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.