Щит солнечной станции: что внутри и зачем

В щите солнечной станции две независимые части. Первая — постоянного тока, между панелями и инвертором: разъединитель, устройство защиты от перенапряжений и, если параллельно соединены три и более стрингов, предохранители. Вторая — переменного тока, между инвертором и домом: автомат, УЗО и свой УЗИП. У гибридной станции добавляются защита аккумулятора и узел переключения на резерв. Ниже — зачем нужен каждый аппарат, как посчитать номиналы и на чём чаще всего ошибаются.

Часть постоянного тока

Аппарат	Задача	Как выбирают
Разъединитель	Отключить панели от инвертора, в том числе под нагрузкой	Напряжение не ниже напряжения холостого хода стринга на морозе; ток не ниже 1,25 × Isc; разрывает оба полюса
УЗИП для фотоэлектрических цепей	Сбросить на землю грозовой импульс, пришедший по кабелям панелей	Рабочее напряжение с запасом 20 % к напряжению холостого хода; отдельное устройство на каждый вход инвертора
Предохранители в стрингах	Защитить панели от обратного тока	Нужны только при трёх и более параллельных стрингах; номинал от 1,5 × Isc до паспортного максимума панели
Клеммы и кабельные вводы	Присоединение кабелей без потери герметичности	По сечению кабеля и степени защиты корпуса

Честное замечание: у небольшой домашней станции этой части может не быть вовсе. Разъединитель встроен в большинство инверторов, защита от перенапряжений на входах — тоже, а предохранители при одном-двух стрингах на вход не нужны. Отдельный щит постоянного тока оправдан, когда трасса от панелей длиннее 10 м, когда хочется сменную защиту вместо встроенной или когда отключать панели нужно до ввода кабеля в дом. Подробности — в статьях о том, когда нужны предохранители в стрингах, и об УЗИП для солнечной станции.

Аппараты здесь — только с маркировкой для постоянного тока. Почему сетевой автомат на стринге опасен, объяснено в статье про автоматы постоянного тока.

Часть переменного тока

Аппарат	Задача	Как выбирают
Автоматический выключатель	Защитить кабель между щитом и инвертором, дать возможность отключить инвертор от сети	Номинал не ниже 1,25 × наибольший ток инвертора или по руководству
УЗО	Отключить линию при утечке на землю	Тип и ток срабатывания — по руководству инвертора
УЗИП	Защитить выход инвертора от импульсов из сети	Тип 2 в щите; на вводе в дом — по условиям ввода
Счётчик или датчик тока инвертора	Измерить поток энергии на вводе дома	Модель из списка совместимых; датчик ставят на вводной кабель, соблюдая направление

Последняя строка заслуживает пояснения. Инвертор сам знает только то, что вырабатывает. Чтобы он не отдавал лишнее в сеть, заряжал батарею именно излишками и показывал в мониторинге потребление дома, ему нужен измеритель на вводе. Датчик тока, надетый не на тот провод или стрелкой не в ту сторону, — самая частая причина жалоб на «странные» графики после монтажа.

Выбору УЗО посвящена отдельная статья — тип A или тип B.

Гибридная станция: батарея и резерв

Защита аккумулятора. Между батареей и инвертором ставят предохранитель или неполяризованный автомат постоянного тока — как можно ближе к батарее. У многих заводских батарей выключатель уже встроен в корпус, но защита кабеля всё равно нужна, если это требует руководство.

Резервный выход. У гибридного инвертора два выхода переменного тока: один соединён с сетью, второй продолжает работать при её отключении. К резервному подключают отдельную группу — котёл, насосы, холодильник, освещение, связь — через свою секцию щита с автоматами и УЗО. Заводить на резерв весь дом стоит только тогда, когда мощности инвертора хватает на все нагрузки сразу.

Обходной переключатель. Трёхпозиционный переключатель с положениями «инвертор — отключено — сеть» позволяет питать резервную группу напрямую от сети, минуя инвертор. Без него неисправность или обслуживание инвертора оставляет без электричества именно те приборы, ради которых резерв и делался.

Ввод резерва от генератора. Если генератор подключают не к отдельному входу инвертора, а к дому, нужен автомат ввода резерва или ручной переключатель, исключающий встречное включение генератора и сети.

Пример расчёта: гибридный инвертор 5 кВт

Однофазный инвертор 5 кВт, два входа, на каждом стринг из 6 панелей с напряжением холостого хода 49,5 В и током короткого замыкания 14 А, батарея на 48 В.

