De verschillende componenten in een pv-installatie.

Beschermen tegen brand

Als in een pv-systeem een kortsluiting plaatsvindt tussen actieve delen onderling of ten opzichte van beschermingsleidingen, dan kunnen er onbedoelde stromen lopen die een brand kunnen veroorzaken. Om te controleren of een pv-systeem geïsoleerd blijft (klasse II) gedurende de levensduur van het systeem, moet een isolatiebewakingstoestel worden geïnstalleerd. Dit is niet nodig als de omvormer de isolatieweerstand bewaakt en afschakelt bij een isolatiefout en als een van de actieve DC-geleiders is vereffend (bepaling 712.421.8). In deze laatste situatie wordt de installatie afgeschakeld door een foutstroom omdat hierbij niet sprake is van een zwevend net. Om te grote (fout)stromen te voorkomen door pv-panelen zijn de volgende eisen gesteld:

•    Pv-strengen, die bestaan uit een gelijk aantal dezelfde pv-panelen, mogen parallel worden aangesloten op de omvormer. Echter, bij drie of meer pv-strengen moet worden voorkomen dat er (bij een defect in één streng) te grote retour-foutstromen door het defecte paneel met de sluiting gaan lopen. Om oververhitting bij de plaats met het defect te voorkomen, moeten in elke streng beveiligingstoestellen (smeltpatronen of installatieautomaten) worden toegepast. De beveiligingstoestellen moeten zowel in de plus- als de min-leiding worden toegepast.

•    Om overbelasting van de pv-AC-voedingsleiding tussen de verdeler en de omvormer te voorkomen moet een pv-installatie op een aparte eindgroep in de schakel- en verdeelinrichting worden aangesloten. Op deze groep mogen geen andere toestellen of wcd’s zijn, of kunnen worden aangesloten. Deze pv-AC-voedingsleiding moet een doorsnede hebben die is afgestemd op het voorliggende beveiligingstoestel en de ontwerpstroom van de omvormer.

Beschermen tegen overspanningen

Overspanningsbeveiligingen moeten ook in de DC-zijde van de pv-installatie worden geïnstalleerd als dat nodig is op basis van de risicoanalyse die van toepassing is op de gehele elektrische installatie, zoals beschreven in bepaling 443. Ook al is het op basis van bepaling 443 niet noodzakelijk, dan nog moeten overspanningsbeveiligingen in het DC-systeem worden toegepast als de lengte van de DC-leidingen op het dak, een kritische lengte overschrijden. Deze kritische lengte kan als volgt worden berekend:

1.  Bepaal de afstand van de totale leidinglengte tussen het aansluitpunt van de DC-leiding (op het verste paneel) en het aansluitpunt op de omvormer. Bij meerdere pv-array’s: kies de langste leiding.

2.  Bepaal de kritische lengte met de tabel. Bepaal het gemiddelde aantal blikseminslagen/km² op de locatie. In NEN-EN-IEC 62305-2, bijlage A.1, staat een kaart met het gemiddelde aantal inslagen/km². Dit getal (Ng in tabel 1) ligt voor Nederland gemiddeld op zo’n 2 à 3.

Is de pv-leiding langer dan de kritische lengte volgens de tabel, dan is beveiligen tegen overspanning in het DC-circuit verplicht. Is de lengte kleiner; dan hoeft het niet.

Welke overspanningsbeveiligingen geschikt zijn voor welke situatie staat beschreven in bepaling 712.534.x. Om overspanningen door inductie te voorkomen is het belangrijk dat het oppervlak van lussen tussen de afzonderlijke (DC-)leidingen zo klein als mogelijk wordt gehouden. Praktisch betekent dit dat de plus- en min-leidingen bijvoorbeeld bij elkaar moeten worden gemonteerd.

Bliksembeveiliging

Als een opvanginrichting van een uitwendige blikseminstallatie op het object aanwezig is, moet er naar worden gestreefd om de pv-panelen en het draagsysteem in een beveiligd gebied te plaatsen. Hiervoor kunnen vrijstaande opvangers of een vangleiding nabij – maar niet te dicht bij – de panelen worden geplaatst. Om overslag bij een blikseminslag te voorkomen tussen een blikseminstallatie en het pv-systeem moet tussen het pv-systeem (panelen, draagsysteem en DC-leidingen) en elk deel van de uitwendige blikseminstallatie een minimale scheidingsafstand (S) worden aangehouden. In NEN-EN-IEC 62305-3: 6.3 staat beschreven hoe deze afstand (S) kan worden berekend. Hieronder staat een versimpelde rekenmethode die uitgaat van lucht tussen de twee geleiders.

