Teknikblogg

Överspänningsskydd:

Detta inlägg kommer ta upp överspänningsskydd, förklara hur de fungerar samt hur de installeras. Överspänningsskydd är en produkt som ökar säkerheten på en solcellsanläggning och, precis som namnet antyder, ett skydd mot överspänning. En överspänning är en oönskad spänning som är en impuls mot växelriktaren som kan skada dess elektronik. Detta skall inte förväxlas med blixtnedslag, som i princip ingen elektronik kan stå emot. Ett tips till de installatörer där ute som installerar solcellsanläggningar där befintliga blixtavledningssystem finns installerade: ta hjälp av proffs för att alltid se till att befintliga system inte sätts ut funktion.

Vad säger installationsreglerna (om DC-skydd)?

  • 443.101 Skydd mot transienta överspänningar
    Där skydd mot transienta överspänningar fordras enligt avsnitt 443 ska skyddet också omfatta solcellsinstallationens likströmssida. Beroende på avståndet mellan omriktaren och elinstallationens anslutningspunkt kan ytterligare skydd mot transienta överspänningar fordras på växelströmssidan.
  • 534.102 Val och montering av överspänningsskydd på likströmssidan
    Överspänningsskydd som installeras på solcellsinstallationens likströmssida ska uppfylla fordringarna i SS-EN 50539-11.
  • 534.102.1 Val av överspänningsskyddets provningsklass

I allmänhet ska överspänningsskydd vara provade enligt klass II. Om skydd mot direktträffar av åska erfordras och separationsavståndet S enligt SS-EN 62305-3 inte uppfylls ska överspänningsskydd som är provade enligt klass I användas (i allmänhet i kombination med överspänningsskydd som är provade enligt klass II).

Riskanalys

I Elinstallatörsreglerna avsnitt 712.443.101 står det hur en riskanalys skall genomföras för att bedöma om ett överspänningsskydd måste användas eller ej. Detta blogginlägg tar ej upp riskbedömningen utan lämnar detta till läsaren

Vad säger Länsförsäkringars Faktablad 27?

"Åskskydd ska monteras enligt elinstallationsreglerna. Där skydd mot transienta överspänningar fodras ska skyddet också omfatta solcellsinstallationens likströmssida och samordnas med övriga överspänningsskydd. På företag och lantbruk ska åskskydd alltid installeras"

Grundläggande Fakta

Det finns två sorters överspänningar som en solcellsanläggning kan utsättas för. Dels är det överspänning på likströmssidan (DC) och på växelspänningssidan (AC). Överspänning från AC sidan riskerar komma in via växelströmsnätet, vanligas via blixtnedslag i luftledningar eller annan elektrisk utrustning som sedan fortplantar sig i elnätet, till växelriktare. Bor du ute på landsbygden eller har luftledning till din fastighet ökar risken för överspänning på AC-sidan. Dessutom kan fel på elnätet orsaka för hög spänning. Det gäller att då ha skydd på sina apparater, speciellt om de kostar tio tusentals kronor, och det gäller inte bara växelriktare för din solcellsanläggning!

Överspänning kan också induceras till växelriktaren via DC-sidan. Då är det plus och minuskablarna som förlagts för långt ifrån varandra, vilket inducerar ett magnetfält i strängkablarna när åska finns i närheten av solcellsanläggningen. Detta benämns som EMC-problematik. För att råda bot på detta skall strängkablarna förläggas tätt uppe på taket. Rent praktiskt låter man kabeln från sista solpanelen löpa tillbaka längs strängen. Detta minimerar arean (se grön och röd area på bilden nedan) och detta minimerar möjligheten för solcellanläggningen att ta upp överspänning.

Restspänning

Om överspänning sker, exempelvis via ett blixtnedslag i en närliggande luftledning kan spänningen kan bli mycket hög och skada elektrisk utrustning. Om ett överspänningsskydd finns installerat ser skyddet till att minska överspänningen, men beroende på styrkan i åsknedslaget kan spänningen efter ett överspänningsskydd fortfarande vara så hög att den kan skada den elektriska utrustningen. Denna överspänning kallas kallas residual voltage eller restspänning. För att man skall ha ett än bättre skydd installeras ofta flera överspänningsskydd för att skydda ex. en växelriktare. Man designar då skyddssystemet så att det yttersta skyddet är det grövsta skyddet (skyddar mot kraftigast impuls) för att sedan använda finkänsligare skydd närmare sin(a) apparater.

