Miesiąc: Marzec 2017

Webinarium #01 :: Podłączenie Datamanager’a do Internetu

Webinarium #01 :: Podłączenie Datamanager’a do Internetu

Treść:

  • Datamanager jako osobne urządzenie do komunikacji
  • Podstawy połączeń sieciowych
  • Uruchomienie punktu dostępowego w falowniku
  • Konfiguracja połączenia z Solar.Web w przeglądarce
  • Narzędzie Datalogger Finder
  • Rozwiązywanie problemów

Wymagania:

  • Znajomość podstawowych pojęć w komunikacji sieciowej
  • Znajomość falowników Fronius

Przed obejrzeniem seminarium prosimy zapoznać się z poniższymi rysunkami, które opisują dwa najważniejsze kroki w procesie konfigurowania Datamanagera:

Link do nagrania webinarium:

GoToMeeting https://register.gotowebinar.com/recording/619703826594858497

Link do prezentacji w formie PDF:

Uwarunkowania techniczne budowy instalacji fotowoltaicznych na budynkach mieszkalnych

Uwarunkowania techniczne budowy instalacji fotowoltaicznych na budynkach mieszkalnych

dr inż. Maciej Piliński / Fronius Polska Sp. z o.o.

Instalacja układów fotowoltaicznych (instalacji PV) na budynkach jest dużym wyzwaniem szczególnie na rynku takim jak Polska, który nie ma doświadczeń w tym zakresie. W wyniku realizacji nieprawidłowego projektu powstanie instalacja, która działając nieoptymalnie lub wręcz nieprawidłowo, może narazić inwestora na spore straty finansowe. W niniejszym artykule postaram się przybliżyć podstawowe zagadnienia związane z wymaganiami technicznymi związanymi z projektowaniem i budową elektrowni słonecznych instalowanych na nowoczesnych budynkach.

Przepisy i normy

Aby móc poprawnie wykonać instalację fotowoltaiczną należy przede wszystkim posiadać uprawnienia do wykonywania pracy w zakresie obsługi, konserwacji, remontów i montażu urządzeń, instalacji i sieci elektroenergetycznych wytwarzających, przetwarzających, przesyłających i zużywających energię elektryczną. Potrzebna jest również podstawowa wiedza z zakresu mechaniki, konstrukcji, astronomii i fizyki. Obecnie dostępne jest coraz więcej literatury pozwalają uzupełnić brakującą wiedzę niezbędną przy projektowaniu i wykonywaniu instalacji fotowoltaicznych. Polecić można również szkolenia oferowane przez profesjonalne firmy – producentów sprzętu i komponentów do instalacji PV. Szkolenia takie poświęcone są z reguły wybranym, wąskim zagadnieniom, np. podkonstrukcjom, falownikom, ochronie przeciwprzepięciowej, itp. Z drugiej strony przeświadczenie, że można nadgonić braki w wiedzy w trakcie 2-dniowego ogólnego kursu, często bywa zgubna tak dla montażysty, jak i dla inwestora.

Podstawą dobrych praktyk jest niewątpliwie stosowanie przepisów prawa budowlanego oraz prawa energetycznego, a także wybór takich rozwiązań technicznych, które gwarantują pełne zastosowanie obecnie obowiązujących norm bezpieczeństwa. Najważniejsze z nich, to zestaw norm PN-HD 60364, „Instalacje elektryczne niskiego napięcia”, które szeroko określają reguły dotyczące projektowania, wykonywania i sprawdzania instalacji elektrycznych w sposób zapewniający bezpieczeństwo ich użytkowania i prawidłowego działania.

Szczególnej uwadze poleca się poniżej wymienione obowiązujące w Polsce normy:

  1. Polską Normą PN-EN 61173:2002 – wersja polska: Ochrona przepięciowa fotowoltaicznych (PV) systemów wytwarzania mocy elektrycznej — Przewodnik
  2. Polską Normą PN-EN 61724:2002 – wersja polska: Monitorowanie własności systemu fotowoltaicznego — Wytyczne pomiaru, wymiany danych i analizy
  3. Polską Normą PN-EN 61724-1:2017-10 – wersja angielska: Wydajność systemu fotowoltaicznego — Część 1: Monitorowanie
  4. Polską Normą PN-EN 61730-1:2007 – wersja angielska: Ocena bezpieczeństwa modułu fotowoltaicznego (PV) — Część 1: Wymagania dotyczące konstrukcji
  5. Polską Normą PN-EN IEC 61730-1:2018-06 – wersja angielska: Ocena bezpieczeństwa modułu fotowoltaicznego (PV) — Część 1: Wymagania dotyczące konstrukcji
  6. Polską Normą PN-EN 62446-1:2010- wersja angielska: Systemy fotowoltaiczne przyłączone do sieci elektrycznej — Minimalne wymagania dotyczące dokumentacji systemu, badania rozruchowe i wymagania kontrolne – norma zastąpiona przez PN-EN 62446-1:2016-08.
  7. Polską Normą PN-EN 62446-1:2016-08 – wersja angielska: Systemy fotowoltaiczne (PV) — Wymagania dotyczące badań, dokumentacji i utrzymania — Część 1: Systemy podłączone do sieci — Dokumentacja, odbiory i nadzór
  8. Polską Normą PN-HD 60364-7-712:2007 – wersja polska: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych — Część 7-712: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji — Fotowoltaiczne (PV) układy zasilania — Norma wycofana i zastąpiona przez PN-HD 60364-7-712:2016-05
  9. Polską Normą PN-HD 60364-7-712:2016-05 – wersja angielska: Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Część 7-712: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji — Fotowoltaiczne (PV) układy zasilania
  10. Polską Normą PN-EN 62109-1:2010 – wersja angielska: Bezpieczeństwo konwerterów mocy stosowanych w fotowoltaicznych systemach energetycznych — Część 1: Wymagania ogólne
  11. Polską Normę PN-EN 62109-2:2011 – wersja angielska: Bezpieczeństwo konwerterów mocy stosowanych w fotowoltaicznych systemach energetycznych — Część 2: Wymagania szczegółowe dotyczące falowników