Als de afstand tussen de blikseminstallatie en het pv-systeem kleiner is dan 50 cm, dan moeten beide worden vereffend met elkaar.

S = Ki x Kc x l Waarbij:

S de minimale scheidingsafstand in meters,
Ki factor op basis van het Light Protection Level: LPL I = 0,08, LPL II = 0,06, LPL III en IV = 0,04,
Kc het aantal afgaande leidingen om het object,
l de lengte in meters tussen het verste punt op het dak tot aan het punt waar de afgaande leiding is vereffend aan het aardsysteem in het gebouw (meestal beneden bij het gebouw).

Pv-systeem in beschermd gebied.

Eisen materieel

Alle materialen en componenten van de pv-installatie moeten voldoen aan specifieke normen. In NEN 1010:2015, bepaling 712.5, zijn de normen vermeld voor de pv-onderdelen. Het materiaal dat buiten wordt toegepast moet een beschermingsgraad hebben ≥ IP44 en een beschermingsgraad tegen uitwendige mechanische stootbelasting ≥ IK07.

Aanduidingen

Om veiligheidsredenen moeten betrokken personen, zoals gebruikers, monteurs, inspecteurs, hulpverleners (brandweer en dergelijke) worden gewaarschuwd voor de aanwezigheid van een pv-systeem. Ook al is de pv-installatie gescheiden van het net, dan nog staat er spanning op het DC-systeem waardoor er een risico van een elektrocutie- en/of brand is. De aanwezigheid van een pv-installatie moet met een embleem, bijvoorbeeld een sticker, worden aangeduid. Op enkele onderdelen moeten specifieke stickers worden aangebracht.

Leidingen en verbindingen

Leidingen moeten zo worden aangelegd dat de kans op aardsluiting en kortsluiting en overspanningen door inductie zo klein mogelijk is. Naast het type leiding is het belangrijk dat de leidingen deugdelijke worden bevestigd. Materialen daarvoor moeten bestand zijn tegen uitwendige invloeden, zoals zonnestraling (UV-licht), wind, water en sneeuw.

De doorsnede van de DC-leidingen moet worden berekend bij een omgevingstemperatuur van minimaal 70 °C (bepaling 712.523.10).
DC-connectoren waarmee leidingen aan elkaar worden verbonden, moeten voldoen aan NEN-EN-IEC 62852, op een manier dat ze goed bij elkaar passen. Verschillende merken onderling zijn wellicht niet compatibel en daardoor samen ongeschikt. Het is daarom alleen toegestaan een stekker en contrastekker van een verschillend fabricaat toe te passen als beide fabrikanten de compatibiliteit onderschrijven.

Als DC-connectoren worden toegepast op een plaats die bereikbaar is door leken, dan moeten connectoren:
•    worden toegepast, die alleen met gereedschap zijn te openen;
•    zijn ondergebracht in een behuizing die alleen met een sleutel of gereedschap is te openen.

Tabel 1. Bepalen van de kritische lengte.

Aardlekschakelaar

Een aardlekschakelaar kan verplicht zijn om toe te passen als foutbescherming of als aanvullende bescherming (zie hoofdstuk 4 van NEN 1010: 2015). Als een aardlekschakelaar wordt toegepast in de schakel en verdeelinrichting in de voedingsketen naar de omvormer, dan moet deze wellicht ook uitschakelen als er door een fout DC-stromen gaan lopen. Hiervoor is een type B-aardlekschakelaar geschikt.

Als er maatregelen zijn getroffen waardoor er geen fout-DC-stromen kunnen lopen, dan kan een type A-aardlekschakelaar worden toegepast. Dit is bijvoorbeeld het geval als:
•    de omvormer ten minste voorziet in een enkelvoudige scheiding tussen de AC- en de DC-zijde;
•    de installatie ten minste voorziet in een enkelvoudige scheiding tussen de omvormer en het toestel voor aardlekbeveiliging door gescheiden wikkelingen van een transformator;
•    de omvormer volgens een verklaring van de fabrikant geen toestel voor aardlekbeveiliging van het type B nodig heeft (omdat deze inwendig bijvoorbeeld over een soortgelijke beveiliging beschikt).

Lastscheiders

Om veilig onderhoud aan, en vervanging van de omvormer mogelijk te maken, moeten er lastscheiders in de pv-installatie worden toegepast. Deze moeten zowel in de AC- als DC-zijde worden geïnstalleerd. Let erop bij de keuze van een lastscheider in het DC-circuit, dat deze geschikt moet zijn om DC-stromen te scheiden.