För att erhålla ett komplett skydd på AC-sidan måste minst 2st separata skydd användas. Det finns inga skydd som inte släpper igenom en tillräckligt låg restspänning för att klassas som helt säkert. En fråga man som beställare skall ställa sig är: "vill jag vara säker på pappret eller i verkligheten?". Detta blir extra angeläget på exempelvis lantbruksinstallationer, där överspänningsskydd på både DC- och AC-sidan är obligatoriskt. Ett ensamt skydd på AC-sidan kanske håller försäkringshandläggaren nöjd, men kanske inte elingenjören som projekterat solcellsanläggningen!

Kort om provningsklasser

Observera att vissa skydd uppfyller testkraven för flera klasser, det betyder inte att man har dubbelt skydd, utan snarare att skyddet är flexibelt i sina användningsområden. Ett klass 2/3 kan aldrig ersätta ett klass 2 skydd och ett klass 3 skydd!

En medeltida liknelse

Man skulle kunna se sättet att designa sina överspänningsskydd som man designade borgar på medeltiden. Där hade man en yttre mur (och vallgrav) för att skydda sig. Därefter hade man en inre mur som gjorde att även om fienden tog sig igenom första muren fanns skydd att gömma sig bakom och försvara sig.

  • Vallgraven och yttre mur - Grovskydd klass 1
  • Inre muren - Mellanskydd klass 2
  • Borgen - Finskydd klass

Tillverkarspecifik information

Fronius

Fronius växelriktare har inget inbyggt överspänningsskydd, vare sig på likstömssidan eller växelströmssidan. Dock kan växelriktarna enkelt kompletteras med skydd för solpanelssträngarna.

Symo upp till 8,2kW

För samtliga Fronius växelriktare upp till 8,2kW kan en kompletteringssats användas. Denna skruvas fast inne i växelriktaren likt ett kretskort med endast 3 skruvar. Kitet har en signalkontakt ut från överspänningsskyddet vilket gör att användaren får ett larm via Solar Web i händelse av att överspänningsskyddet löser ut. Video: Länk

Fronius 10-20kW

För Fronius växelriktare mellan 10-20kW (samt ECO-versionen) kan överspänningsskydd installeras på den externa DIN-skenan som sitter under växelriktarens kåpa. Det finns plats för dubbla skydd för att skydda respektive MPPT. Observera också att överspänningsskydd med signalkontakt rekommenderas för att ansluta överspänningsskydden till en ingång på växelriktaren så att användaren får larm via Solar Web. 

SMA

Tripower 3-10kW

För SMAs tripowerserie från 3-10kW finns inget överspänningsskydd installerat. Ett externt skall i så fall installeras i en egen kapsling.

Tripower 15-25kW

För SMA Tripower 15000-25000 kan kasetter köpas till, dessa har artikelnummer: DC_SPD_KIT3-10

Core 1

SMAs Core One har kit som köpt till för både AC- och DC-skydd. Dessa är kassetter som skjuts in i hållare.

Ferroamp

Ferroamp skriver själva i sitt whitepaper att EnergyHub är konturerat och testat enligt IEC 62109-1 och IEC 62109-2 och därmed klarar nätanslutningen överspänningskategori III och likspänningsanslutningen överspänningskategori klass II, vilket motsvarar en testspänning på 4kV impuls och kan därmed närmast liknas med ett överspänningsskydd klass III. De interna skydden i EnergyHub klarar dock inte samma strömmar och pulsenergier, därför kan systemet kompletteras med både DC och AC-skydd klass II.

Skall man ha överspänningsskydd till SSO:er?

Det rekommenderas inte att man installerar DC-överspänningsskydd till Ferroamps SSO:er. Detta då de tillför kostnad och är en potentiell felkälla i installationer. På grund av mängden SSO:er som används vid installationer, dess placering och relativt ringa kostnad överväger nackdelarna med överspänningsskyddd. SSO:n är designad med ett dubbleisolerat utförande och tål 4kV impuls relativt jord, varför behovet av externa överspänningsskydd minskar.

Huawei

Samtliga av Huaweis modeller har inbyggda överspänningsskydd på DC och AC-sidan. Inga externa skydd behövs. Dock har är nackdelen att om ett skydd löser ut måste växelriktaren repareras vid en auktoriserad verkstad. Det är därför inte helt ovanligt vid mindre installationer att externa överspänningsskydd installeras då dessa är lättare att byta. Dock är det ingen garanti på att växelriktaren klarar sig vid ett eventuellt överslag.