Dodatkowo lekturze poleca się Ustawę z dnia 26 lipca 2013 r. o zmianie ustawy – Prawo energetyczne oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 984/2013) oraz Ustawę z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (wraz z późniejszymi zmianami).

Wybór i ocena lokalizacji przyszłej instalacji

Pierwszym zadaniem instalatora jest ocena realnego zapotrzebowania na energię w budynku inwestora, a następnie dobór właściwej wielkości instalacji fotowoltaicznej. Przy szacowaniu możliwej do zainstalowania mocy modułów PV należy uwzględnić następujące czynniki:

  1. lokalizacja – szerokość geograficzna, która określa kąt padania promieni słonecznych,
  2. nachylenie powierzchni, na której instaluje się elektrownię fotowoltaiczną (kąt nachylenia dachu),
  3. azymut – ustawienie przyszłej instalacji względem kierunku południowego,
  4. przeszkody terenowe (np. instalacje antenowe, świetliki i okna dachowe, instalacje dachowe) i zacienianie instalacji pobliskimi elementami (komin, sąsiednie budynki, dach, drzewa, anteny satelitarne i TV, słupy energetyczne, itp.),
  5. wymagania projektowe, np. drogi technologiczne i pożarowe, dobór falowników i linii energetycznych, instalacje odgromowe i przeciwprzepięciowe,
  6. wymagania technologiczne, np. dopuszczalne obciążenia dachu z instalacją przez wiatr, śnieg itp.

Podstawowym i najważniejszym celem projektu instalacji jest unikanie zacieniania modułów fotowoltaicznych. Cień padający na moduł powoduje nie tylko znaczne ograniczenie ilości produkowanej energii elektrycznej, lecz także nagrzewanie się takiego miejsca (ogniwo zacienione działa jak opornik), co w skrajnym przypadku powoduje nieodwracalne uszkodzenie modułu. Niemniej jednak ważnym jest ocena wytrzymałości istniejącej konstrukcji dachu, do której zostanie dołożone dodatkowe obciążenie w postaci instalacji PV.

Konstrukcje wsporcze pod moduły fotowoltaiczne

Konstrukcje wsporcze dla instalacji fotowoltaicznych spełniają dwa podstawowe zadania: ustawiają moduły pod odpowiednim kątem względem Ziemi i azymutem względem kierunku południowego oraz przenoszą siły pochodzące od:

  1. ciężaru modułów,
  2. obciążenia śniegiem,
  3. sił dociskających oraz odrywających pochodzących do wiatru.

Można wyróżnić następujące rodzaje montażu instalacji PV związanych z budynkami:

  1. moduły fotowoltaiczne stanowiące zintegrowany z budynkiem element, np. fasadę lub dach, określane skrótem BIPV pochodzącym z ang. Building Integrated Photovoltaics,
  2. montaż na dachu skośnym budynku – równolegle do połaci dachu,
  3. montaż na dachu płaskim budynku – na dedykowanej podkonstrukcji,
  4. montaż na elewacji budynku

oraz

  1. montaż wolnostojący – obok budynku,
  2. wiaty i stanowiska parkingowe.

Dla każdego z w/w rozwiązań wymagane jest przeprowadzenie obliczeń obciążenia: modułu, podkonstrukcji oraz sił przenoszonych na konstrukcję dachu lub elewacji. Jeśli system konstrukcyjny przewiduje stosowanie balastu dociążającego (najczęściej w konstrukcjach wolnostojących na dach płaskich), należy wyliczyć jego rozkład dla całej powierzchni instalacji, nie jest on bowiem równomierny.

Dlatego w projektowaniu i budowie instalacji fotowoltaicznej powinien uczestniczyć projektant o specjalności konstrukcyjno-budowlanej lub rzeczoznawca budowlany, który może przygotować ekspertyzę w zakresie stanu technicznego budynku oraz na jej podstawie wydać opinię techniczną dotyczącą możliwości posadowienia konstrukcji wsporczej oraz modułów fotowoltaicznych na danym obiekcie.

