτήσεις για να διασφαλιστεί η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια του συστήματος:
- Το αλεξικέραυνο πρέπει να είναι υψηλότερο από τα φωτοβολταϊκά πάνελ και να σχηματίζει κώνο προστασίας, ιδανικά με γωνία κάλυψης μικρότερη ή ίση με 45°, για πλήρη σκίαση κινδύνου.
- Η απόσταση μεταξύ του αλεξικέραυνου και των πάνελ πρέπει να είναι ≥5 μέτρα, ώστε να αποφευχθεί η δημιουργία σκιάς που επηρεάζει την παραγωγή ενέργειας.
- Η αντίσταση γείωσης του αλεξικέραυνου συνιστάται να είναι ≤4Ω και να συνδέεται σε αξιόπιστο δίκτυο γείωσης, ώστε να αποτραπεί η εμφάνιση “ψευδο-γείωσης”.
- Οι αγωγοί καθόδου πρέπει να τοποθετούνται κατά μήκος εξωτερικών τοιχωμάτων ή δομικών στοιχείων, ώστε να αποφεύγονται διασταυρώσεις με φωτοβολταϊκά καλώδια που μπορεί να προκαλέσουν επαγωγική τάση.
- Η εγκατάσταση πρέπει να πραγματοποιείται από αδειοδοτημένες ηλεκτρολογικές επιχειρήσεις και να συμμορφώνεται με τα πρότυπα προστασίας κτιρίων από κεραυνούς (όπως IEC 62305 ή GB 50057).
Διάγραμμα δομής συστήματος αλεξικέραυνου
Εάν ένα αλεξικέραυνο εγκατασταθεί λανθασμένα, μπορεί να προσελκύσει τον κεραυνό χωρίς να τον εκφορτίσει σωστά, επιδεινώνοντας τον κίνδυνο για το σύστημα. Επομένως, είναι απολύτως απαραίτητο να εφαρμόζονται αυστηρά οι τεχνικές προδιαγραφές και να αποφεύγονται αυθαίρετες τοποθετήσεις “για λόγους ψυχολογικής ασφάλειας”. Η ανάγκη για εγκατάσταση πρέπει να αξιολογείται κατά περίπτωση, λαμβάνοντας υπόψη το ύψος του κτιρίου, τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τον κίνδυνο καταιγίδων.
Ποια έργα φωτοβολταϊκών πρέπει να επενδύσουν σε πλήρες σύστημα αντικεραυνικής προστασίας;
Η αντικεραυνική προστασία δεν είναι απαραίτητη για κάθε έργο φωτοβολταϊκών. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις —λόγω κόστους, κινδύνου και κανονιστικής συμμόρφωσης— η συστηματική προστασία από τους κεραυνούς έχει περάσει από το στάδιο της “σύστασης” σε αυτό της “αναγκαιότητας”. Οι ακόλουθες τρεις χαρακτηριστικές περιπτώσεις απαιτούν προτεραιότητα στην κατασκευή πλήρους συστήματος προστασίας.
1. Συστήματα που εγκαθίστανται σε περιοχές με υψηλή κεραυνική δραστηριότητα
Αν το έργο βρίσκεται σε παράκτιες περιοχές της Μεσογείου, ορεινά υψίπεδα ή παραθαλάσσιες ζώνες με συχνές καλοκαιρινές καταιγίδες, τότε απαιτείται ολοκληρωμένος σχεδιασμός αντικεραυνικής προστασίας — ακόμα και για μικρού μεγέθους εγκαταστάσεις. Παρότι η πιθανότητα άμεσου πλήγματος μπορεί να είναι χαμηλή, η συνεχής έκθεση αυξάνει τον κίνδυνο φθοράς εξαρτημάτων ή και πυρκαγιάς.
Συνιστάται η χρήση διπλού συστήματος προστασίας: εξωτερικά με αλεξικέραυνα και δακτύλιους ισοδυναμικού δυναμικού, και εσωτερικά με πολύ-επίπεδους SPD πλευράς αντιστροφέα και προστασία στις θύρες επικοινωνίας. Εφόσον απαιτείται, μπορούν να προστεθούν απομονωτές τροφοδοσίας για αυξημένη ασφάλεια.
2. Συστήματα που περιλαμβάνουν εξοπλισμό χαμηλής τάσης, όπως αποθήκευση ή έξυπνα συστήματα ελέγχου
Σε φωτοβολταϊκά έργα με συστήματα αποθήκευσης, παρακολούθησης, RS485 επικοινωνίας ή απομακρυσμένο έλεγχο, τα εξαρτήματα χαμηλής τάσης είναι εξαιρετικά ευάλωτα σε επαγωγικές υπερτάσεις. Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο σε βιομηχανικές στέγες, αγροτικά θερμοκήπια ή απομακρυσμένους σταθμούς συλλογής δεδομένων, όπου η πιθανότητα διακοπών επικοινωνίας και απώλειας δεδομένων είναι υψηλή.
