Schema de tablou electric pentru panouri fotovoltaice: ghid tehnic complet pentru protecții DC și AC

Mulți proprietari care instalează panouri fotovoltaice se concentrează pe numărul de panouri, pe puterea invertorului și pe prețul total al sistemului. Tabloul electric trece adesea pe locul doi, tratat ca un detaliu tehnic pe care îl rezolvă electricianul. Problema e că un tablou subdimensionat sau echipat greșit nu se vede imediat – se vede când apare un scurtcircuit pe șirul DC, când un fulger arde invertorul sau când ANRE refuză racordarea pentru că schema nu respectă normele.

Standardul de referință în România este SR HD 60364-7-712, care reglementează instalațiile fotovoltaice. Nu e un document complicat, dar conține câteva reguli pe care instalatorii mai puțin experimentați le ignoră – mai ales pe partea de curent continuu, unde greșelile sunt mai greu de detectat și mai costisitoare de remediat.

Acest ghid explică ce trebuie să conțină schema unui tablou electric pentru panouri fotovoltaice, de ce fiecare componentă există și cum se dimensionează corect pentru un sistem rezidențial tipic.

Rezumat:

1. Tabloul DC este obligatoriu dacă ai mai mult de un șir de panouri în paralel. Siguranțele pe fiecare string protejează împotriva curenților de retur care pot provoca incendii.
2. Descărcătoarele de supratensiune (SPD) nu sunt opționale. Un fulger la distanță poate distruge invertorul fără SPD, chiar dacă nu lovește direct instalația.
3. Siguranțele DC nu sunt interschimbabile cu cele AC. Curentul continuu nu are trecere prin zero – un MCB standard pentru AC nu stinge arcul electric și poate lua foc.
4. Tabloul AC se dimensionează după curentul nominal al invertorului, nu după puterea panourilor. Invertorul limitează curentul injectat în rețea.
5. Împământarea structurii metalice a panourilor este separată de împământarea electrică. Rezistența prizei de pământ trebuie verificată cu telurometrul – valoarea admisă este sub 4 ohmi pentru sisteme rezidențiale.

Structura unui sistem fotovoltaic și locul tabloului electric

Înainte de a intra în detalii despre tabloul electric pentru panourile fotovoltaice, merită să înțelegi cum circulă energia în sistem – pentru că tabloul electric nu e un element izolat, ci un nod de protecție între mai multe segmente cu caracteristici electrice diferite.

Un sistem fotovoltaic rezidențial tipic are trei segmente distincte:

1. Segmentul DC (curent continuu): de la panouri până la intrarea în invertor. Tensiunile pot ajunge la 600-1000 V DC în funcție de numărul de panouri conectate în serie.
2. Invertorul: convertește curentul continuu în curent alternativ la 230 V / 50 Hz (monofazat) sau 400 V (trifazat).
3. Segmentul AC (curent alternativ): de la ieșirea invertorului până la tabloul general al casei și, mai departe, la rețeaua de distribuție.
4. Sistemele moderne includ și baterii și acumulatori solari pentru stocarea surplusului de energie și utilizarea lui pe timp de noapte.

Tabloul electric pentru panouri fotovoltaice apare, de fapt, în două locuri: un tablou DC (numit și combiner box sau cofret DC) pe segmentul de curent continuu și un tablou AC pe segmentul de curent alternativ. Uneori sunt integrate fizic în același dulap, alteori sunt separate – depinde de distanța dintre panouri și invertor și de tipul invertorului.

Sistemele cu un singur șir de panouri (un singur string) conectat direct la invertor pot funcționa fără tablou DC separat, dacă invertorul are protecții integrate. Dar de îndată ce apar două sau mai multe șiruri în paralel, tabloul DC devine obligatoriu conform SR HD 60364-7-712.

Tabloul DC: ce conține și cum se dimensionează

Sursa foto: Magnific.com

Tabloul DC are rolul de a proteja cablurile și invertorul împotriva curenților de scurtcircuit și de supratensiune, și de a permite deconectarea în siguranță a șirurilor de panouri pentru intervenții de mentenanță.

