V Hospodářských novinách z pátku 8. března mne velice zaujal článek zaměřující se na tématiku bezpečnosti fotovoltaických elektráren. Jako projektanta elektro, který už několik FV elektráren navrhl, mne článek pochopitelně velice zaujal. Nemusíte být člověk znalý oboru elektro, abyste si všimli obrovského dotačního boomu, který s sebou tyto solární elektrárny přinesly. Nejde jen o Českou republiku, kde se výstavba těchto slunečních parků rozjela na vyšší rychlost, což s sebou přináší velký zájem nejen montážních a projekčních firem se v tomto byznyse nějak angažovat, a tím si i ukrojit nějakou část té dotace, ale z velkého přílivu zakázek tohoto druhu se těší výrobci zařízení, které k provozování FV elektráren potřebujete – zejména pak střídačů.
Střídač má pro fungování sluneční elektrárny naprosto zásadní úkol. Velice zjednodušeně: fotovoltaické panely zachycují sluneční paprsky, které jsou poté přeměněny na stejnosměrnou elektrickou energii. Tato energie poté přes různé ochranné a spojovací prvky putuje do střídače, který přemění stejnosměrnou energii na střídavou – tedy na tu, kterou máme ve svých zásuvkách pro napájení běžných domácích spotřebičů.
Dnešní trh je doslova zasypán střídači mnoha výrobců, avšak ne každý výrobce se orientuje na kvalitu svého výrobku, ale svůj zájem prodat směřuje především na cenu. Osobně jako elektrovývojář a projektant mám poměrně jasnou zásadu při používání a nákupu elektroniky. V dnešní době je celkem nemožné vyhnout se čínským low cost výrobkům, které ne vždy lze označit za nekvalitní, avšak těžko si dokážu představit, že bych si koupil zařízení od bezejmenného výrobce pro nějaký zodpovědný úkol ve své elektroinstalaci. Zkrátka, pokud nějaký prvek v mé elektroinstalaci pracuje s větším množstvím energie a práci s touto energií zajišťuje logické řízení takového modulu - což bezesporu je případ střídače, chci, aby tento modul pocházel od osvědčeného výrobce, který garantuje bezpečné používání i provoz tak, abych se nemusel bát požáru při případném selhání. Když výrobek přestane fungovat, je to špatně, když ale začne hořet, je to katastrofa.
Dám jednoduchý příklad. Před časem jsme měli doma elektrickou pečící troubu od výrobce, který se vyznačuje především nízkou cenou. Výrobce nebyl naší volbou, už se v bytě nacházel. Uznávám, že nízká cena hned neznamená sníženou kvalitu a naopak. Jakožto pravidelný čtenář dTestu bych o tom mohl básnit. Zpět k troubě – při jednom pečení se stalo, že došlo k selhání termostatu. Termostat je velice jednoduché zařízení, které troubě říká, zda byla dosažena cílová teplota pečení. Pokud je teploty v troubě dosaženo, topné spirály se vypnou, a budou vypnuty do doby, dokud nedojde k poklesu teploty pod nastavenou mez. Jakmile se tohle stane, spirály se znovu zapnou a trouba začne znovu hřát, a tak to jde dokola. Díky tomu si trouba má udržet stabilní teplotu pečení, která nemá být ani nízká, ani vysoká. Tento termostat nám ale v jednu krásnou chvíli přestal fungovat a trouba, která už dosáhla nastavené teploty okolo 200 stupňů Celsia, stále a stále přidávala teplotu. Za pár minut nám z trouby sršel černý dým a v předsíni nám pískal protipožární alarm. Pokud by byla naše trouba třeba jen pět minut nehlídaná, mohlo to dopadnout i hůř. Přitom takovým věcem se dá z elektrického hlediska poměrně snadno zabránit, kdyby výrobce chtěl a navrhl by zapojení s ochrannými prvky, které by rozpoznaly, že termostat v troubě je nefunkční.
A podobně je to i se střídači. Ty navíc jsou v provozu v době, kdy nikdo není doma – z logiky věci mají totiž fungovat vždy a třeba nabíjet baterie či ohřívat vodu v časech, kdy svítí slunce... Teď úplně zpátky k těm Hospodářským novinám. V nich se psala naprosto zásadní věc o elektrických zásuvkách zabudovaných přímo ve střídači. Tyto zásuvky jsou určeny pro připojení bojlerů a jiných spotřebičů. V článku se zmiňuje, že tyto zásuvky “kvůli špatném napětí mohou způsobit požár.” Není však jednoznačně vysvětleno, co znamená to “špatné napětí,” avšak je zde dále uvedeno, že toto napětí je jiné, když svítí pořádně sluníčko. Z tohoto vysvětlení jsem tento problém navnímal tak, že napětí v dané zásuvce na střídači není stabilizováno na 230 V, ale může kolísat nad tuto hodnotu.