Guld Sol Byggen Erbjudande DC-skydd

Erbjuder hela Mersens sortiment och kan på beställning ta hem samtliga produkter. Hör av dig till din lokala säljare om du har specifika önskemål

DC-skydd

AC-skydd

Vid Huvudcentral

Vid Undercentral

Vid växelriktare

I praktiken

Om växelriktaren har ett inbyggt klass 3 eller klass 2/3-skydd sätts ett klass 1/2 -skydd vid inkommande serviceledning.

Om växelriktaren inte har inbyggt AC överspänningsskydd används ett klass 1/2 eller ett rent klass 2 -skydd vid inkommande serviceledning och ett klass 2/3 vid växelriktaren

Om installationen sker vid ett lantbruk eller till en fastighet som ansluts med luftledning rekommenderas ett klass 1 skydd (83010100) vid inkommande serviceledning, ett klass II skydd i undercentral och ett klass II/III-skydd innan växelriktaren.

Sammanfattning

Överspänningsskydd är ett enkelt sätt att sova bättre om natten och ökar säkerheten i din solcellsanläggning. Överspänningsskydden kan ses som en halvförsäkring, då de är förbrukade då de löser ut. Dvs du betalar din försäkringspremie direkt. Se alltid till att skydda din anläggning, det räcker med ett överslag för att investeringen i överspänningsskydd skall betala sig tiofalt!

Det är viktigt att skydda din anläggning från både DC- och AC-sidan samt se till att det är rätt antal skydd och rätt klass för att rätt funktion skall erhållas.

Ta också en noggrann titt på de tillverkaren av växelriktare erbjuder, det finns smarta lösningar som gör livet som anläggningsägare enklare!

Smart meter, en smart elmätare:

Detta inlägg i teknikbloggen kommer ta upp en allt vanligare produkt som installeras i solcellsanläggningar, nämligen smart meter. Många har missuppfattat funktionaliteten hos en smart meter samt vad den kan användas till. Trevlig läsning!

Smart meter

Smart meter är en extern mätare som kopplas ihop med växelriktaren. Med en smart meter kan man visualisera högupplöst data, både i app och via portal, samt man får möjlighet att styra växelriktaren. Vanligtvis kopplar man in en smart meter av samma tillverkare som sin växelriktare, men det finns också tredjeparts-mätare som fungerar lika bra. Kontrollera dock kompabiliteten innan ditt köp!

Figur 1. Olika typer av smarta mätare. Både direktmätare och mätning med strömtransformatorer på olika modeller. Här SMA, Fronius, Huawei och SolarEdge.

Strömtransformatorer & Rogowski-kärnor

Om växelriktaren fungerar med direktmätning görs detta vanligtvis upp till 63A. Därefter måste samtliga växelriktare ha speciella strömmätare, även kallade strömtransformatorer. Dessa kläms runt serviskablarna och mäter strömmen som passerar genom strömtransformatorn.

Figur 2. Strömtrafos i storlekarna 50A, 100A & 250A.

Strömtransformatorernas mätfel är proportionellt mot den nominella strömmen. Det innebär att man, för mest exakta mätning, skall använda trafos som är lagom stora. Exempelvis 50A eller 100A till en villa.

Vid större strömmar, eller om det är ont om plats i elcentralen kan rogowskikärnor vara lösninen. De ser ut som "armband" och kläms runt serviskablarna. Dessa är böjbara och mycket smidiga att jobba med, nackdelen är att de kräver separat 24V-anslutning.

Inkoppling av smart meter

En smart meter kopplas in vid huvudcentralen där den mäter all ström som passerar in och ut ur fastigheten. Om en smart meter kopplas in vid en undercentral kommer endast styrning kunna göras till den undercentralen samt data för produktion och konsumtion för just den punkten i elnätet kunna visualiseras. Det är eftersträvansvärt att koppla in smart metern så att all konsumtion kan visualiseras, även om det innebär en del extra kabeldragning om växelriktare och smart meter inte är på samma plats.

Notera också att smart metern kopplas in så att alla laster ligger mellan smart metern och växelriktaren. Det medför att växelriktaren vet produktion och export, då kan den alltid räkna fram konsumtionen.

Figur 4. Smart metern kopplas in vid inkommande el. Så att all el in och ut ur fastigheten.

Om en smart meter installeras kan export, konsumtion och själv-konsumtion tydligt ses i grafer i växelriktarens portal. Inte nog med att man får en tydlig vy över sin solel, och hur den används. Så får man också ett nytt verktyg för att analysera sin konsumtion och olika laster i sin fastighet.

