De keuze en het gebruik van het materieel voor een PV-installatie

Het belang van de kennis van de uitwendige invloeden bij het realiseren van een PV-installatie

Om de AC- en DC-bekabeling van een PV-installatie conform de regels van goed vakmanschap uit te voeren, is meer kennis nodig dan gedacht. Zo dient de keuze en het gebruik van elektrisch materieel onder meer te gebeuren in functie van de aanwezige uitwendige invloedsfactoren volgens de bepalingen uit ‘AREI 2023 - Boek 1: Hoofdstuk 2.10 Uitwendige invloeden’.

Mogelijke uitwendige invloeden

De verschillende parameters van uitwendige invloeden zijn volgens hun rol ingedeeld in drie grote categorieën. Om de classificatie van de verschillende parameters te vergemakkelijken, werd een alfanumerieke code opgesteld.

Lettercode A: Omgevingsomstandigheden

De omgevingsomstandigheden die onafhankelijk zijn van de aard van de installaties en van de ruimten en betrekking hebben op uitwendige verschijnselen afkomstig van de atmosfeer, het klimaat, de omgevingstoestand en andere omstandigheden in de ruimte waar de elektrische installatie zich bevindt. Voorbeelden die van toepassing zijn op PV-installaties zijn onder meer:

• AA: omgevingstemperatuur;
• AD: aanwezigheid van water;
• AE: aanwezigheid van vreemde vaste lichamen;
• AF: aanwezigheid van corrosieve en vervuilende stoffen;
• AG: mechanische belasting veroorzaakt door schokken;
• AK: aanwezigheid van flora;
• AL: aanwezigheid van fauna; en
• AN: zonnestraling.

Lettercode B: Gebruiksomstandigheden

Het gebruik van de betrokken ruimten en van de elektrische installaties zelf. Die zijn bij PV-installaties niet van toepassing.

Lettercode C: Constructie van gebouwen

De gevolgen van de bouwwijze van de gebouwen, hun structuur en de aard van de gebruikte materialen. Voorbeelden die van toepassing zijn op PV-installaties zijn onder meer:

• CA: bouwmaterialen.

Installatietechnische delen van een PV-installatie

Een PV-installatie bestaat installatietechnisch uit twee delen. Het deel met de PV-panelen na de omvormer is het gelijkstroom- of het DC-deel van de installatie. De aansluiting op het reguliere net, tussen de verdeelinrichting en de omvormer, is het wisselstroom- of het AC-deel van de installatie. Voor beide installatiedelen is leidingaanleg noodzakelijk. Maar hoe moet deze leidingaanleg correct worden uitgevoerd?

DC-deel van de bekabeling

Eigenschappen

De bekabeling aan de DC-zijde van een PV-installatie moet uiteraard geschikt zijn voor gelijkspanning en de nominale spanning van de kabel moet hoger liggen dan de maximale spanning van de installatie. Daarnaast moeten de kabels, net als alle onderdelen aan de DC-zijde, als beschermingsmaatregel tegen onrechtstreekse aanraking voorzien zijn van dubbele isolatie. Dubbele isolatie is evenwel een passieve beschermingsmaatregel.

Er moet de nodige zorg besteed worden aan het voorkomen van beschadiging en bij beschadiging moet er meteen ingegrepen worden

Bij een isolatiefout wordt de installatie met andere woorden niet uitgeschakeld. Dat betekent dat wanneer de dubbele isolatie beschadigd zou geraken, dit een gevaarlijke situatie doet ontstaan. Er moet dus de nodige zorg besteed worden aan het voorkomen van beschadiging en bij vaststelling van beschadiging moet er meteen ingegrepen worden.

Zoals alle elektrische apparaten en onderdelen moet de PV-installatie verder voldoen aan de uitwendige invloeden die kunnen optreden (AREI 2023 - Boek 1: Hoofdstuk 2.10 Uitwendige invloeden).

Voor de DC-bekabeling en haar bevestiging houdt dit in dat er rekening gehouden moet worden met:

• AA: dat de temperatuur 40°C hoger kan zijn dan de omgevingstemperatuur, maar dat de omgevingstemperatuur ook zeer laag kan worden, waardoor de kabelisolatie kwetsbaarder wordt;
• AD: bestand tegen water (buitenopstelling);
• AE: bescherming tegen stof;
• AF: eventuele aanwezigheid van zout in de omgeving
• AG: slagvastheid; 
• AK/AL: mogelijke schade door flora en fauna, zoals vogels, knaagdieren …;
• AN: UV-bestendigheid of beschermd door een UV-bestendig systeem.