Siguranțele pe fiecare string

Standardul de siguranță explică faptul că siguranțele pe string sunt necesare doar dacă numărul de șiruri în paralel este mai mare de doi. Formula de verificare este: 1,35 × I_mod_max_ocpr < (Ns – 1) × Isc_max, unde Ns este numărul de șiruri și Isc_max este curentul de scurtcircuit al unui panou la condiții standard (STC).

Dacă inegalitatea nu este satisfăcută, siguranțele sunt obligatorii. În practică, pentru sisteme rezidențiale cu 3 sau mai multe stringuri, siguranțele se montează întotdeauna – e mai simplu și mai sigur decât să faci calculul de fiecare dată.

Curentul nominal al siguranței se alege astfel: 1,1 × Isc_max ≤ In ≤ valoarea maximă a siguranței de serie specificată de producătorul panoului. Valoarea maximă a siguranței de serie (Maximum Series Fuse Rating) se găsește pe eticheta panoului sau în fișa tehnică – de obicei 15 A sau 20 A pentru panourile de 400-500 W.

Tipul de siguranță contează enorm: 

• Se folosesc exclusiv siguranțe fuzibile gPV (dedicate curentului continuu fotovoltaic) sau MCB-uri certificate pentru DC, bidirecționale. 
• Un MCB standard pentru curent alternativ nu poate fi folosit pe circuitul DC – curentul continuu nu are trecere prin zero, iar arcul electric format la deschidere nu se stinge singur. Rezultatul poate fi un incendiu în tablou.

Separatorul de sarcină DC

Siguranțele fuzibile nu sunt separatoare și nu pot fi deschise sub sarcină în condiții de siguranță. De aceea, tabloul DC trebuie să conțină și un separator de sarcină DC (sau un întreruptor DC), care permite deconectarea șirurilor de panouri înainte de orice intervenție la invertor sau la cabluri. De exemplu, anumite invertoare au separator integrat, dar e bine să existe și unul în tabloul DC, mai ales dacă distanța față de invertor este mare.

Bara de împământare și cablurile

Tabloul DC trebuie să aibă o bară de împământare (PE) la care se conectează ecranele cablurilor solare, carcasa tabloului și, dacă e cazul, conductorul de protecție al SPD-ului. Cablurile solare folosite pe segmentul DC trebuie să fie certificate pentru utilizare în exterior și la tensiuni DC ridicate – cablul solar standard are izolație dublă și rezistă la UV, umiditate și temperaturi între -40°C și +90°C.

Dimensionarea cablurilor se face pentru o cădere de tensiune sub 3% pe întregul traseu DC și pentru un curent permanent Iz mai mare decât Isc_max al șirului. În practică, pentru panourile de 400-500 W conectate în șiruri de 8-12 panouri, se folosesc cabluri de 4 mm² sau 6 mm² secțiune.

Tabloul AC: conexiunea la rețea și protecțiile necesare

Sursa foto: Magnific.com

Pe segmentul de curent alternativ, lucrurile sunt mai familiare – tensiunile și curenții sunt similari cu cei din instalația electrică obișnuită a casei. Cu toate acestea, există câteva particularități pe care mulți le ignoră.

Întreruptorul automat AC pentru invertor

Ieșirea invertorului se protejează cu un întreruptor automat (MCB) dimensionat la 1,1 × curentul nominal al invertorului, rotunjit la valoarea standard superioară. Pentru un invertor monofazat de 5 kW cu curent nominal de 22 A, se alege un MCB de 25 A.

Atenție la un detaliu pe care instalatorii îl omit uneori! Întreruptorul trebuie să fie bidirecțional sau să fie ales astfel încât să funcționeze corect indiferent de sensul curentului. Invertorul poate injecta curent în rețea (când produce mai mult decât consumă casa), deci curentul circulă în ambele sensuri prin acest întreruptor.

