Prąd upływu generatora PV
Jedną z fizykalnych cech generatora fotowoltaicznego, jest jego pojemność elektryczna.
Moduł fotowoltaiczny tworzy powierzchnię przewodzącą elektrycznie, blisko której znajduje się uziemiony stelaż. Taki
układ, który po przyłożeniu napięcia gromadzi ładunki, można nazwać kondensatorem, którego pojemność oznaczamy
literą „C”. Ze względu na to, że pojemność ta jest niepożądanym efektem dodatkowym, mówimy tu o „pojemności
pasożytniczej” CPE, będącej sumą wszystkich indywidualnych pojemności generatorora PV:
CPE = C1 + C2 + C3
Pojemność ta jest obliczana z następującego wzoru i zależy od czterech współczynników:
C = ε0εr
· A/d
Znaczenie współczynników:
ε0: Przenikalność elektryczna próżni, stała naturalna (8,85 · 10-12 As/Vm)
εr: Przenikalność elektryczna względna, zależna od materiału (εrPow = 1;
εrSzkł ≈ 5–10)
A: Czynna elektrycznie powierzchnia kondensatora
d: Odstęp między płytami kondensatora
Pojemność elektryczna a powstawanie prądów upływowych
Podczas pracy moduł fotowoltaiczny jest połączony z siecią prądu przemiennego za pomocą inwertera. Zależnie od
typu urządzenia część amplitudy prądu przemiennego przechodzi na moduł fotowoltaiczny. Prowadzi to do sytuacji, w
której cały moduł fotowoltaiczny drga względem otoczenia z częstotliwością prądu przemiennego. Tutaj należy
rozróżnić dwa przypadki:
W niemal wszystkich inwerterach beztransformatorowych 1-fazowych ze względów konstrukcyjnych połowa
amplitudy sieci jest przekazywana dalej do modułu fotowoltaicznego. W wielu europejskich publicznych sieciach
elektroenergetycznych o parametrach 230 V/50 Hz układ ten drga z częstotliwością np. 115 V/50 Hz
W 3-fazowych falownikach beztransformatorowych drgania ze względów systemowych mają o wiele niższą
amplitudę i generują niższe prądy upływowe. Przekazywanie napięcia AC do modułu PV jest w znacznym stopniu
stłumione.
Wahania napięcia stale zmieniają stan naładowania kondensatora pasożytniczego opisanego w poprzednim
rozdziale. Jest z tym związany prąd przesunięcia, który jest proporcjonalny do pojemności oraz amplitudy przyłożonego
do niego napięcia. Obwód elektryczny tego prądu przesunięcia zostaje zamknięty dopiero poprzez uziemienie
modułów fotowoltaicznych oraz połączenie z szyną wyrównania potencjałów przyłącza domowego. Dlatego ten prąd
jest też nazywany (pojemnościowym) prądem upływowym.
Prąd upływu a powstawanie prądów róźnicowych (poraźeniowych)
Pojemnościowy prąd upływowy opisany jest prądem biernym (bezstratnym).
Jeżeli z kolei w wyniku usterki, np. uszkodzenia izolacji, nastąpi kontakt przewodu pod napięciem z osobą uziemioną, powstaje dodatkowy prąd płynący do ziemi. Ten niepożądany prąd powoduje straty i jest nazywany
prądem uszkodzeniowym. Suma obydwu prądów (prąd upływowy i prąd uszkodzeniowy) to prąd różnicowy.
Prąd różnicowy = prąd upływowy + prąd uszkodzeniowy
Prądy uszkodzeniowe AC przekraczające 30 mA mogą stwarzać śmiertelne zagrożenie dla człowieka.
Aby zapewnić dodatkową ochronę osób (poza ochroną zapewnianą przez stopień ochrony), inwertery muszą
odłączać się od publicznej sieci elektroenergetycznej najpóźniej przy wzroście prądu uszkodzeniowego do 30 mA (IEC
62109-2). Dlatego w trybie zasilania sieci prąd różnicowy (prąd upływowy+prąd uszkodzeniowy) jest mierzony przez
urządzenie monitorujące falownika (Residual Current Monitoring Unit).
Z tej wartości pomiarowej obliczany jest prąd uszkodzeniowy. Przy dużym prądzie upływowym nie zawsze jest możliwe dokładne obliczenie prądu uszkodzeniowego. Wynikające stąd błędy w obliczeniach mogą prowadzić do
niepożądanego wyłączania inwertera.