Αυτού του τύπου τα συστήματα πρέπει να ενισχύσουν την εσωτερική προστασία: τοποθέτηση πολύ-επίπεδων SPD σε διεπαφές επικοινωνίας, πλευρά αποθήκευσης και χαμηλής τάσης του αντιστροφέα, διασφαλίζοντας πλήρες ισοδυναμικό κύκλωμα και αποφυγή επαγωγικών παρεμβολών στα δίκτυα επικοινωνίας.
3. Έργα σε ελαφριές, ακάλυπτες στέγες χωρίς δομική προστασία
Αγροτικά κτίρια, θερμοκήπια, ή μικρές αποθήκες συχνά χρησιμοποιούν λεπτές κατασκευές όπως μεταλλικά φύλλα ή πάνελ sandwich, χωρίς τοιχοποιία ή εμπόδια. Αυτές οι δομές είναι επιρρεπείς σε άμεσους κεραυνούς. Επίσης, συνήθως δεν διαθέτουν ενσωματωμένο δίκτυο γείωσης ή αντικεραυνικό σχεδιασμό, καθιστώντας τις ευάλωτες σε διατρητικές ζημιές και διαρροές.
Συνιστάται η χρήση ελαφρού εξωτερικού αντικεραυνικού σχεδίου χωρίς επιπλέον δομικό φορτίο: αλεξικέραυνα μικρού βάρους, βασικοί αγωγοί καθόδου και ανεξάρτητη γείωση, ενσωματωμένα με επιλεγμένα εξαρτήματα προστασίας για τη δημιουργία οικονομικού και αποδοτικού κυκλώματος ασφάλειας.
Πώς να κατασκευάσετε ένα “επαρκές” σύστημα αντικεραυνικής προστασίας με το χαμηλότερο δυνατό κόστος;
Δεν απαιτείται κάθε φωτοβολταϊκό έργο να εγκαταστήσει ένα πλήρες, περίπλοκο και δαπανηρό αντικεραυνικό σύστημα. Υπό τον όρο περιορισμένου προϋπολογισμού και διαχειρίσιμου κινδύνου, ο κατάλληλος τεχνικός σχεδιασμός και η απλοποιημένη αρχιτεκτονική μπορούν να εξασφαλίσουν την καλύτερη σχέση απόδοσης/κόστους. Οι παρακάτω τρεις συστάσεις μπορούν να χρησιμεύσουν ως οδηγός για τις επιχειρήσεις κατά τη φάση της υλοποίησης.
1. Η εξωτερική προστασία πρέπει να είναι απλή, όχι όμως ανύπαρκτη
Για φωτοβολταϊκά μικρομεσαίας κλίμακας σε στέγες χωρίς σκίαση και με εμφανείς μεταλλικές κατασκευές, δεν είναι απαραίτητη η τοποθέτηση μεγάλου συστήματος αλεξικέραυνων. Ωστόσο, πρέπει να τοποθετηθούν βασικά μέτρα προστασίας όπως απλό αλεξικέραυνο ή αγωγός καθόδου με αξιόπιστη γείωση. Η χρήση ελαφρών βάσεων με ενσωματωμένους αγωγούς καθόδου, συνδεδεμένων με γείωση, δεν αυξάνει το φορτίο της κατασκευής και αποτελεί μία από τις πιο οικονομικές λύσεις.
2. Η εσωτερική προστασία πρέπει να δίνει προτεραιότητα στα κρίσιμα σημεία
Αν το σύστημα περιλαμβάνει εξοπλισμό χαμηλής τάσης (όπως αποθήκευση, παρακολούθηση, απομακρυσμένη συλλογή δεδομένων κ.λπ.), τότε τα SPD πρέπει να τοποθετηθούν κατά προτεραιότητα στις διεπαφές επικοινωνίας, στις εισόδους των αντιστροφέων και στους πίνακες σύνδεσης. Η χρήση εναλλάξιμων SPD διευκολύνει τη συντήρηση και μειώνει το λειτουργικό κόστος.
3. Μείωση κόστους μέσω εγγενών χαρακτηριστικών προστασίας των πάνελ
Ορισμένα προηγμένα φωτοβολταϊκά πάνελ περιλαμβάνουν προεγκατεστημένες διόδους παράκαμψης, δομές χαμηλής επαγωγής ή βελτιωμένα σημεία γείωσης, συμβάλλοντας έτσι στην απορρόφηση επαγωγικών υπερτάσεων και επιστροφών δυναμικού από τη γείωση. Στο στάδιο επιλογής εξοπλισμού, η προτίμηση αυτών των προϊόντων επιτρέπει μια στρατηγική “ελαφριάς προστασίας + συνεργασία εξαρτημάτων” που μειώνει σημαντικά το συνολικό κόστος αντικεραυνικής προστασίας.