Bij het verbreken van een DC-circuit ontstaat een intense vlamboog. Als een stroomvoerend DC-circuit spontaan wordt onderbroken, dan zal de vlamboog de verbinders beschadigen. Als deze vervolgens weer aan elkaar worden bevestigd, is de kans reëel dat er een verhoogde overgangsweerstand ontstaat met een sterk verhoogd brandgevaar. Om onbedoeld verbreken van de stroomkring te voorkomen moeten onbevoegden geen toegang hebben tot plaatsen waar scheiding mogelijk is. Voorbeelden hiervan zijn de behuizingen waar verbindingen in het DC-systeem zijn gemaakt.

Aan de AC-zijde moet bij de keuze van de scheider (de installatieautomaat of de aardlekautomaat) worden gelet op de polariteit van de beveiliging.

Tabel 2. De verschillende normen per pv-component.

Aarding en potentiaalvereffening

Aardingsinstallaties kunnen om verschillende reden worden toegepast:
•    veiligheidsaarding om bij een aardsluiting de installaties automatisch te laten afschakelen (foutbescherming);
•    veiligheidsaarding als vereffening om een (te groot) potentiaalverschil tussen twee of meer gelijktijdig aanraakbare delen te voorkomen;
•    om bliksemstromen te voeren;
•    om aangesloten apparatuur storingsvrij te laten functioneren.
Een pv-DC-installatie is meestal een zwevend net waarbij uitsluitend klasse II-materiaal wordt toegepast. Aan de foutbescherming is hiermee voldaan. Om deze reden hoeven pv-panelen dan in het algemeen ook niet met een beschermingsleiding worden verbonden (fabrikanten schrijven voor hoe materiaal moet worden toegepast).
Een metalen stellage of draagframe op het dak is geen vreemd geleidend deel dat volgens bepaling 411.3.1.2 met een beschermende vereffeningsleiding moet worden verbonden. Dit geldt als het bij normaal gebruik niet bereikbaar is voor personen (op een dak is dat gangbaar). Het kan wel nodig zijn om metalen frames en metalen ladderbanen, -buizen of -kabelgoten enzovoort, te vereffenen. Redenen om dit te doen kunnen zijn:
•    Bij een omvangrijke installatie kan er een spanning op deze metalen delen komen te staan door capacitieve koppeling met leidingen. Door te vereffenen wordt een eventuele ontlading via het lichaam voorkomen als een omvangrijke installatie wordt geladen. De vereffeningsleidingen moeten voor deze situatie een doorsnede hebben ≥ 4 mm².
•    Als er een uitwendige blikseminstallatie op hetzelfde dak aanwezig is en de volledige pv-installatie niet in een beschermd gebied ligt en/of de afstand S tot de uitwendige blikseminstallatie onvoldoende groot is, wordt geadviseerd de metalen delen van het pv-systeem (draaginrichting, kabelgoten en dergelijke) te vereffenen met de blikseminstallatie.

Opmerking: als een pv-installatie is vereffend met de bliksem-installatie en er doet zich een blikseminslag voor, dan lopen er deelstromen (kilo-Ampères) door de pv-installatie. Deze grote stromen creëren hoge potentiaalverschillen. Een aanzienlijke schade in vooral de hele pv-installatie, maar ook in andere delen van de elektrische installatie is dan een reëel risico. De schade is te beperken door het toepassen van overspanningsbeveiligingen.

Als verbindingen tussen koperdraden en metalen draagframes en dergelijke worden gemaakt, is het belangrijk om geschikte verbinders te kiezen of de verbindingen zodanig te maken dat ze niet corroderen ondanks het contactpotentiaal tussen aluminium en koper. Als het draadframe en de panelen zijn vereffend, dan kan met de vereffeningsleiding op een eenvoudige manier de isolatieweerstand van het systeem worden bewaakt (met een isolatiebewakingstoestel) of gemeten (bij een inspectie). Deze ‘vereffeningsleidingen’ worden dan functionele vereffeningsgeleiders genoemd.

Inspectie

Voor oplevering moet een inspectie plaatsvinden. In deel 6 van NEN 1010:2015 staat de algemene inspectie beschreven. NEN-EN-IEC 62446 geeft aanvullende eisen voor documentatie van het systeem, de beproeving voordat het systeem in bedrijf wordt genomen, en de eerste inspectie.

Tekst: Anton Kerkhofs
Fotografie: Industrie