Normy ČSN jasně hovoří, jaké napětí musí mít elektrický přívod a elektroinstalace v budovách. Jednoznačně je dokonce uvedena i toleranční mez, do které se zjednodušeně řečeno napětí ve vaší zásuvce musí “vlézt”. Je dosti možné, že někdo ve své zásuvce naměří 227 V, a jiný zase 240 V. Je to obvykle dáno především tím, jak daleko bydlíte od trafostanice, a jak dlouhé kabely od ní k vám vedou. Samozřejmě do toho vstupují i další vlivy, ale ta vzdálenost je tou nejčastější.
A každopádně tohle opatření – předepsané napětí má jednoznačně opodstatněný důvod. Naše jednofázové spotřebiče jsou totiž vyrobeny pro užití v napěťové soustavě pro 230 voltů. Různé spotřebiče mají různé možné odchylky, jak daleko nad nebo pod tuto hodnotu mohou jít, protože některé spotřebiče mají v sobě prvky, které si toto napětí dále upravují – typicky mnohé nabíječky pro notebooky by se spokojily i s napětím 120 V, avšak pro některé spotřebiče je rizikové pro správné fungování použití menšího napětí než 230 V. Použití výrazně vyššího napětí, než 230 V je už ale rizikové především pro okolí tohoto spotřebiče. Vezměme si za například topnou spirálu v ne-chytrém bojleru. Hodně tento případ zjednoduším, aby byl lépe uchopitelný. Dejme tomu, že spirála je pouze odporový prvek, a bojler si dále nijak nehlídá napětí. Spirála má příkon třeba 4 kW (4000 W) a je určena pro napětí 230 V. Jak píšu výše - případ dosti zjednodušuji. Pokud má bojler příkon 4 kW při napětí 230 V, pak by měl teoreticky odebírat proud až 17 A v případě, že bude spirála bude topit na plný výkon, nebude regulována a bude čistě odporové zátěže. Vůbec teď neberme v úvahu jištění zásuvek atd. Tohle jsem vypočítal ze vzorečku P = U*I, kde jsem vynechal cosfí, jakožto odporovou zátěž na hodnotě rovné nule. Pokud známe proud, lze jednoduše vypočítat i odpor spirály, a to ze vzorečku R=U/I - ten mi v tomto případě vyšel na 13,5 ohmů. Neřešme nyní teploty okolí a dejme tomu, že tento odpor je neměnný, je prostě a jen dán fyzickým provedením spirály, která může být vyrobena z odporového drátu. Nutno dodat, že výrobci takových zařízení často z cenových důvodů dimenzují komponenty na jmenovité hodnoty a ani o kousek víc. Úplně laicky řečeno – pokud je nějaké zařízení stavěno na proud 17 A, nečekejte, že dlouhodobě vydrží proud o dost vyšší. Výroba odolnějšího zařízení je zkrátka dražší a výrobci se nevyplatí. Nakonec ani není jeho chybou, že někdo jeho výrobek připojuje na vyšší napětí, než je stanoveno v manuálu.
Co by se stalo, kdyby v zásuvce střídače došlo ke skoku napětí třeba na 255 V? Kromě napětí teď už známe také odpor topné spirály, a tak si můžeme spočítat i proud. Ten by z Ohmova zákona vyšel ze vzorečku I = U/R, tj. napětí děleno odporem. V našem případě by to bylo 255 V/13,5 ohmy. A výsledek? Spirála by si teď nevzala 17 A, ale rovnou 19 A. Nezní to jako zcela zásadní změna, nicméně drát, který je navržen na přenos nějakého proudu, musí najednou vydržet vyšší proud, než na který je konstruován. A jelikož vyšší proud znamená i vyšší teplotu, znamenalo by to, že by se spirála v takovémto spotřebiči mohla poškodit či opotřebovat – a to především tehdy, pokud se přetěžování bude opakovat. Pokud je tato moje spekulace o nestabilním napětí na zásuvkách střídače pravdivá, mohou být spotřebiče na ně připojené v nejlepším případě jen poškozeny, v horším však bude hrozit vznik požáru.