Για έργα BIPV (φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα στο κτίριο), συνιστάται η ενσωμάτωση των μέτρων προστασίας (αλεξικέραυνα, γείωση, SPD) ήδη από το στάδιο του σχεδιασμού, ώστε να επιτευχθεί η καλύτερη σύνδεση μεταξύ δομής και ασφάλειας.
Κατά την υλοποίηση της αντικεραυνικής προστασίας, μην παραμελείτε τα εξής:
- Τα καλώδια φωτοβολταϊκών πρέπει να τοποθετούνται μακριά από μεταλλικά στοιχεία οροφής (όπως κεραίες, θερμοσίφωνες), για αποφυγή επαγωγικής όδευσης.
- Όλα τα καλώδια που διαπερνούν τοίχους ή στέγες πρέπει να είναι σφραγισμένα, ώστε να αποφεύγονται οι εισροές υγρασίας και οι κίνδυνοι πυρκαγιάς.
- Τα SPD πρέπει να ελέγχονται περιοδικά για φθορές, χαλαρές ή σκουριασμένες συνδέσεις.
- Απαγορεύεται η τοποθέτηση αντικειμένων πάνω στα πάνελ, για αποφυγή σκίασης, θερμών σημείων και ενδεχόμενης ανάφλεξης.
Συμπέρασμα
Το καλοκαίρι, οι καταιγίδες είναι συχνές και η προστασία των φωτοβολταϊκών συστημάτων από κεραυνούς δεν πρέπει να αποτελεί απλώς ζήτημα τυπικής συμμόρφωσης. Είναι βασικό στοιχείο για τη μακροχρόνια σταθερή λειτουργία και την απόδοση της επένδυσης. Από την επιλογή του έργου και την ανάλυση του κλίματος, έως τη διαμόρφωση της ηλεκτρικής δομής, κάθε λεπτομέρεια επηρεάζει την πραγματική αξία της αντικεραυνικής επένδυσης.
Μόνο μέσω διαστρωματωμένης αξιολόγησης, αντιστοίχισης σεναρίων και σωστής εφαρμογής των μέτρων, μπορεί να διασφαλιστεί η ασφαλής παραγωγή ενέργειας — ώστε το φωτοβολταϊκό σύστημα να προσφέρει αξιόπιστα κέρδη στον τελικό χρήστη.
Από το 2008, η Maysun Solar αφιερώνεται στην παραγωγή υψηλής ποιότητας φωτοβολταϊκών μονάδων. Η γκάμα μας από ηλιακούς συλλέκτες, συμπεριλαμβανομένων των IBC, HJT, TOPCon και των ηλιακών σταθμών για μπαλκόνια, κατασκευάζεται με προηγμένη τεχνολογία, προσφέροντας εξαιρετική απόδοση και εγγυημένη ποιότητα. Η Maysun Solar έχει επιτυχώς δημιουργήσει γραφεία και αποθήκες σε πολλές χώρες και έχει αναπτύξει μακροχρόνιες συνεργασίες με κορυφαίους εγκαταστάτες! Για τις πιο πρόσφατες προσφορές σε ηλιακά πάνελ ή για οποιοδήποτε ερώτημα σχετικά με τα φωτοβολταϊκά, επικοινώνησε μαζί μας. Δεσμευόμαστε να σε εξυπηρετήσουμε και τα προϊόντα μας παρέχουν αξιόπιστη εγγύηση.
Βιβλιογραφία
IEC. (2010). IEC 62305 – Προστασία από κεραυνούς. Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (International Electrotechnical Commission). https://webstore.iec.ch/publication/2472
Phoenix Contact. (2023). Προστασία από κεραυνούς και υπερτάσεις για φωτοβολταϊκά συστήματα. Phoenix Contact GmbH & Co. KG. https://www.phoenixcontact.com/en-us/products/lightning-and-surge-protection
SMA Solar Technology AG. (2022). Τεχνικές πληροφορίες – Προστασία από υπερτάσεις για αντιστροφείς (inverters). SMA Solar Technology AG. https://www.sma.de/en/products/solar-inverters.html
Meteonorm. (2024). Παγκόσσια μετεωρολογική βάση δεδομένων για μηχανικούς και σχεδιαστές. Meteotest AG. https://meteonorm.com
Μπορεί επίσης να σας αρέσει：