Diferențialul (RCD) pe circuitul invertorului

Dacă invertorul nu are transformator de izolare galvanică intern (și majoritatea invertoarelor moderne on-grid nu au), standardul impune montarea unui diferențial de tip B pe circuitul AC al invertorului. Diferențialul de tip A, cel mai comun în instalațiile casnice, nu detectează curenții de defect de curent continuu pulsatoriu – care pot apărea în cazul unui defect intern al invertorului. Diferențialul de tip B detectează atât curenții AC, cât și cei DC.

Mulți instalatori montează diferențial de tip A și consideră că e suficient. Total greșit! Producătorii de invertoare de calitate (Huawei, Fronius, SMA, Goodwe) specifică explicit în manualul tehnic ce tip de diferențial este necesar – citește acel manual înainte de a alege componenta.

Contorul bidirecțional și racordarea ca prosumator

Pentru sistemele conectate la rețea (on-grid), ANRE impune montarea unui contor bidirecțional care măsoară atât energia consumată din rețea, cât și energia injectată. Contorul se montează de către distribuitorul de energie (Electrica, E.ON, CEZ etc.) după aprobarea dosarului de prosumator – nu îl montezi tu. Dar schema tabloului tău trebuie să prevadă locul și conexiunile pentru acest contor.

SPD pe segmentul AC

Dacă distanța dintre tabloul general al casei și invertor depășește 10 metri, standardul recomandă montarea unui SPD Tip 2 suplimentar lângă invertor, pe segmentul AC. Tensiunea de protecție a SPD-ului AC trebuie să fie Uc = 255 V pentru rețeaua monofazată de 230 V.

Descărcătoarele de supratensiune (SPD): de ce contează și cum se aleg

Supratensiunile atmosferice sunt cauza numărul unu de defectare a invertoarelor în România, mai ales în zonele de câmpie și deal unde furtunile de vară sunt frecvente. Un fulger care lovește la câteva sute de metri de instalație poate induce o supratensiune de câteva kilovolți pe cablurile DC – suficient să ardă etajul de intrare al invertorului, chiar dacă fulgul nu lovește direct.

SPD-ul (Surge Protection Device) funcționează ca o supapă de presiune: în condiții normale, nu face nimic. Când tensiunea depășește pragul de protecție, SPD-ul conduce curentul de supratensiune spre pământ în câteva nanosecunde, protejând echipamentele din aval.

Cum alegi SPD-ul DC corect

Parametrul cel mai important este tensiunea de protecție continuă (Ucpv), care trebuie să fie mai mare sau egală cu tensiunea maximă în circuit deschis a șirului de panouri (VOC_max). VOC_max se calculează înmulțind VOC al unui panou la STC cu numărul de panouri din șir și cu un factor de corecție pentru temperaturi scăzute (de obicei 1,15 pentru România).

De exemplu, pentru un șir de 10 panouri cu VOC = 40 V fiecare: VOC_max = 10 × 40 × 1,15 = 460 V. SPD-ul ales trebuie să aibă Ucpv ≥ 460 V – în practică se alege un SPD de 500 V sau 600 V.

Al doilea parametru important este curentul nominal de descărcare (In), care trebuie să fie de minimum 5 kA pentru SPD Tip 2. Dacă instalația este în zonă cu risc ridicat de trăsnet sau nu există paratrăsnet, se recomandă SPD Tip 1+2 cu In ≥ 12,5 kA.

Montajul SPD-ului

SPD-ul se montează cât mai aproape de invertor, nu la capătul șirului de panouri. Cablul de împământare al SPD-ului trebuie să fie de minimum 6 mm² cupru și cât mai scurt posibil – fiecare metru în plus reduce eficiența protecției. Unele SPD-uri au indicator vizual de stare (verde = funcțional, roșu = consumat) – verifică-l periodic, mai ales după furtuni puternice.

Împământarea sistemului fotovoltaic

Împământarea unui sistem fotovoltaic are două componente distincte, pe care mulți le confundă sau le tratează ca pe una singură.