Myslím si, že tohle je právě to, na co se v článku Hospodářských novinách dosti možná naráželo, avšak vyvstává zde otázka, jak se z tohoto problému vyškrábat. Jednou z uvedených možností je, že takové zařízení by vlastně nemělo projít revizí. Já ale jako elektroprojektant s touto možností nemohu příliš souhlasit. Revizní technik, který má kontrolovat bezpečnost provedení instalace, dle mého názoru nemůže zkontrolovat, zda je třeba konkrétně střídač vyroben tak, aby splňoval všechny náležitosti k používání. Revizní technik zkontroluje správnost zapojení, otestuje ochranné prvky, prověří, zda je montáž v souladu s požadavky, a zcela jistě i proměří napětí ze střídače, ale neodhalí krátkodobé odchylky na zásuvce střídače třeba jen proto, že v době jeho kontroly vše fungovalo správně. Obzvláště překročení napětí v takové zásuvce neodhalí, pokud bude dělat revizní kontrolu ve chvíli, kdy bude například zataženo a elektrárna bude ve své výrobě v útlumu. Revizní technik se zaměří na štítek střídače, u kterého uvidí symbol CE – tj. že výrobek disponuje prohlášením o shodě, který v podstatě opravňuje použití na jednotném evropském trhu. Víc by ho z podstaty věci ani nemělo příliš zajímat. Za výrobek vždy ručí výrobce, nicméně je to také výrobce, kdo si dané prohlášení o shodě vystavuje zcela sám. Možná je to tak správně, protože kdyby měl být každý výrobek testován v nezávislé laboratoři, jeho cena by se značně zvýšila. Na druhou stranu nezávislá kontrola by zvýšila bezpečnost prodávaného zboží.
Zde tak vlastně docházíme k jistému problému. Podle článku Hospodářských novin v ČR existuje v podstatě jen jedna instituce, která má právo po výrobci vyžadovat doložení testovacích reportů, aby si ověřila oprávněnost výrobce k vystavení tohoto prohlášení. Touto institucí není nikdo jiný než Česká obchodní inspekce (ČOI). Ta se prý v současnosti zaměřila do mezinárodní iniciativy ověření elektromagnetické kompatibility (EMC) střídačů, přičemž výsledek šetření by měl být až kdesi v roce 2025. Nic dalšího se asi neočekává. Já se u ČOI neptal, zda je EMC jedinou věcí, která ji zajímá, nicméně pojďme si otevřeně říci, že nesplnění EMC nutně nemusí znamenat, že střídač je nebezpečný. To určitě ne. Ve finále to s bezpečností střídačů skoro ani nesouvisí a špatné fungování výstupů na zásuvkách takový test ani nemusí odhalit, což já osobně považuji za obrovský problém.
Problém to podle mne je z toho důvodu, že tyto střídače jsou financovány ze státního rozpočtu v rámci dotací. A selským rozumem docházím k závěru, že čím později se odhalí vadné střídače v instalacích FV elektráren, tím dražší pak budou případné nápravy. A z hlediska odborného nevidím technickou náročnost podrobit střídače zátěžovému testování, při kterém lze do střídačů připojit stejnosměrné napětí simulující FV panely a zkrátka jen měřit střídavé napětí na výstupu, zda splňuje konkrétní parametry, a zda z nich nevybočuje. Je jasné, že tímto by ČOI nahrazovala povinnosti výrobce, který za svým výrobkem prostě musí stát, jinak by s ním neměl jít na evropský trh, ale tyto testy by pak daly ČOI naprosto jasné odpovědi na otázku, které střídače jsou nebezpečné, a které by tedy rozhodně neměly být placeny z dotačních zdrojů.
Velmi nerad bych se dočkal chvíle, kdy se například po pěti letech zjistí, že ten či onen střídač je nebezpečný, ale po takové době se zjistí, že už je montován v tisících domácnostech, a že tento problém už nelze bez účasti státu řešit, protože čínský výrobce jaksi nebere telefon a montážní firmy, jež dotace uplatnili za co nejlevnější výrobky, už prostě neexistují... Nerad bych ovšem našim úřadům a institucím křivdil, jen doufám, že s rozdáváním dotací na všechny strany existují i nějaké nároky na bezpečnost.