Kabelfabrikanten hebben speciale, zogenaamde solarkabels die geschikt zijn voor PV-installaties.

Plaatsingswijze

In de norm IEC 62548 (Ontwerpeisen voor het DC-gedeelte van een PV-installatie, met inbegrip van de DC-bekabeling, beschermingstoestellen, schakelaars en aarding) vinden we onderstaande aanbevelingen voor de plaatsingswijze van de DC-bekabeling:

• Beschermd tegen wind- en sneeuwbelasting;
• Beschermd tegen beschadiging door scherpe delen;
• Plaatsing in UV-bestendige kabelgoten en kanalen;
• Zwarte kabels ter ondersteuning van de bescherming tegen UV-stralen;
• Geen kabelbinders gebruiken voor de bevestiging, tenzij ze een levensduur hebben die minstens gelijk is aan de verwachte levensduur van de PV-installatie. Kabelbinders onder de panelen worden blootgesteld aan weerkaatste UV-straling. Omdat loshangende kabels in de open lucht onderhevig zijn aan de wind, moeten ze om de 30 à 45 cm aan de constructie bevestigd worden.

DC-connectoren

Eigenschappen

PV-modules zijn in principe voorzien van de nodige connectoren voor onderlinge verbinding. Voor de verbinding met de omvormer worden de connectoren meegeleverd door de leverancier van de omvormer.

De connectoren moeten voldoen aan de uitwendige omstandigheden, en moeten dus onder meer UV-bestendig zijn alsook geschikt voor buitengebruik (IP 67). IP67 houdt in dat er enerzijds een volledige bescherming tegen stof is (6), veilig voor aanraking, en anderzijds een bescherming tegen indringen van water tot 30 minuten en tot 1 meter diepte (7).

De connectoren moeten tevens voldoen aan de elektrische eisen: geschikt voor de optredende spanningen en stromen.

Plaatsingswijze

Beide delen van de connectorverbinding moeten van dezelfde fabrikant en hetzelfde type zijn. Hierdoor wordt de kans op indringen van water en corrosie geminimaliseerd. De testen van connectoren volgens de norm EN50521 worden immers zelden uitgevoerd met een combinatie van verschillende fabrikanten.

Net om die reden wordt aanbevolen om bij het eerste en het laatste paneel van de string de connector te verwijderen en te vervangen door een connector van de leverancier van de omvormer. Het nadeel is dat hierdoor de garantie van de twee betrokken panelen vervalt.

De connector moet zorgvuldig aangebracht worden om problemen achteraf te vermijden. Volg de instructies van de fabrikant en gebruik de voorgeschreven hulpgereedschappen. De wartel van de connector moet afgestemd zijn op de doorsnede van de kabels. Het vervangen van de connector van een PV-module moet gebeuren voor de PV-module verbonden is met de rest van de string, zodat de spanning minimaal is.

Volgens ‘AREI 2023 - Boek 1: Afdeling 2.4.1.a absoluut conventionele spanningsgrens UL’ is een DC-spanning van 60 V veilig in situatie BB2 (natte huid). Daarna kan het doorverbinden van de panelen op het dak veilig uitgevoerd worden omdat de connectoren vingerveilig zijn.

DC-leiding

Plaatsingswijze

Afhankelijk van de omvormers en het aantal PV-panelen kent het DC-deel van een PV-installatie een spanning tussen 300 VDC en 1.500 VDC.

Ook voor dit deel is ‘AREI 2023 - Boek 1: Afdeling 5.2.2. Plaatsingswijzen’ van toepassing. Er is geen installatiemethode waarbij DC-leidingen ‘los' in een ruimte worden aangebracht.

DC-leidingen moeten bij enkelvoudige aanleg in een deugdelijk bevestigde en UV-bestendige buisleiding worden aangebracht

DC-leidingen moeten bij enkelvoudige aanleg dan ook in een deugdelijk bevestigde en UV-bestendige buisleiding worden aangebracht. Bij slechts één streng mogen de plus- en minleiding bij elkaar in dezelfde buis worden aangebracht, tezamen met de aardingsleiding van de draagconstructie.