Styrning och strypning av en växelriktare

Med en smart meter blir det möjligt att installera en större elektrisk anläggning an vad huvudsäkringen klarar av

Låt oss illustrera med ett exempel. En villa har 17kWp solpaneler, 16A huvudsäkring och en växelriktare på 15kW. Under en solig sommarförmiddag produceras 15kW solel från växelriktaren. 10kW egenkonsumeras av interna laster (så som laddning av elbil, tv, värmepump etc). Ut exporteras 5kW (15kW-10kW=5kW).

Om familjen lämnar hemmet (ex slutar ladda elbilen) så sjunker de interna lasterna. Smart metern går då in och ställer ner uteffekten så att man maximalt kan tillgodose exporten 16A/11kW och samtidigt tillgodose de interna lasterna, som nu är 2kW. Detta medför att uteffekten från växelriktaren är 13kW. Dvs även om den potentiellt kan producera 15kW och solen ligger på för en möjlig produktion av 15kW så plockas inte den effekten ut. Den stryps bort digitalt med växelriktarens MPPT-algoritm (obs den blir ej värme).

Om man haft ett batteri med ledig kapacitet, här i exemplet ett som kan ladda med max 7kW. Så kan växelriktaren, med hjälp av smart metern, styra så att både interna laster tillgodoses samt att batteriet kan laddas. I detta fall finns 6kW tillgängligt som kan exporteras (vilket är möjligt då huvudsäkringen är på 16A/11kW).

Sammanfattningsvis kan man likna styrningen med bilkörning:

  • Utan smart meter - "Dum strypning" (en bil utan ratt)
  • Med smart meter - "smart styrning" (en bil med ratt)
  • Med smart meter och batteri - (en bil med ratt, gas- och bromspedal)

Produktspecifik information

Fronius

Fronius har nyligen uppdaterat sina smarta mätare för att vara kompatibla med nya Gen24. För info om GEN24, se Teknikbloggens inlägg 7.

Fronius installationsvideo: Länk

Huawei

Huawei har en variant av smart meter som är direkt kompatibel med Huaweis växelriktare. Det finns ett antal tredjepartsväxelriktare som också är kompatibla (se manualen för uppdaterad lista). Smart metern kan anslutas både direkt till växelriktaren eller till en smart logger.

SMA

SMAs smarta mätare ansluts med ethernetkabel vilket underlättar installationen. För integrering och styrning i det smarta hemmet rekommenderas Sunny Home manager för privat bruk och för kommersiella applikationer Data manager M Powered by EnnexOS tillsammans med SMA Energy Meter

Länkar SMA (EnnexOS):
Unboxing och installation: Länk
Driftsättning: Länk
Modbus device registration: Länk
Effektstyrning: Länk

Ferroamp

Samtliga Ferroampsystem levereras med strömtrafos som ansluts direkt till EnergyHub. Observera att Rogowski-spolarna endast är kompatibla med Energy Hub XL. Samtliga ferroamps energyhub har smart metern inbyggd

SolarEdge

SolarEdge installationsvideo: Länk

Slustsater

Smart meter är ett bra verktyg, både för att öka datanivån till din anläggning men också att kunna följa både konsumtion och produktion i samma gränssnitt. Den är också nödvändig vid batteriinstallationer och framtida styrning av laster. Även om man idag inte är redo att ta klivet till att installera batteri kan smart metern samla på sig viktig data för en framtida dimensionering.

Smartmeterns möjlighet att dynamiskt effektstyra solcellsanläggningar kan dessutom möjliggöra för större installation än huvudsäkringen "klarar". Det kan öga både egenanvändningen men också möjliggöra större installationer med begränsad export inför att nätägaren skall förstärka bakomliggande nät.

Teknikbloggens slutsats är såklart: alla borde ha en smart meter! ?

Vi guidar dig genom MC4-Djungeln:

Hur var det nu med MC4-kontakterna?

För aktörer på solcellsmarknaden har det länge varit känt att det är skillnad på en kontakt och en kontakt. Historiskt på svenska marknaden, med sina höga arbetskostnader, har många länge använt sig av snabbkontakter. Dessa har länge varit den vanligaste typen av kontakt som används i en solcellsinstallation. I takt med att branschen växer har också medvetenheten om standarder, regler och lagar ökat. Men det finns fortfarande kunskapsluckor att fylla. Därför kommer Guld Sol Byggen löpande presentera inlägg i Teknikbloggen, där detta är det första inlägget!

