Systemy fotowoltaiczne (PV) przekształciły się w dojrzałą, zrównoważoną i adaptacyjną technologię. Zapotrzebowanie na nie oraz wzrost liczby instalacji wymuszają zastosowanie skutecznej ochrony elektrycznej. Systemy PV, podobnie jak wszystkie systemy elektroenergetyczne, muszą mieć odpowiednią ochronę przed przetężeniem i przepięciem. Eaton ściśle współpracuje z producentami systemów solarnych. Dzięki prowadzonym badaniom i rozwojowi wyprodukował rewolucyjne fotowoltaiczne wkładki bezpiecznikowe, które współpracują z systemami łączników paneli słonecznych, zapewniając pełną ochronę aplikacji PV.

• komórka PV ma zwykle od 4 do 6 cali kwadratowych (często nazywana ogniwem),
• kilka pojedynczych komórek jest połączonych w module (często nazywanym panelem),
• rząd modułów fotowoltaicznych połączonych szeregowo jest też określany jako string,
• szereg równoległych rzędów modułów określa się mianem macierzy.

Napięcie wyjściowe modułu fotowoltaicznego jest określone przez liczbę ogniw połączonych szeregowo, które tworzą moduł. Prąd wyjściowy modułu PV zależy od powierzchni ogniwa.

Najczęściej używane moduły słoneczne są wykonane z 4 ”, 5” i 6 ”” polikrystalicznych ogniw krzemowych. Ten typ modułu wykorzystujący 6-calowe ogniwa może osiągnąć około 8 A prądu maksymalnego punktu mocy (MPP)na moduł przy typowym napięciu wyjściowym około 30 wolt. Przy technologii cienkowarstwowej typowa moc wyjściowa wynosi 2,5 A i 40 wolt.

Prąd w punkcie mocy maksymalnej Impp różni się u różnych producentów przy jednakowych wymiarach ogniw słonecznych. Przy doborze odpowiednich wkładek bezpiecznikowych należy stosować określone przez producenta charakterystyki prądu zwarcia (Isc) i prądu wstecznego.

W celu zweryfikowania prądów wyjściowych i napięć modułów w zakresie warunków przewidywanych dla proponowanej instalacji należy zapoznać się ze specyfikacjami dostarczonymi przez producenta modułu. Na warunki te ma wpływ temperatura otoczenia, kąt padania światła słonecznego oraz ilość energii słonecznej docierającej do modułu. Są one zwykle wymieniane jako współczynniki w specyfikacjach producenta.

Producenci sugerują również maksymalną wartość znamionową bezpiecznika szeregowego lub wartość prądu wstecznego. Obie wartości są oparte na testach modułów, które przetrwały 1,35 raza tej oceny przez dwie godziny.

W zależności od pożądanej wydajności systemu fotowoltaicznego, może być kilka połączonych równolegle stringów fotowoltaicznych, aby osiągnąć wyższe prądy, a następnie większą moc. Systemy fotowoltaiczne, które mają 3 lub więcej rzędów modułów (Np > 3) połączonych równolegle wymagają ochrony każdego z nich. Systemy, które mają mniej niż 3 stringi (Np ≤ 3) nie będą generować prądu wystarczającego do uszkodzenia modułów w przypadku usterki. Dlatego też nie stanowią zagrożenia dla bezpieczeństwa, pod warunkiem, że przewód jest odpowiednio dobrany. Jednakże dobra praktyka wskazuje, aby wykonać takie zabezpieczenie np. na wypadek uszkodzenia falownika lub gdy do rzędów modułów podłączone są baterie.

Tam, gdzie 3 lub więcej rzędów modułów jest połączonych równolegle, wkładka bezpiecznikowa w każdym module ochroni kable i moduły przed zwarciami i przetężeniami oraz pomoże zminimalizować wszelkie zagrożenia bezpieczeństwa. Odizoluje również uszkodzony string, aby reszta systemu fotowoltaicznego mogła nadal generować energię elektryczną.

Należy pamiętać, że prąd wyjściowy modułów PV zmienia się wraz z temperaturą modułów i ilością słońca, na które są narażone. Ekspozycja zależy od natężenia promieniowania, nachylenia oraz efektu zacienienia drzew, budynków lub chmur. Podczas pracy wkładki topikowe, jako urządzenia termiczne, podlegają wpływowi temperatury otoczenia. Wkładki bezpiecznikowe serii Bussmann firmy Eaton do stringów fotowoltaicznych należy dobierać zgodnie z poniższymi krzywymi:

Przypadek, gdy Np ≤ 3:
• napięcie znamionowe wkładki ≥ 1,2 x Voc x Ns,
• prąd znamionowy wkładki ≤ obciążalność prądowa przewodów instalacyjnych.
Z reguły dla prosumenckich elektrowni są to wkładki 10x38mm/1000 Vdc

Przypadek, gdy Np > 3:
• napięcie znamionowe wkładki ≥ 1,2 x Voc x Ns,
• prąd znamionowy wkładki ≥ 1,56 x Isc,
• prąd znamionowy wkładki ≤ obciążalność prądowa przewodów instalacyjnych.
Z reguły dla prosumenckich elektrowni są to wkładki 10x38mm/1000 Vdc

W rozdzielni głównej, w której podłączamy macierze należy wykonać zabezpieczenie nadprądowe falownika po stronie DC. Ponieważ w tej części instalacji mogą już pojawić się większe prądy często stosuje się wkładki nożowe PV-NH lub dla większych elektrowni zbudowanych na napięcie 1500 VDC wkładki nożowe NH-XL PV.
• Napięcie znamionowe wkładki ≥ 1,2 x Voc x Ns
• Prąd znamionowy wkładki ≥ 1,56 x Isc x Np (Np – ilość rzędów modułów)
• Prąd znamionowy wkładki ≤ Imod_max_OCPR (max. prąd zwarcia poszczególnego modułu)
• Prąd znamionowy wkładki ≤ obciążalność prądowa przewodów instalacyjnych

Dodatkowo należy sprawdzić wartość znamionowego prądu wkładki w stosunku do warunków temperaturowych w otoczeniu wkładki. Przykładowo, dla temperatury otoczenia 60°C należy przyjąć około 90% wyznaczonej powyżej wartości prądu znamionowego wkładki.

Objaśnienia:
Isc - prąd zwarcia poszczególnego modułu w warunkach STC
STC - Standard Test Conditions - odpowiadający temperaturze modułu 25°C, natężeniu promieniowania słonecznego 1000 W/m2 i rozkładowi spektralnemu promieniowania AM 1,5 (bezchmurne niebo w południe)
Voc - napięcie nieobciążonego pojedynczego modułu w warunkach STC
Ns - ilość modułów w pojedynczym rzędzie/szeregu
Np - ilość szeregów modułów
Imod_max_OCPR – maksymalna dopuszczalna wartość prądu zwarcia poszczególnego modułu określona przez standard IEC 61730-2 (często podawana przez producentów)