Împământarea de protecție electrică (PE)

Aceasta conectează carcasele metalice ale tablourilor, carcasa invertorului și, dacă e cazul, conductorul negativ al sistemului DC (în sistemele IT-DC) la priza de pământ. Scopul este să asigure un traseu de curent în caz de defect de izolație, astfel încât diferențialul sau siguranța să poată declanșa.

Împământarea structurii de montaj a panourilor

Structura metalică pe care sunt fixate panourile (șinele de aluminiu, suporturile) trebuie și ea conectată la pământ, dar aceasta este o împământare de protecție împotriva trăsnetului și a tensiunilor induse – nu neapărat aceeași priză de pământ cu cea electrică, deși pot fi conectate împreună dacă rezistența totală respectă valorile admise.

Rezistența prizei de pământ se verifică cu un telurometru și trebuie să fie sub 4 ohmi pentru sisteme rezidențiale. Dacă valoarea depășește acest prag, se adaugă electrozi suplimentari sau se extinde lungimea electrodului orizontal.

De retinut! Panourile fotovoltaice au cadru de aluminiu, iar aluminiul nu se conectează direct la cupru fără o clemă bimetalică – contactul direct între aluminiu și cupru în prezența umidității produce coroziune galvanică și crește rezistența de contact în timp.

Greșeli frecvente în schema tabloului electric pentru panourile fotovoltaice

Pe forumurile și comunitățile online de profil din România, anumite probleme revin constant în discuțiile despre instalații fotovoltaice. Nu sunt greșeli de neiertat, dar costă – fie în bani, fie în timp pierdut cu remedieri.

MCB-uri AC folosite pe circuitul DC

E greșeala cea mai periculoasă și, din păcate, destul de frecventă. Un MCB standard pentru 230 V AC are o tensiune nominală de utilizare de 230-400 V AC. Pe curent continuu, același MCB poate fi folosit doar la tensiuni mult mai mici (de obicei sub 60 V DC, conform fișei tehnice). La tensiunile DC din sistemele fotovoltaice (400-600 V), arcul electric format la deschidere nu se stinge – MCB-ul se poate topi sau lua foc.

SPD montat prea departe de invertor

Unii instalatori montează SPD-ul în tabloul DC de pe acoperiș sau lângă panouri, la 15-20 de metri de invertor. Problema e că supratensiunea se propagă pe cabluri și poate ajunge la invertor înainte ca SPD-ul să reacționeze, sau poate fi amplificată de inductanța cablului lung. SPD-ul trebuie să fie cât mai aproape de echipamentul pe care îl protejează.

Nici ordinea de montaj a SPD-ului față de celelalte protecții nu e mereu limpede pentru toată lumea. La un tutorial video despre protecțiile din tabloul DC, un utilizator a atras atenția că racordarea la SPD nu trebuie făcută după separatorul fuzibil (danielborsan1442, Protecții în tabloul DC de curent continuu dinspre panourile fotovoltaice către invertor, 2022) – comentariu care a strâns mai multe reacții și un fir întreg de discuții contradictorii despre ordinea corectă separator-siguranță-SPD. Un alt vizionator a mărturisit direct că știa altă ordine de montaj decât cea din video, ceea ce arată că această confuzie circulă frecvent printre cei care-și fac singuri instalația (D4ni_3l, Protecții în tabloul DC de curent continuu dinspre panourile fotovoltaice către invertor, 2022).

Lipsa separatorului DC

Fără separator DC, singura modalitate de a deconecta panourile de la invertor este să acoperi fizic panourile (cu o prelată opacă) pentru a reduce tensiunea. Asta e incomod și, în caz de urgență, periculos. Separatorul DC costă relativ puțin față de costul total al sistemului și face intervenția de mentenanță sau depanare mult mai sigură.

Ideea că separatorul mecanic ar fi opțional apare uneori chiar în comunitate. Sub un video despre tablouri PV refăcute conform normei, un utilizator a povestit că a citit un comentariu în care cineva susținea că separatorul mecanic nu ar fi necesar, și a răspuns că probabil autorul acelui comentariu nu a văzut niciodată ce arc produce o tensiune de 1000 V DC atunci când invertorul e oprit (MrFlorinFixx, Tablouri PV pentru unu și două stringuri refăcute conform normei, 2024) – exact pericolul descris mai sus, confirmat din experiență directă de cineva din domeniu.