Bij meerdere strengen is het beter de plus- en minleidingen te scheiden en in een aparte buisleiding te bundelen. Die beide bundels kunnen dan ook gescheiden door een (brandwerende) doorvoer in wanden of vloeren worden aangebracht. De scheiding van beide polariteiten heeft te maken met het risico op brandvoortplanting bij een eventuele vlamboog tussen beide polariteiten.

Bij aanleg van DC-leidingen in een kabeldraagsysteem geldt hetzelfde. Bij gebundelde polariteiten is ook bij DC-leidingen de correctiefactor van toepassing. Dat kan betekenen dat een grotere aderdoorsnede moet worden gekozen bij een bepaalde stroom.

Kabelberekening

De aanleg van DC-leidingen vraagt met andere woorden de nodige aandacht. Voer daarom steeds een DC-kabelberekening uit en hou er rekening mee dat voor het berekenen van de doorsnede van geleiders voor PV-installaties aanvullende regels gelden. Zo moet de doorsnede van een stroomvoerende geleider voldoende groot zijn om:

• De temperatuur niet te hoog te laten oplopen waardoor de kabel(isolatie) beschadigd kan raken;
• Het spanningsverlies te beperken om aangesloten apparaten storingsvrij te laten werken;
• In relatie tot de kabellengte de impedantie te beperken zodat er bij een kort- of aardsluiting een voldoende grote stroom loopt om een beveiligingstoestel tijdig te laten aanspreken waardoor de installatie uitschakelt;
• Bestand te zijn tegen mechanische belasting.

Met de berekening wordt de minimaal noodzakelijke doorsnede berekend.

AC-deel van de bekabeling

De omvormers voor huishoudelijke PV-installaties zijn voornamelijk klasse I-toestellen:

• Voorzien van basisisolatie;
• Gevoed met laagspanning;
• Mogelijkheid tot aansluiten van de beschermingsgeleider.

De voedingskabel moet dus voorzien zijn van een geel/groene beschermingsgeleider.

Bij de berekening van de kabeldoorsnede moet rekening gehouden worden met de spanningsval over de geleiders. De AC-spanning aan de uitgang van de omvormer mag maximaal 253 V bedragen (230 V + 10%). Om stroom te kunnen leveren aan het elektriciteitsnet, moet die spanning gelijk zijn aan de netspanning plus de spanningsval over de bekabeling tot aan het elektriciteitsnet.

Hoe groter de spanningsval over de bekabeling, hoe groter dus de kans dat de maximale spanning overschreden wordt. De distributienetbeheerders hanteren daarom volgende eisen:

• Maximale spanningsval van 1 % in de interne installatie tussen het verdeelbord en de omvormer;
• Maximale spanningsval van 1 % voor de aansluitkabel tussen de meterkast en het distributienet.

Als niet aan deze voorwaarden voldaan is, zal de DNB geen klacht aanvaarden over het uitvallen van de omvormer vanwege een te hoge spanning van het elektriciteitsnet. Daarnaast moet de bekabeling en de beveiliging voldoen aan alle eisen die normaal aan AC-bekabeling en -beveiliging gesteld worden.

Voor de PV-installatie moet een aparte kring voorzien worden.

AC-leiding

De AC-leiding van een PV-installatie wordt in de regel uitgevoerd in kabel. Deze kabel wordt, afhankelijk van de mogelijkheden, meestal in een kabeldraagsysteem aangebracht of bevestigd met of zonder beschermbuis. Indien de kabel wordt aangebracht in een bestaand kabeldraagsysteem met bekabeling moet rekening worden gehouden met de warmte-ontwikkeling van de kabel.

In de norm zijn correctiefactoren aangegeven afhankelijk van het aantal kabels bij elkaar. Die factoren hebben invloed op de aderdoorsnede van de toe te passen kabel. Hoe meer kabels direct tegen elkaar komen te liggen, hoe groter de aderdoorsnede van de nieuwe kabel moet zijn.

Maar ook de bestaande kabels in het kabeldraagsysteem kunnen worden beïnvloed door een nieuw aan te brengen kabel met een relatief hoog vermogen en bijbehorende warmte-ontwikkeling. Ook hier is het daarom van groot belang om een AC-kabelberekening uit te voeren. 

Bron: ElektroVisie (Nelectra)