Podstawowym grzechem firm projektujących i montujących instalacje PV jest ocena obecnego stanu konstrukcji dachu oraz wpływu dodatkowego obciążenia pochodzącego od instalacji fotowoltaicznej przez osoby niemające do tego ani odpowiednich uprawnień, ani tym bardziej właściwej wiedzy.

Zgodnie z obowiązującym stanem prawnym (Ustawa z dnia 26 lipca 2013 r. o zmianie ustawy – Prawo energetyczne oraz niektórych innych ustaw, Dz.U. 2013 poz. 984, która weszła w życie z dniem 12. września 2013) w art. 29 w ust. 2 pkt 16 Ustawy prawo budowlane:

„16) montażu pomp ciepła, urządzeń fotowoltaicznych o zainstalowanej mocy elektrycznej do 40 kW 50 kW oraz wolno stojących kolektorów słonecznych;”

nie wymaga pozwolenia na budowę ani zgłoszenia zamiaru budowy. Niestety, zapis ten mający na celu wyeliminowanie zbędnej biurokracji, często traktowany jest jako zwolnienie z obowiązku dokonania stosownych (a wręcz jakichkolwiek!) obliczeń projektowych.

Natomiast zagadnienia, które należy uwzględnić przy projektowaniu i budowie konstrukcji wsporczej pod moduły fotowoltaiczne, są niezwykle obszerne:

  1. w zależności od rodzaju podkonstrukcji i jej sposobu montażu należy uwzględnić dodatkowe obciążenie konstrukcji dachu lub elewacji (np. wpływ sił statycznych i dynamicznych działających na konstrukcje dachu). Montaż musi zapewniać bezpieczeństwo istniejącej konstrukcji budynku, jak i instalacji fotowoltaicznej. Mocowanie modułów fotowoltaicznych do elewacji budynku lub dachu wymaga zachowania zasad bezpiecznego montażu i stosowania odpowiednich elementów konstrukcyjnych:
    1. wysokiej jakości użytych materiałów: profili, połączeń śrubowych, klem mocujących, itp.,
    2. przekroi profili odpowiednich do wyliczonego obciążenia,
    3. elementów mocujących do konstrukcji dachu, które nie będą źródłem ognisk korozji (np. połączenie stal-aluminium),
    4. które zapewnią szczelność dachu.
  2. podkonstrukcja instalowana na dachu nie może utrudniać odprowadzania wody deszczowej, a w przypadku dachów wymagających odśnieżania: usuwania śniegu. Konstrukcja, moduły i wszystkie pozostałe elementy montowane na powierzchni dachu muszą mieć zapewnioną odporność na warunki atmosferyczne.
  3. podkonstrukcja nie może stwarzać dodatkowego zagrożenia pożarowego (przykłady: „komin” w instalacji fotowoltaicznej montowanej na elewacji, wiaty parkingowe lub konstrukcje wolnostojące utrudniające dojazd jednostek straży pożarnej). W przypadku instalacji nadachowych należy przewidzieć drogi pożarowe. Wzorem niemieckich wymagań przeciwpożarowych, pojedyncze pole modułów nie powinno mieć wymiarów większych niż 10x10m.
  4. podkonstrukcja nie może utrudniać dostępu do istniejącej infrastruktury nadachowej (urządzenia HVAC, kominy, anteny, itp.). Należy przewidzieć odpowiednie ciągi komunikacyjne.
  5. zaleca się zachowanie odpowiednich odstępów pola modułów fotowoltaicznych od krawędzi dachu. Nie ma tu jasno sprecyzowanych wymagań, niemniej jednak odległość 50cm wydaje się być minimalną.
  6. należy dokonać integracji instalacji PV z istniejącą ochroną odgromową lub przewidzieć konieczność wykonania instalacji odgromowej chroniącej elementy elektrowni fotowoltaicznej:
    1. postawienie podkonstrukcji na dachu z urządzeniem piorunochronnym nie może wpłynąć na pogorszenie warunków ochrony odgromowej,
    2. należy zaprojektować wyrównanie potencjałów, w tym odpowiednie zaciski i przekroje przewodów,
    3. w przypadku istniejącej instalacji odgromowej należy zachować wyliczone dla obiektu odstępy izolacyjne, lub wykorzystać podkonstrukcję jako element mogący przewodzić prądy piorunowej, pod warunkiem:
    4. uwzględnienia skoordynowanej ochrony przeciwprzepięciowej.
  7. Instalacja fotowoltaiczna nie może negatywnie wpływać na estetykę budynku (kryterium ocenne).