Dimensionarea greșită a siguranțelor pe string

Siguranțele prea mari nu protejează cablul – dacă In al siguranței depășește Maximum Series Fuse Rating al panoului, un scurtcircuit pe cablu poate topi cablul înainte ca siguranța să declanșeze. Siguranțele prea mici declanșează fals la curenți de pornire sau la variații de iradiere. Formula din standard există tocmai pentru a evita ambele extreme.

Confuzia legată de parametrii siguranțelor DC apare des chiar la oameni cu interes real pentru domeniu, nu doar la amatori: sub același videoclip, cineva a întrebat de ce siguranțele se măsoară în volți și nu în amperi (cristianpetrosel634, Protecții în tabloul DC de curent continuu dinspre panourile fotovoltaice către invertor, 2022) – o întrebare care arată cât de puțin cunoscută e distincția dintre tensiunea nominală de rupere a unei siguranțe DC și curentul ei nominal, exact cei doi parametri pe care formula din standard îi echilibrează.

Ignorarea diferențialului de tip B

Diferențialul de tip A este mai accesibil ca preț și mai ușor de găsit. Cu toate acestea, pentru invertoare fără transformator de izolare, tipul B este obligatoriu conform standardului. Un diferențial de tip A poate să nu detecteze un defect intern al invertorului care produce curent de defect DC – și asta înseamnă că protecția nu funcționează când e cel mai necesar.

Dacă ai deja un sistem instalat și nu ești sigur ce tip de diferențial ai, verifică eticheta de pe carcasă: diferențialul de tip B are marcat simbolul „B” sau un pătrat cu un semicerc în interior, pe lângă simbolul standard al diferențialului.

 

În cele din urmă, investiția într-un sistem fotovoltaic continuă mult după montarea panourilor, fiind esențială configurarea corectă a tabloului electric. Protecțiile bine alese reprezintă cea mai bună metodă prin care îți poți proteja casa și echipamentele pe termen lung, asigurând totodată conformitatea cu normele tehnice. Siguranța sistemului depinde direct de alegerile făcute în tabloul electric, iar dacă planifici bugetul, poți lua în calcul și achiziția de panouri fotovoltaice în 24 de rate prin Romstal. Așa că asigură-te că lucrarea este realizată de profesioniști care înțeleg pe deplin importanța acestor detalii tehnice.

Notă: Informațiile din acest articol au scop exclusiv informativ și educațional. Intervențiile la instalațiile electrice, inclusiv montajul tablourilor fotovoltaice, se execută exclusiv de către electricieni autorizați ANRE. Schema finală a instalației trebuie verificată și avizată conform reglementărilor în vigoare.

Referințe:

• SR HD 60364-7-712 – Standard român pentru instalații electrice de joasă tensiune. Cerințe pentru locații speciale: sisteme fotovoltaice solare (PV).
• EN 50539-11 – Standard european pentru descărcătoare de supratensiune în sisteme fotovoltaice.
• Blog Romstal. Conectarea panourilor fotovoltaice în serie sau în paralel. blog.romstal.ro;
• Blog Romstal. Împământare panouri fotovoltaice: schemă de legare și cerințe tehnice. blog.romstal.ro.

Experiențe din comunitate:

• Marius Vilceanu. Protecții în tabloul DC de curent continuu dinspre panourile fotovoltaice către invertor. YouTube, 2022. youtube.com/watch?v=RE02p-_jadQ;
• Proiectediversediy. Tablouri PV pentru unu și două stringuri refăcute conform normei. YouTube, 2024. youtube.com/watch?v=kXIySzcWE-Y;
• Full Electric. Protecțiile pentru un sistem fotovoltaic: partea de curent continuu. YouTube, 2023. youtube.com/watch?v=JATeksiNgJA.