• Напряжение стринга: 6 × 49,5 = 297 В. На морозе −30 °C при коэффициенте −0,25 % на градус прибавка 55 × 0,25 = 13,75 %, итого 297 × 1,1375 ≈ 338 В. Аппараты постоянного тока — на 500–600 В и выше.
• Разъединитель: 14 × 1,25 = 17,5 А, берут 20 или 32 А, двухполюсный на каждый стринг либо встроенный в инвертор.
• Предохранители: не нужны — на каждом входе по одному стрингу.
• УЗИП стороны панелей: два устройства, по одному на вход; рабочее напряжение не ниже 297 × 1,2 ≈ 356 В, то есть модель на 600 В.
• Автомат на стороне сети: 5 000 ÷ 230 ≈ 21,7 А; с запасом 21,7 × 1,25 ≈ 27 А, ближайший номинал 32 А, кабель 6 мм². Оговорка: гибридный инвертор может брать из сети больше своей номинальной мощности — одновременно питать нагрузки насквозь и заряжать батарею. Наибольший входной ток указан в руководстве, и номинал выбирают по нему.
• Защита батареи: 5 000 ÷ 48 ÷ 0,95 ≈ 110 А, при разряженной батарее на 44 В — около 120 А. Номинал 125–160 А, точное значение — в руководстве.
• Резервный выход: автомат по наибольшему току этого выхода и групповые автоматы с УЗО на 30 мА для розеточных линий.

Корпус и компоновка

• Цепи постоянного и переменного тока размещают в разных корпусах или в одном, но с перегородкой и раздельными вводами. Кабели двух видов тока не укладывают в общий жгут.
• Для стороны панелей берут корпус из изолирующего материала. На улице — со степенью защиты не ниже IP65, вводы кабелей снизу через сальники, место в тени.
• УЗИП ставят рядом с шиной PE: суммарная длина его проводников — не больше полуметра.
• Аппараты греются. Плотная набивка в маленьком корпусе на солнце даёт ложные срабатывания и старит пластик; оставляйте свободные места на рейке.
• Многопроволочные жилы оконцовывают наконечниками, клеммы затягивают с моментом, указанным на аппарате, и проверяют через месяц работы.
• На корпусе — предупреждение о том, что цепи панелей остаются под напряжением на свету даже при отключённой сети, подписи всех линий и схема на внутренней стороне дверцы.

Проще всего взять готовый заводской щит под нужное число стрингов: он собран и испытан как изделие. Щиты, аппараты и вводы собраны в разделе коннекторы, кабели и защитное оборудование.

Порядок отключения и типичные ошибки

Общий принцип: сначала снимают нагрузку, потом размыкают постоянный ток. То есть выключают автомат на стороне сети, затем батарею — как указано в руководстве, и только после этого разъединитель панелей. Включают в обратном порядке, если руководство не предписывает иное. Внутри инвертора после отключения ещё несколько минут держат заряд конденсаторы; время ожидания написано на его корпусе.

Ошибки, которые встречаются чаще всего:

• сетевые автоматы и сетевые УЗИП в цепи панелей;
• поляризованный автомат в цепи батареи или подключённый против схемы;
• один УЗИП на два входа инвертора, соединённых ради этого вместе;
• длинные петли проводов к УЗИП и отдельный «свой» заземлитель у щита;
• инвертор под общим с розетками УЗО на 30 мА;
• нет обходного переключателя на резервной группе;
• ввод кабелей сверху в уличный щит — вода приходит по кабелю внутрь;
• нет подписей, и через год никто не помнит, какая линия что питает.

Частые вопросы

Можно ли поставить аппараты станции в общий домашний щит?

Аппараты переменного тока — можно, если есть место и линия инвертора выделена отдельно. Цепи панелей лучше держать в своём корпусе: это другое напряжение и другие правила обращения.

Где ставить щит постоянного тока — у панелей или у инвертора?

При трассе до 10 м — рядом с инвертором. При более длинной защита от перенапряжений нужна с обоих концов, и возле панелей появляется вторая коробка.

Можно ли собрать щит самому?

Это работа для электрика с допуском. Особенность станции в том, что цепь панелей нельзя обесточить выключателем на вводе: пока светло, на кабелях сотни вольт. Ошибка здесь обходится дороже, чем в обычной проводке.

Нужен ли отдельный счётчик для инвертора?

Для станции, которая работает только на собственное потребление, достаточно измерителя из комплекта инвертора. Коммерческий учёт при продаже излишков — это уже счётчик, который ставит и принимает сетевая организация.