Obwody prądu stałego (DC)

Największą trudność stanowi zrozumienie pozornie oczywistego faktu, że zjawiska fizyczne występujące w obwodach prądu stałego różnią się od tych znanych z instalacji prądu przemiennego. Dlatego jednym z najważniejszych wymagań jest:

  1. Stosowanie elementów i materiałów dedykowanych do prądu stałego (np. rozłączników, bezpieczników, itp.). Niedopuszczalne jest stosowanie elementów projektowanych dla prądów przemiennych w obwodach prądu stałego.
  2. Stosowanie przewodów solarnych o odpowiedniej klasie izolacji napięciowej oraz przewidzianych do stosowania w warunkach zewnętrznych (odporność na warunki atmosferyczne i na promieniowanie UV).
  3. Wykorzystanie istniejących lub budowanie nowych: przepustów kablowych, rur instalacyjnych, szybów instalacyjnych, koryt, duktów i kanałów instalacyjnych zapewniających odpowiednią klasę ognioodporności i zabezpieczających przewody solarne przed uszkodzeniem mechanicznym, a także przed dostępem osób.
  4. Skrzynki instalacyjne zlokalizowane w pobliżu modułów fotowoltaicznych oraz/lub w pobliżu falowników, służące w szczególności umieszczeniu doprowadzonych do nich zakończeń kabli i umieszczenia urządzeń zabezpieczających, powinny posiadać odpowiednią klasę ochrony przed warunkami zewnętrznymi (klasa IP), właściwą klasę wytrzymałości izolacji napięciowej, a także spełniać odpowiednie wymagania jakościowe: np. wentylacja – zapobieganie kondensacji pary wodnej.
  5. Jeżeli wynika to z projektu, należy stosować zabezpieczenia bezpiecznikowe łańcuchów modułów, ochronę przetężeniową chroniącą przewody solarne, ochronę przeciwprzepięciową. Rozłączniki izolacyjne DC, wymagane przytoczonymi powyżej normami, często stanowią element budowy falownika. Ze względu na wysokie napięcia w instalacji DC (możliwe wartości nawet do 1000V) wymagane jest bezwzględne stosowanie urządzeń zapewniających ochronę przed dotykiem bezpośrednim.
  6. Wyłączniki pożarowe, to zagadnienie skomplikowane. Pamiętać należy, że przerwa w obwodzie DC nie powoduje zaprzestania generacji napięcia na łańcuchu modułów – co może być niebezpieczne dla strażaków próbujących ugasić płonący budynek. Najlepszym rozwiązaniem byłoby stosowanie odpowiednich zabezpieczeń polegających na zwieraniu modułów (zerowe napięcie), jednakże koszt takiego zabezpieczenia może dorównać cenie modułów fotowoltaicznych. Kompromisem wydaje się być odpowiednie oznakowanie budynku wyposażonego w instalację fotowoltaiczną oraz konsultacje z lokalnym oddziałem Straży Pożarnej.
  7. Spadki napięć (straty energii) na przewodach pomiędzy modułami PV a falownikiem muszą mieć wartość poniżej 1%.

Obwody prądu przemiennego (AC), falowniki

Dla wielu aspektów projekty przyłączenia instalacji fotowoltaicznej do istniejących obwodów sieci elektroenergetycznej w budynku obowiązują identyczne reguły, jak dla instalacji odbierających energię. Przykładowo, obowiązują identyczne zapisy poświęcone doborowi przekroju przewodów ze względu na obciążalność prądową długotrwałą, dopuszczalny spadek napięcia, wytrzymałość mechaniczną oraz ze względu na zapewnienie skutecznej ochrony przeciwporażeniowej.

Ponadto, należy stosować zasady poprawnego doboru zabezpieczeń przewodów, tak aby spełnić warunki ochrony przed przeciążeniem czy też skutkami zwarć, łącznie z zasadą selektywności zabezpieczeń. Bardzo ważnym jest również zagadnienie wyłączników różnicowoprądowych od strony konieczności ich stosowania w warunkach domowych.

  1. Falownik powinien być usytuowany w odrębnym pomieszczeniu technicznym, a w przypadku braku możliwości zapewnienia takiego pomieszczenia – w pobliżu rozdzielni głównej budynkowej wyposażonej w odpowiednią instalację i urządzenia elektryczne;
  2. Falownik może być instalowany na zewnątrz budynku, o ile producent urządzenia przewidział taką możliwość. Należy zapewnić ochronę urządzenia przed bezpośrednim działaniem promieni słonecznych (ze względu na temperaturę).
  3. Niewskazane jest instalowanie falowników w pomieszczeniach o podwyższonej zawartości substancji żrących lub szkodliwych (przykład: NH3 – amoniak, występujący w oborach, kurnikach, stajniach, chlewach), o podwyższonej wilgotności (szklarnie, oranżerie), a także w miejscach narażających urządzenie na zabrudzenia lub utrudnioną wentylację.
  4. Falownik powinien być montowany na podłożu niepalnym, nieprzewodzącym i suchym. Należy zapewnić właściwą wentylację falownika.
  5. Nie można instalować falownika w pomieszczeniach, w których stale przebywają ludzie. Niedopuszczalne jest instalowanie falowników w sypialniach, itp.
  6. Falownik powinien być łatwo dostępny dla obsługi technicznej; być oznakowany w sposób jednoznacznie określający niebezpieczeństwo zagrożenia zdrowia i życia; być poza dostępem dzieci.
  7. Podłączenie falownika – należy stosować zabezpieczenia nadprądowe i przepięciowe. Stosowanie ochrony różnicowo-prądowej : w zależności od zaleceń producenta falownika.
  8. Prowadzenie przewodów i wykonanie instalacji elektrycznej – zgodne z obowiązującymi przepisami
  9. Przyłączenie urządzenia do sieci energetycznej wymaga wiedzy i zgody odpowiedniego Operatora Sieci Dystrybucyjnej (OSD). Jednym z podstawowych zadań falownika jest ciągłe monitorowanie parametrów sieci takich jak napięcie i częstotliwość oraz odpowiednie reagowanie na ich zmiany, a w przypadku gdy wartości tych parametrów znajdą się poza dopuszczalnym zakresem – odłączenie falownika od sieci. Niedopuszczalna jest tzw. wyspowa praca falownika (ang. off-grid), ponieważ bez dodatkowych urządzeń separujących go od sieci mógłby on stanowić zagrożenie zdrowia i życia w przypadku awarii sieci.
  10. Instalowanie liczników energii elektrycznej – zgodnie z wymaganiami OSD.
  11. Wyłącznik główny (rozłącznik bezpiecznikowy) falownika należy instalować, o ile to możliwe, w rozdzielni głównej budynku. W widocznym miejscu należy umieścić tabliczkę informującą o instalacji PV w obiekcie.
  12. Spadki napięć (straty energii) na przewodach pomiędzy falownikiem a miejscem przyłączenia do sieci elektroenergetycznej muszą być mniejsze niż 1%.
  13. Należy stosować falowniki o sprawności europejskiej (euro-η):
    1. powyżej 95% dla urządzeń transformatorowych
    2. powyżej 97% dla urządzeń beztransformatorowych.
  14. W przypadku modułów fotowoltaicznych wymagających uziemienia jednego z biegunów (moduły cienkowarstwowe) należy stosować falowniki zapewniające izolację galwaniczną wejścia i wyjścia (falowniki z transformatorem).
  15. Należy przewidzieć możliwość dostępu falownika do instalacji teleinformatycznej (przewodowej lub bezprzewodowej).
  16. Wszystkie urządzenia aktywne i pasywne w instalacji fotowoltaicznej powinny być uziemione.

Integracja z inteligentnym budynkiem

Jednym z podstawowych wymagań ze strony inwestora jest bieżące monitorowanie pracy instalacji fotowoltaicznej. Pojawia się oczekiwanie nie tylko raportowania bieżących i historycznych wartości wyprodukowanej energii, ale również – a może przede wszystkim – informowania o ewentualnych zakłóceniach w pracy instalacji. Wiodący producenci falowników oferują bezpłatną (lub za stosunkowo niewielką opłatą) możliwość zbierania, agregowania i prezentowania stosownych danych na atrakcyjnie wizualnych stronach internetowych. Dostęp do tej informacji użytkownik instalacji może mieć 24h na dobę z dowolnego punktu na Ziemi. System taki potrafi również proaktywnie informować np. wiadomością SMS o wszelkich nieprawidłowościach.

Nieco bardziej zaawansowaną funkcjonalność oferują niektóre modele falowników potrafiące zarządzać zewnętrznymi urządzeniami – odbiornikami energii. Dzięki odpowiednim algorytmom można sterować np. pompą ciepła, klimatyzatorem lub innym energochłonnym urządzeniem w taki sposób, aby pracowały w czasie największej produkcji energii słonecznej. W ten sposób można zwiększyć stopień zużycia wyprodukowanej energii na potrzeby własne, stając się nie tylko producentem „zielonej” energii, ale również jej świadomym konsumentem.

O krok dalej idą wytwórcy energii elektrycznej (prosumenci), który chcą zintegrować dane pochodzące ze źródła wytwórczego z instalacją inteligentnego budynku. Takie podejście pozwala nie tylko na wizualizację aktualnego bilansu energetycznego, ale przede wszystkim zaawansowane zarządzanie wytworzoną energią, czy też sterowanie różnymi elementami budynku w zależności od dostępności takiej energii. Stąd już tylko krok do magazynowania energii w celu jej optymalnego wykorzystania.

Warunki odbioru – przeglądy i konserwacje

Przegląd instalacji fotowoltaicznej: mechaniczny oraz elektryczny należy przeprowadzać przynajmniej raz w roku. Przegląd powinien obejmować:

  1. kontrolę techniczną dachu, na którym zamontowano moduły fotowoltaiczne, w tym badania dotyczące wpływu konstrukcji wsporczej i modułów na konstrukcję dachu,
  2. mycie modułów fotowoltaicznych – pozwalające zachować uzyski na najwyższym poziomie i uniknąć termicznych uszkodzeń modułów (ang. hot-spots) pochodzących od stałych zabrudzeń,
  3. kontrola pęknięć, uszkodzeń modułów i ogniw PV (badanie modułów fotowoltaicznych kamerą termowizyjną),
  4. przegląd stanu elementów mocujących – pęknięcia, uszkodzenia, korozja konstrukcji
  5. przegląd stanu okablowania DC,
  6. przegląd stanu okablowania AC,
  7. czyszczenie i zabezpieczenie styków połączeń elektrycznych,
  8. sprawdzenie zabezpieczeń DC,
  9. sprawdzenie zabezpieczeń AC,
  10. przegląd stanu technicznego falowników, przegląd stanów awaryjnych falowników wraz z analizą,
  11. pomiar parametrów elektrycznych

Niniejszy artykuł nie wyczerpuje wszystkich zagadnień związanych z montażem modułów fotowoltaicznych na budynku, warto jednak zdawać sobie sprawę, jak ważne wyzwania przed projektantem i wykonawcą stawia ten z pozoru nieistotny element konstrukcji i instalacji budynku.

*) stan prawny na 12/2016

O autorze: dr inż. Maciej Piliński ukończył studia na wydziale elektrycznym Politechniki Częstochowskiej ze specjalnością zarządzanie energią elektryczną. Posiada wieloletnie doświadczenie w zakresie projektowania i realizacji instalacji fotowoltaicznych. Jest członkiem Polskiego Towarzystwa Fotowoltaiki, niezależnym ekspertem Stowarzyszenia Nowoczesne Budynki, autorem wielu publikacji; prowadzi szkolenia oraz wykłady w trakcie wszystkich znaczących wydarzeń związanych z tematyką fotowoltaiki. Od 2014 roku jest pracownikiem firmy Fronius Polska – oddziału firmy Fronius International, wiodącego producenta falowników sieciowych i urządzeń do magazynowania energii.

Przedruk:

Porównanie technologii i standardów w automatyce budynkowej

Porównanie technologii i standardów w automatyce budynkowej

Od pewnego już czasu chodziło nam po głowie przygotowanie pewnego rodzaju podsumowania technologii i standardów stosowanych w fizycznej warstwie komunikacji automatyki budynkowej. Jeśli instalacja powstaje wraz z budowanym domem – wówczas sprawa jest prosta: kładziemy dodatkowe przewody. Jest to rozwiązanie najbardziej odporne na wszelkiego rodzaju zakłócenia, zapewnia również zasilanie podłączonym do magistrali aktorom i sensorom. Tak jest przynajmniej w przypadku EIB/KNX i kilku podobnych rozwiązań.
Sprawy się nieco komplikują, gdy mamy do czynienia już z gotowym domem / mieszkaniem, do którego chcielibyśmy dodać “inteligencję”. Prucie ścian z reguły nie wchodzi w grę, pozostaje albo nienajszczęśliwszy KNX-PL (dane przesyłane kablami energetycznymi) lub transmisja bezprzewodowa.
Opisywaliśmy już trochę standardy transmisji bezprzewodowej, choćby Z-wave w tym poście. Brakowało nam jednak rzetelnego porównania wszystkich technicznych aspektów tych technologii.

   

I takie właśnie porównanie postanowiliśmy zrobić samodzielnie (choć trochę bazujemy na zagranicznych serwisach). Zestawienie nie ma na celu faworyzowania żadnego z rozwiązań i jest na tyle obiektywne, na ile tylko daliśmy radę 🙂

Wyjaśnijmy kilka pojęć

Zanim jednak przejdziemy do meritum, kilka słów wstępu i wyjaśnienie pewnych pojęć używanych w zestawieniu.

Otwarte standardy
Dokonaliśmy tu pewnego uproszczenia, jako że nawet w tzw. ustandaryzowanych technologiach nie zawsze jest możliwe znalezienie niezależnych dostawców dla różnych komponentów danego rozwiązania.
I tak przykładowo:

  • Z-Wave ma tylko jednego dostawcę układów radiowych nadawczo-odbiorczych.
  • To samo odnosi się do EnOcean.
  • Istnieje tylko jeden program do instalacji i konfigurowania EIB/KNX – Engineering Tool Suite (ETS).

A zatem tylko wtedy, gdy istnieje co najmniej jeden dostawca alternatywny dla każdego ze składników systemu / rozwiązania, orzeczenie “system otwarty” jest naprawdę uzasadnione.
Na potrzeby tego podsumowania dopuścimy się jednak pewnego uproszczenia i nie będziemy aż tak restrykcyjni.

Medium transmisji
Jednym z najbardziej krytycznych i ważnych cech technologii sieciowych jest medium służące do transmitowania sygnału. Systemy radiowe używają … powietrza, układy typu “powerline” (PL) – istniejących linii energetycznych.
Oprócz tych dwóch, istnieją systemy wymagające dodatkowego, specjalnego okablowania. Doskonałym przykładem jest EIB/KNX-TP, który jako medium używa “skrętki” (TP = Twisted Pair). Okablowanie takie musi być jednak wcześniej zaplanowane i ułożone razem z instalacją elektryczną. To wada w stosunku do systemów bezprzewodowych (radiowych), ale zaletą jest bezsprzeczna pewność transmisji.

A właśnie, niezawodność transmisji
Najbardziej niezawodnym sposobem przesyłania sygnałów są specjalne przewody danych zainstalowane i służące wyłącznie do tego celu.
Przykładami takich rozwiązań są KNX-TP i Ethernet (naszym zdaniem przyszłość automatyki budynkowej). Ewentualne zakłócenia mogą wystąpić tylko wtedy, gdy więcej niż jedno urządzenie próbuje nadawać i dochodzi do kolizji pakietów na magistrali. Wadami są wysokie koszty i niemały wysiłek, aby zaplanować i zainstalować przewody wszędzie tam, gdzie mogą okazać się potrzebne.
Znacznie bardziej narażone na zakłócenia jest przesyłanie danych za pośrednictwem istniejących linii elektroenergetycznych. Zasilacze komputerowe, sprzęt AGD itp. emitują taką ilość sygnałów zakłócających, że przesyłanie danych liniami energetycznymi stanowi nie lada akrobację. Ponadto projekt instalacji zasilającej z reguły nie jest zbyt odpowiedni do transmisji danych. Należy zagwarantować, aby dane docierały do wszystkich urządzeń końcowych, a jeśli urządzenie jest na jednej linii/fazie L1, a inne jest na linii/fazie L2, to te dwa urządzenia nie mogą “słyszeć” się nawzajem. Wówczas należy zainstalować sprzęgło międzyfazowe.
Transmitowanie danych w powietrzu na ogół jest bardziej złożone i bardziej podatne na zakłócenia, niż transmisja przewodowa . Atak “Denial of Service” jest możliwy z nadajnikiem zagłuszania, niemniej taki atak może być łatwo rozpoznany i np. aktywowany alarm sabotażu. Generalnie sieci typu mesh (węzłowe / kratowe) są bardziej niezawodne, niż zwykłe sieci typu punkt-punkt.
Przy transmisji 868 MHz dostępne jest tylko wąskie pasmo, zatem systemy działają tylko na jednym kanale. Z kolei w paśmie 2,4 GHz możemy spodziewać się interferencji z siecią WiFi.
Aby dobrze poczuć różnice pomiędzy technologią przewodową i bezprzewodową, można odwołać się do porównania pomiędzy telefonią komórkową a telefonią stacjonarną czy też pomiędzy Ethernetem a WiFi. Wszystkie technologie mają swoje plusy dodatnie i plusy ujemne, większość oferuje transmisyjne bezproblemowo, a skutki chwilowych zakłóceń eliminowane są przez sumy kontrolne, korekcje błędów i powtarzanie transmisji.

Prędkość transmisji
Parametr ten określa prędkość transmisji danych (komendy, aktualizacje statusu, wartości pomiarowe, monitorowanie, itp.) od jednego urządzenia (np. bramy) do drugiego (np. ściemniacz).
Są to wartości brutto. Szybkość przepływu danych netto oznacza faktyczną ilość przesłanych danych użytkownika i zależy od dodatkowych czynników, np. danych sterujących zawartych w protokole transmisji: adresy, sumy kontrolne, potwierdzanie otrzymanie wiadomości, żądanie dostępu, itp.

Sieci węzłowe (ang. mesh networks)

Jest to najwyższa forma ewolucji wśród wszystkich bezprzewodowych sieci. Jej strukturę można porównać z Internetem. Każdy pojedynczy komponent w zasięgu fal radiowych jest podłączony do wszystkich urządzeń sąsiednich i jednocześnie działa jako router przesyłając pakiety danych do końcowego odbiorcy. Zakłócenia radiowe i martwe punkty stały się przeszłością, jako że im więcej zainstalowanych komponentów, tym bardziej alternatywne drogi są ​​dostępne. W zależności od aplikacji możliwe są różne procesów routingu, np.
AODV ang. „adhoc on-demand distance vector routing”. Ten proces routowania umożliwia spontaniczne wyznaczenia trasy między dwoma aktywnymi urządzeniami sieciowymi w celu wymiany pakietów danych w dowolnym czasie. Uczestnicy (urządzenia) nie wymagają znajomości topologii sieci.
mTOR, ang. „many-to-one routing”. Idealnie nadaje się do sieci z jedną lub większą ilością stacji centralnych, takich jak home gateway służących do aktualizacji statusu, zbierania i prezentowania danych pomiarowych.
SR, ang. „source routing”. W tym przypadku stacja nadawcza zna całą trasę do miejsca przeznaczenia. Dobry wybór, jeśli gateway chce komunikować się z poszczególnymi urządzeniami, ale znajomość topologii sieci jest tutaj wymogiem.

Potwierdzenia
Potwierdzenia to możliwość zapewnienia rzetelnej wymiany pakietów danych. Jeden składnik wysyła wiadomość do drugiego i oczekuje zwrotnego komunikatu potwierdzenia jej otrzymania. Jeśli potwierdzenie nie zostanie odebrane, oryginalna wiadomość zostanie powtórzona przez stację nadawczą.
L2. Potwierdzenia w warstwie połączenia (warstwa 2, L2) zapewnia poprawność transmisji między dwoma sąsiednimi stacjami. Jeśli pakiet nie zostanie odebrany zostanie powtórzony – bez wysiłku i prawie bez żadnych opóźnień.
L7. Potwierdzenia w warstwie aplikacji (warstwa 7, L7) są niezbędne dla bezbłędnej transmisji. Dotyczą one sytuacji, które wykraczają poza warstwę połączenia. Powtórzenie transmisji w warstwie aplikacji wymaga więcej czasu i zasobów niż w warstwie 2, ponieważ wyszukiwarka routingu musi być zainicjowana.

Szyfrowanie
Właściwe szyfrowanie danych zapewnia, że ​​atakujący nie może rozszyfrować wiadomości, którą przechwycił z medium transmisyjnego. Jeszcze bardziej istotne jest to, że napastnik nie może przemycać własnych wiadomości w celu wywołania akcji takich jak wyłączenie systemu alarmowego, wyłączenie świateł zewnętrznych itp.
Zaawansowany standard szyfrowania (AES) ze 128-bitową długością klucza oferuje bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa – spełniając nawet wysokie standardy rządowe podczas transmisji tajnych dokumentów państwowych. AES jest również bazą dla protokołu (WPA2), który skutecznie zabezpiecza sieci bezprzewodowe WiFi.

Bezpieczeństwo
Absolutne bezpieczeństwo można osiągnąć tylko w systemach z prawidłowo wdrożonym szyfrowaniem.
Systemy sterowania radiowego bez szyfrowania pozwalają potencjalnemu napastnikowi potajemnie nagrywać transmisję danych i później przejąć kontrolę nad elementami zarządzania budynkiem. Intruz musi tylko być gdzieś w pobliżu, w zasięgu fal radiowych.
Systemy przewodowe bez szyfrowania oferują większe bezpieczeństwo, ale tylko tak długo, jak długo napastnik nie ma fizycznego połączenia z okablowaniem. Jeśli na oświetlenie zewnętrzne jest podłączone przez KNX-TP, należy to traktować jako słaby punkt instalacji i punkt wejścia dla potencjalnego napastnika. Również problematyczne są publicznie dostępne budynki, np. hotele. Tutaj atakujący może usunąć element KNX i uzyskać nieograniczony dostęp do okablowania magistrali (choć dobrze zaprojektowany system umożliwia wywołanie alarmu w takiej sytuacji usunięcia urządzenia KNX).
Jeśli jest zainstalowany KNX-PL, dostęp do gniazda zasilania daje możliwość manipulowania sygnałami magistrali jako że okablowanie zasilania służy również jako medium transmisji danych

Podstawowe technologie w automatyce budynkowej – porównanie

ZigBee Z-Wave enOcean KNX-RF KNX-PL KNX-TP
Otwarty standard tak tak tak tak tak tak
Medium transmisji powietrze powietrze powietrze powietrze linia energ. skrętka
Niezawodność wysoka średnia niska niska wysoka bardzo wysoka
Zasilanie bateryjne bateryjne zasilanie własne 3) ? sieć energet. 24-30V DC
Pobór prądu w trybie
uśpienia / pracy
1uA / * 2,5uA / * 0,08uA / * ? ? – / 10mA
Zakres częstotliwości
(radio)
2,4 GHz,
868 MHz1)
868/908 MHz 868/315 MHz 868 MHz
Najkrótszy telegram 4ms 20ms 0,6ms ? ? ?
Prędkość transmisji 250 kbps 9.6/40 kbps 125 kbps 16.4 kbps 1.2 kbps 9.6 kbps
Zasięg 30 – 100m 300m 300m
Sieć węzłowa (mesh) tak (AODV,
mTOR, SR)
tak (SR) nie nie
Potwierdzenia L2 & L7 L2?/L7 no (L7) L2 & L7 L2 & L7
Szyfrowanie AES-128 brak2) brak brak brak brak
Bezpieczeństwo bardzo duże brak brak brak małe średnie



1) ZigBee dostępny jest w wersji 868 MHz; niektórzy producenci oferują pasmo 2,4 GHz
2) Tylko elektroniczne zamki (system dostępu) Z-wave jest szyfrowany AES-128
3) Ciekawostką systemu enOcean jest wykorzystywanie niekonwencjonalnych sposobów zasilania.
Np. sensor przycisku jest zasilany … energią naciśnięcia klawisza. 

Zamiast podsumowania

W powyższym porównaniu oceniono tylko możliwości techniczne dla każdego medium transmisji danych. Aplikacje i integracja z automatyką budynkową stanowi osobne zagadnienie i jako takie powinno doczekać się indywidualnego opracowania. Może Czytelnicy mają jakieś ciekawe materiały na ten temat?

Opracowanie na podstawie materiałów firm: EnOcean, Ubisys, KNX

Witaj, Instalatorze!

Witaj, Instalatorze!

Witaj na Forum Instalatorów Falowniki Fronius (FIFF). Tak! To jest forum dla Ciebie!

Zapraszamy do korzystania,  ale także do dzielenia się wiedzą w formie komentarzy i wpisów na Forum.

Znajdziesz tu również Odpowiedzi Na Najczęściej Zadawane Pytania (FAQ), cała masa dokumentów do pobrania, oraz linki do Webinariów, zarówno tych nagranych, jak również planowanych. W sekcji Wydarzenia znajdą się zaproszenia na szkolenia, targi i Konferencje FSP.

Natomiast sekcja Bonus-Fronius,  to program promujący rejestrację gwarancji. Warto zatem założyć konto i się z zalogować. Twoje bonusowe punkty najpewniej już tu są…

Mamy nadzieję,  że zapiszesz te stronę w swoich ulubionych i będziesz tu często zaglądał. Liczymy na Ciebie!

W imieniu Zespołu Fronius Polska,

Maciej Piliński

PS. Awatary komentujących pochodzą z Gravatara.