Falownik fotowoltaiczny: czy uziemienie jednego bieguna daje fazę i zero? On-grid, off-grid, normy

Pytanie

czy łącząc jeden biegun przetwornicy fotowoltaicznej z ziemią uzyskam faze i zero

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Nie, samo podłączenie jednego bieguna (jednego z wyjściowych zacisków AC) falownika fotowoltaicznego do uziemienia nie zagwarantuje automatycznie poprawnego układu „faza-zero”.
• W instalacjach sieciowych (on-grid) jest to wręcz zabronione; w instalacjach wyspowych (off-grid) dopuszczalne tylko wtedy, gdy producent wyraźnie przewiduje taki sposób pracy i określa, który zacisk należy uziemić.

Kluczowe punkty
• Rodzaj falownika (on-grid / off-grid / hybrydowy) decyduje o dopuszczalności więzi z ziemią.
• Błędne uziemienie może wyłączyć zabezpieczenia, uszkodzić sprzęt i stworzyć zagrożenie porażeniowe.
• Zawsze stosować się do instrukcji producenta i norm PN-HD 60364, PN-EN 62109, PN-EN 62446-1.

Szczegółowa analiza problemu

1. Klasy układów sieciowych

2. Falowniki on-grid

• Wyjście AC jest zwarte programowo do sieci – neutralny już jest uziemiony w stacji transformatorowej.
• Beztransformatorowe konstrukcje monitorują impedancję doziemną (funkcja Riso). Doziemienie powoduje błąd i natychmiastowe odłączenie.
• Próba „dorobienia” zera = zakłócenie pracy wyłączników różnicowoprądowych typu B wbudowanych w urządzenie.

3. Falowniki off-grid / hybrydowe z separacją galwaniczną

• Jeżeli inwerter posiada transformator separujący lub wewnętrzny przełącznik „N-bonding”, instrukcja zwykle dopuszcza:
 – uziemienie wskazanego zacisku jako N,
 – utworzenie lokalnego układu TN-S (N i PE rozdzielone),
 – montaż RCD i SPD po stronie AC zgodnie z PN-HD 60364-7-712.
• Po takim zabiegu napięcie fazowe odniesione do ziemi wyniesie 230 V ± tolerancja, a do punktu neutralnego wróci prąd roboczy.
• Wymaga to: wspólnego uziomu dla N-bonding oraz przewodu PE, przekroju uziomu ≤ 100 Ω i weryfikacji impedancji pętli L-PE.

4. Falowniki off-grid bez separacji (wyjście IT)

• Producent zwykle ZABRANIA łączenia któregokolwiek bieguna z ziemią.
• Instaluje się czujnik IMD – po pierwszym doziemieniu układ nadal pracuje, ale IMD generuje alarm.
• Niewłaściwe uziemienie może spowodować obciążenie niesymetryczne, przepięcia powrotne i niekontrolowaną pracę zabezpieczeń.

5. Wymagane zabezpieczenia i pomiary

• Wyłączniki nadprądowe i różnicowoprądowe (typ A ≥ 30 mA; typ B przy beztransformatorowych).
• Ograniczniki przepięć SPD klasa II na wyjściu AC oraz SPD klasa I/II na DC.
• Badanie rezystancji uziemienia, pętli zwarcia i wyzwalania RCD.

Aktualne informacje i trendy

• Nowoczesne falowniki stringowe są najczęściej beztransformatorowe – obligatoryjnie pracują w układzie TN-S sieci dystrybucyjnej, a N powstaje w transformatorze SN/nn, nie w falowniku.
• Coraz popularniejsze falowniki hybrydowe (PV + magazyn) oferują „automatic neutral forming relay” – funkcja automatycznie łączy zacisk N z PE w trybie wyspowym.
• Norma IEC 62109-2:2022 zaostrza wymagania dotyczące nadzoru izolacji (Riso ≥ 1 MΩ na kW) oraz detekcji prądu upływu doziemnego (AFDD).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Porównanie do baterii samochodowej: dopóki żaden biegun nie jest uziemiony, dotknięcie pojedynczego przewodu nie porazi – układ „pływa”. Po przykręceniu „minusa” do karoserii każdy kontakt z „plusem” i masą powoduje przepływ. Identycznie w falowniku off-grid.
• Część odbiorników (piece gazowe, sprzęt AGD z filtrami EMC) wymaga jednoznacznego przewodu N – w systemie IT mogą sygnalizować błąd.

Aspekty etyczne i prawne

• Prace przy napięciach > 50 VAC mogą wykonywać wyłącznie osoby z uprawnieniami SEP „E” i „D”.
• Błędne uziemienie może skutkować odpowiedzialnością karną (Dz.U. nr 89/2002 §5) w razie porażenia.
• Gwarancja falownika przeważnie wygasa przy nieautoryzowanych zmianach konfiguracji uziemienia.

Praktyczne wskazówki

1. Sprawdź w instrukcji sekcję „Grounding / Neutral Bonding”.
2. Jeśli dopuszczalne – uziemij wskazany zacisk, oznacz go kolorem N (niebieski), drugi przewód L (brąz/czarny).
3. Zabuduj RCD typu A/B tuż za falownikiem.
4. Wykonaj pomiar impedancji pętli zwarciowej L-PE oraz test zadziałania RCD.
5. W instalacjach on-grid – nie wykonuj żadnego lokalnego bondingu; pozostaw konfigurację sieciową operatorowi OSD.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Uziemienie DC strony panelowej (uziemienie ram, SPD, potencjał pośredni) jest odrębnym tematem i nie należy go mylić z bond-neutral.
• Niektóre inwertery z funkcją AFCI rozpoznają zakłócenia na przewodzie DC; zmiana układu odniesienia może zwiększyć liczbę fałszywych wyłączeń.

Sugestie dalszych badań

• Analiza wpływu uziemienia na poziom zakłóceń EMC oraz na efektywność filtrów C-L w falownikach.
• Ocena porównawcza pracy falowników w układach TN-S vs IT pod kątem ciągłości zasilania i bezpieczeństwa.
• Testy działania RCD-B w systemach PV o wysokiej zawartości harmonicznych (norma IEC 60755-2021).

Krótkie podsumowanie

Uziemienie jednego bieguna falownika fotowoltaicznego nie jest uniwersalną metodą uzyskania przewodów fazy i neutralnego. W instalacjach sieciowych jest to zabronione, w systemach wyspowych – dopuszczalne wyłącznie zgodnie z wytycznymi producenta. Każda ingerencja w układ uziemienia wymaga kompetencji zawodowych, przestrzegania norm oraz wykonania pomiarów odbiorczych.