Så, om vi börjar från början: vad är en MC4-kontakt? MC4 står för Multi Contact (version 4). Bolaget Multi Contact köptes upp av det schweiziska bolaget Stäubli. De tillverkar kontakter i alla dess former och storlekar. De är idag den enda tillverkaren av vad som kallas MC4 original.

Bara för att en kontakt är "MC4-kompatibel" betyder det inte att de är typtestade och godkända att installera mot varandra. Det betyder att även om två olika fabrikat av kontakter klickar ihop, så betyder det inte att de faktiskt passar. Därför, om man lusläser manualer från både växelriktare och solpaneler så är det väldigt tydligt att samma tillverkare av kontakt måste användas i en installation.

När kontakter från olika tillverkare kopplas ihop finns det flera möjligheter till problem som kan bli förödande för en solcellsinstallation. Rent statistiskt är dessutom problem på DC-sidan i installationer överrepresenterade där en av de största orsakerna är just problem med MC4-kontakter. Faktum är att första branden har redan skett. En villa utanför Borås brann 2018 på grund av felaktig kontaktering på DC-sidan.

Hur skall man som installatör då resonera?

För det första så kommer man behöva skaffa sig djupare koll på vilka MC4-kontakter som är aktuella för respektive installation. Längst ned i detta inlägg listar Senergia sina produkter och vilka kontakter som skall användas. Det är också viktigt att rätt verktyg används samt att kontaktens montageinstruktioner. Kort och gott kan man säga att kontaktera är ett hantverk och det gäller att ha rätt krimptång.

Vad är det då som händer vid felaktig kontaktering? Det som kan hända är i slutändan att det blir varmgång i kontakten som till slut gör att resistansen inne i kontakten blir så stor att kontaktblecken brinner av och man får en ljusbåge. Problemen som kan uppkomma kan både vara problem med IP-klassning, ökad resistans i kontaktbleck eller olika material i kontakten som orsakar värmeproblem.

Det som kan hända för de installatörer som inte följer tillverkarens anvisningar gällande rätt kontakter kan i slutändan vara tunn is gällande försäkring vid ev. brand. Dessutom förvärkas garantier vilket kommer vara problematiskt vid reklamationsärenden.

Men, det finns en ytterligare aspekt som komplicerar det hela och det är när tillverkare av både solpaneler och växelriktare beställer tredjepartstester av exempelvis TÜV eller andra certifieringsinstitut. Dessa kan då gå i god för att just de kontakterna de använder är kompatibla mot exempelvis Stäublis MC4. Ett exempel på en sådan tillverkare är Trina Solar. På växelriktarsidan så gör SolarEde det liknande där de går i god för att deras optimerare är kompatibla med fler kontakter än just den som sitter i optimeraren som standard.

Det som också kan vara intressant att lyfta till debatten angående MC4-kontakter är problematiken med en avsaknad av standard. Att en bransch som är vital i omställningen mot ett förnyelsebart samhälle inte lunder de senaste 20 åren lyckats frambringa en gemensam standard för kontakter. Både med tanke på de stora problemen som finns med tanke på brand och säkerhet men också på de rent affärsmässiga grunderna. Är det verkligen rimligt att några få kontakttillverkare kan diktera villkoren till en hel bransch. Där man som installatör tvingas köpa just de certifierade eller godkända kontakterna. Om inte det görs riskerar man själv stå med ansvaret, då man inte följt tillverkarens anvisning och garantivillkor.

Kom-ihåg-lista (till solcellsinstallatörer)

  • Använd alltid samma tillverkares kontakt. Detta gäller både solpaneler, optimerare och växelriktare.
  • Använd rätt verktyg (både crimptång och vridnyckel)

Lista över MC4-kontakter hos Guld Sol Byggens leverantörer

Paneler:

Paneltillverkare Kontakt
Trina TS4
Longi Stäubli MC4
Phono Stäubli MC4

Växelriktare:
Fabrikat Kontakt Kommentar
SMA Sunclix Ingår vid leverans
Ferroamp Sunclix Kontakten sitter i SSOn. Ingår vid leverans.
Fronius Ingen kontakt Har skruvplint.
Huawei Stäubli MC4 Ingår vid leverans
SolarEdge Stäubli MC4
Amphenol H4
Amphenol UTX Växelriktaren har Stäbli MC4.
Canadian Solar T4 Optimeraren enligt lista nedan: