Kodėl iš viso kyla šis klausimas
Pastaraisiais metais saulės elektrinės tapo įprastu reginiu ant stogų ir laukuose. Kartu su jų populiarumu augo ir įvairūs mitai bei baimės. Vienas dažniausiai pasitaikančių klausimų – ar saulės baterijos nepatraukia žaibų? Šis nerimas nėra visiškai bepagrindis, nes kalbame apie metalines konstrukcijas, elektros laidus ir įtampą, o tai intuityviai atrodo kaip galimas pavojus audros metu.
Tiesą sakant, daugelis žmonių vis dar prisimena mokyklines pamokas apie tai, kad metaliniai objektai gali pritraukti žaibus. Tačiau realybė yra žymiai sudėtingesnė nei paprasti fizikos vadovėlių pavyzdžiai. Saulės elektrinės – tai kompleksinės sistemos, kurių sąveika su atmosferos reiškiniais priklauso nuo daugybės veiksnių: nuo jų išdėstymo ir aukščio iki aplinkos topografijos ir pačios žaibo fizikos.
Šiame straipsnyje pažvelgsime į problemą iš mokslinės perspektyvos, bet stengsimės išvengti per daug sudėtingos terminologijos. Svarbu suprasti, kad atsakymas nėra paprastas „taip” ar „ne” – jis priklauso nuo to, kaip suprantame žaibo formavimosi procesus ir kaip tinkamai projektuojamos bei įrengiamos saulės elektrinės.
Kaip iš tikrųjų formuojasi žaibas
Žaibas nėra kažkoks paslaptingas reiškinys, kuris atsitiktinai pasirenka savo taikinius. Tai elektros iškrova, kuri vyksta tarp debesų ir žemės paviršiaus, kai susikaupia pakankamas elektros krūvių skirtumas. Audros debesyse dėl vandens lašelių, ledo kristalų ir oro masių judėjimo susidaro milžiniška įtampa – kartais siekianti šimtus milijonų voltų.
Kai šis potencialų skirtumas tampa per didelis, prasideda vadinamasis „lyderiaus” formavimasis. Iš debesies link žemės juda nematoma jonizuoto oro kolona, ieškodama lengviausio kelio elektros iškrovai. Tuo pačiu metu nuo žemės paviršiaus objektų, ypač aukštų ir aštrių, pradeda kilti priešingos krypties „atsakomasis lyderis”. Kai šie du lyderiai susitinka – įvyksta ta pati akimirksninė šviesos blyksnė, kurią vadiname žaibu.
Svarbiausia čia suprasti, kad žaibas renkasi kelią pagal kelių principų derinį. Pirma, jis linkęs smogti į aukščiausius objektus tam tikrame plote. Antra, jis ieško geriausiai laidžių kelių. Trečia, geometrija ir aštrumas vaidina svarbų vaidmenį – smailus objektas sukuria stipresnį elektrinį lauką savo viršūnėje, todėl lengviau inicijuoja atsakomąjį lyderį.
Tai reiškia, kad bet koks aukštas objektas – ar tai būtų medis, pastato kaminas, vėjo malūnas ar saulės elektrinė – teoriškai gali tapti žaibo taikiniu. Tačiau tai nereiškia, kad jis „pritraukia” žaibus labiau nei natūraliai būtų smogta į tą vietą.
Saulės elektrinių konstrukcijos ypatybės
Tipinė stogo saulės elektrinė paprastai pakyla vos keliolika centimetrų virš paties stogo paviršiaus. Tai reiškia, kad ji nekuria jokio esminio aukščio skirtumo, kuris galėtų pakeisti žaibo tikimybę. Jei žaibas būtų smogęs į jūsų namą be saulės baterijų, jis greičiausiai smogtų ir su jomis.
Laukinės saulės elektrinės – tie didžiuliai saulės parkų laukai – paprastai montuojamos gana žemai, dažniausiai 1-3 metrų aukštyje. Palyginkite tai su medžiais, pastatais ar elektros perdavimo linijomis tame pačiame plote, ir pamatysite, kad saulės panelės retai būna aukščiausias objektas aplinkoje.
Dėl pačios konstrukcijos – saulės panelės sudarytos iš silicio elementų, kurie yra puslaidininkiai, o ne gryni metalai. Nors jie turi tam tikrą elektrinį laidumą (būtent dėl to ir generuoja elektros srovę), jų laidumas yra žymiai mažesnis nei metalų. Aliuminio rėmai, kurie laiko paneles, tikrai yra geri elektros laidininkai, tačiau jie sudaro tik nedidelę konstrukcijos dalį.
Kas iš tikrųjų svarbu – tai kaip suprojektuota visa elektrinės sistema. Moderniose instaliacijos yra privalomos įžeminimo sistemos, kurios specialiai sukurtos tam, kad saugiai nukreiptų bet kokią netikėtą elektros iškrovą į žemę. Tai reiškia, kad net jei žaibas ir smogtų į saulės elektrinę, tinkamai įrengta sistema turėtų saugiai išsklaidyti tą energiją be rimtų pasekmių.
Elektromagnetinė indukcija ir netiesioginiai poveikiai
Čia prasideda įdomesnė ir dažnai neįvertinama problemos dalis. Net jei žaibas tiesiogiai nesmogė į saulės elektrinę, jo elektromagnetinis impulsas gali sukelti rimtų problemų. Kai žaibas smogė kažkur netoliese – galbūt į medį ar elektros stulpą už 50 metrų – jis sukuria galingą elektromagnetinį lauką.
Šis laukas veikia pagal elektromagnetinės indukcijos principą, kurį dar XIX amžiuje aprašė Michaelas Faraday. Kintantis magnetinis laukas sukelia elektros srovę bet kokiame netoliese esančiame laidininke. Saulės elektrinės turi daug laidų – nuo pačių panelių iki inverterių ir toliau į namo elektros sistemą. Visi šie laidai gali tapti savotiškais antenomis, kuriose indukuojasi pavojinga įtampa.
Būtent dėl šios priežasties dauguma saulės elektrinių gedimų audros metu įvyksta ne dėl tiesioginio žaibo smūgio, o dėl indukuotų viršįtampių. Šios viršįtampos gali sudeginti jautrius elektroninius komponentus – inverterius, valdymo sistemas, stebėjimo įrangą. Tai gali nutikti net kai žaibas smogė gana toli, ypač jei sistema neturi tinkamų apsaugos priemonių.
Profesionaliai įrengtose sistemose naudojami specialūs viršįtampių ribokliai (SPD – Surge Protection Devices), kurie veikia kaip saugikliai. Kai jie aptinka staigų įtampos šuolį, greitai nukreipia perteklinę energiją į įžeminimą, apsaugodami brangią įrangą. Tai yra būtina bet kurios saulės elektrinės dalis, ypač vietovėse, kur audros yra dažnos.
Statistika ir realūs duomenys
Pažvelkime į skaičius, nes jie dažnai pasako daugiau nei teoriniai samprotavimai. JAV Nacionalinis žaibų saugumo institutas (NLSI) jau daugiau nei dešimtmetį renka duomenis apie incidentus, susijusius su atsinaujinančios energijos įrenginiais. Jų išvados gana aiškios – saulės elektrinės nesudidina žaibo smūgio tikimybės pastatui ar teritorijai.
Vokietijoje, kur saulės energetika ypač išvystyta, atlikti tyrimai parodė, kad pastatai su saulės elektrinėmis nepatyrė daugiau žaibo smūgių nei pastatai be jų. Tai buvo analizuojama per 15 metų laikotarpį, apimant šimtus tūkstančių įrenginių. Statistiškai reikšmingo skirtumo nebuvo nustatyta.
Tačiau yra viena išlyga – blogai suprojektuotos ar įrengtos sistemos gali turėti didesnę riziką. Pavyzdžiui, jei saulės panelės montuojamos ant metalinio stogo be tinkamo elektrinės izoliacijos, arba jei įžeminimo sistema nepakankamai efektyvi, tai gali sukurti papildomų problemų. Bet tai yra instaliacijos kokybės klausimas, o ne pačių saulės panelių.
Įdomu tai, kad draudimo kompanijos, kurios labai kruopščiai vertina rizikos veiksnius, paprastai nedidina įmokų pastatams su saulės elektrinėmis dėl žaibo rizikos. Jei būtų realus statistiškai patvirtintas pavojus, tai tikrai atsispindėtų draudimo politikose. Faktas, kad taip nėra, kalba pats už save.
Apsaugos priemonės ir tinkami sprendimai
Nors saulės elektrinės savaime nesudidina žaibo rizikos, tai nereiškia, kad galima ignoruoti apsaugos klausimą. Priešingai – būtent dėl to, kad sistema apima brangią elektroniką ir yra sujungta su namo elektros tinklu, apsauga nuo žaibo ir viršįtampių yra kritiškai svarbi.
Pirmas ir svarbiausias dalykas – tinkamas įžeminimas. Kiekviena saulės elektrinė turi turėti atskirą įžeminimo sistemą, kuri atitinka vietinius elektros saugos standartus. Tai paprastai reiškia vario ar cinkuotu plienu dengtas įžeminimo elektrodas, įkaltas į žemę bent 2-3 metrų gylyje, su pakankamu laidumu (paprastai mažiau nei 10 omų varža).
Antra – viršįtampių apsauga keliuose lygiuose. Turėtų būti įrengti SPD įtaisai tiek nuolatinės srovės pusėje (tarp panelių ir inverterio), tiek kintamosios srovės pusėje (tarp inverterio ir namo elektros skydo). Kai kuriose sistemose naudojami net trys apsaugos lygiai, ypač jei elektrinė didelė ar vietovė audringesnė.
Jei jūsų namuose jau yra žaibosaugos sistema (žaibolaidis), saulės elektrinė turi būti integruota į šią sistemą. Tai nereiškia, kad panelės turi būti tiesiogiai prijungtos prie žaibolaidžio – priešingai, jos turi būti tam tikru atstumu, kad išvengtų tiesioginio kontakto. Bet visa elektrinės metalinė konstrukcija turi būti sujungta su bendru įžeminimu.
Praktinis patarimas tiems, kurie planuoja įsirengti saulės elektrinę: visada reikalaukite, kad instaliatorius pateiktų detalų apsaugos nuo žaibo planą. Tai turėtų būti standartinė projekto dalis, o ne papildoma paslauga. Jei įmonė to nesiūlo ar bando įtikinti, kad tai nereikalinga – ieškokite kito instaliatorius.
Mitai ir klaidingos nuostatos
Aplink saulės elektrines sukasi nemažai mitų, kuriuos verta paneigti faktais. Vienas populiariausių – kad saulės panelės „pritraukia” žaibus kaip magnetai. Tai fundamentaliai neteisinga. Žaibas nėra magnetinis reiškinys, o elektrinis. Saulės panelės neturi jokių ypatybių, kurios keistų elektrinį lauką aplinkoje taip, kad žaibas būtų „pritraukiamas”.
Kitas mitas – kad stiklas ir silicis saulės panelėse yra geri elektros laidininkai. Iš tikrųjų silicis yra puslaidininkis, o stiklas – izoliatorius. Taip, panelėse yra metaliniai kontaktai ir aliuminio rėmas, bet jų proporcija visoje konstrukcijoje yra maža. Lyginant su, pavyzdžiui, metaliniu stogu, saulės panelės yra žymiai mažiau laidžios.
Dar viena klaidinga nuostata – kad saulės elektrinės generuoja elektromagnetinį lauką, kuris gali pritraukti žaibą. Nors inverteriai ir kiti elektroniniai komponentai tikrai skleidžia tam tikrą elektromagnetinį spinduliavimą, jo intensyvumas yra mikroskopinis palyginti su natūraliais atmosferos elektriniais laukais audros metu. Tai tiesiog nėra pakankamai stipru, kad turėtų bet kokią įtaką žaibo trajektorijai.
Įdomu tai, kad kai kurie žmonės bijo, jog saulės panelės ant stogo padarys namą pavojingesnį audros metu. Realybė yra priešinga – jei elektrinė įrengta pagal standartus su tinkama apsauga, ji gali net padidinti viso pastato saugumą, nes įžeminimo sistema bus modernesnė ir efektyvesnė nei daugelio senų namų.
Ką daryti audros metu
Praktinis klausimas, kurį užduoda daugelis saulės elektrinių savininkų – ar reikia kažką daryti, kai artėja audra? Trumpas atsakymas – paprastai ne. Modernios saulės elektrinės yra projektuojamos veikti automatiškai ir saugiai visomis oro sąlygomis.
Tačiau yra keletas protingų atsargumo priemonių. Jei žinote, kad artėja stipri audra, galite išjungti saulės elektrinės inverterį. Daugelis šiuolaikinių inverterių turi automatinę apsaugą ir patys išsijungia aptikę anomalijas, bet rankinis išjungimas suteikia papildomą saugumo lygį. Tai ypač aktualu, jei jūsų sistema senesnė ar neturite viršįtampių apsaugos įtaisų.
Svarbu suprasti, kad net išjungus inverterį, saulės panelės vis tiek generuoja elektros srovę, kai ant jų krenta šviesa. Todėl niekada nebandykite liesti panelių ar laidų audros metu, net jei sistema „išjungta”. Elektros energija vis tiek teka nuo panelių link inverterio, tik ji nėra konvertuojama ir tiekiama į namo tinklą.
Po audros, ypač jei žaibas smogė netoliese, verta patikrinti kelias pagrindines sistemas. Pirmiausia pažiūrėkite, ar inverteris rodo normalų veikimą – daugelis modelių turi diagnostikos ekranus ar LED indikatorius. Jei matote klaidos pranešimus ar sistema neveikia, nekentėkite patys taisyti – kreipkitės į kvalifikuotą specialistą.
Taip pat verta periodiškai (bent kartą per metus) patikrinti įžeminimo sistemos būklę. Laikui bėgant įžeminimo elektrodai gali koroduoti, ypač drėgnose ar rūgščiose dirvose. Tai sumažina jų efektyvumą ir gali padidinti riziką audros metu. Profesionalus elektrikas gali išmatuoti įžeminimo varžą specialiu prietaisu ir pasakyti, ar viskas tvarkoje.
Kai žaibas vis dėlto smogė
Nors tikimybė maža, žaibas gali smogti į pastatą su saulės elektrine arba labai arti jo. Kas nutinka tokiu atveju? Jei sistema tinkamai suprojektuota ir įrengta, pasekmės turėtų būti minimalios. Įžeminimo sistema nukreips didžiąją dalį energijos į žemę, o viršįtampių ribokliai apsaugos jautrius elektroninius komponentus.
Tačiau net ir su geriausia apsauga, žaibo energija yra tokia milžiniška (gali siekti milijardą vatų), kad kai kurie pažeidimai neišvengiami. Dažniausiai kenčia inverteriai ir stebėjimo įranga – būtent tie komponentai, kuriuose yra jautriausia elektronika. Geros naujienos yra tai, kad šie komponentai paprastai yra apdrausti, ir jų keitimas nėra katastrofiškai brangus.
Pačios saulės panelės yra gana atsparios tiesioginiam žaibo poveikiui. Jos sukonstruotos atlaikyti įvairias aplinkos sąlygas, įskaitant kruša ir stiprius vėjus. Tačiau jei žaibas smogė tiesiogiai į panelę, ji greičiausiai bus sugadinta – stiklas gali įtrūkti, silicio elementai sudegs. Laimei, tai yra reta situacija, ir paprastai pažeidžiamos tik viena ar kelios panelės, o ne visa sistema.
Po žaibo smūgio būtina atlikti išsamią sistemos patikrą. Net jei viskas atrodo veikia normaliai, gali būti paslėptų pažeidimų – pavyzdžiui, izoliacija gali būti pažeista, kas vėliau gali sukelti problemų. Profesionalus patikrinimas turėtų apimti elektrinių matavimų, vizualinę apžiūrą ir visos apsaugos įrangos testavimą.
Ką reikėtų žinoti prieš įsirengiant elektrinę
Jei tik planuojate saulės elektrinę ir jus neramina žaibo klausimas, štai keletas praktinių rekomendacijų. Pirma, pasitarkite su keliomis įrengimo įmonėmis ir paklauskit, kaip jos sprendžia apsaugą nuo žaibo. Profesionalus instaliatorius turėtų sugebėti aiškiai paaiškinti, kokios apsaugos priemonės bus įrengtos ir kodėl jos reikalingos.
Antra, įsitikinkite, kad jūsų vietovės statybos normos ir elektros saugos standartai bus laikomi. Lietuvoje tai reiškia atitiktį LST standartams, kurie reglamentuoja elektros įrenginių apsaugą nuo žaibo. Geras instaliatorius turėtų būti susipažinęs su šiais standartais ir automatiškai juos taikyti.
Trečia, apsvarstykite papildomą draudimą. Daugelis namų draudimo polisų jau apima saulės elektrines, bet verta patikrinti, ar žaibo pažeidimai yra padengti. Kai kurie draudikai siūlo specialius papildomus paketus atsinaujinančios energijos įrenginiams, kurie gali būti naudingi.
Ketvirta, jei gyvename vietovėje, kur audros yra dažnos (pavyzdžiui, kai kuriose Lietuvos vietose per metus būna 20-30 audrų dienų), apsvarstykite investiciją į aukštesnės klasės viršįtampių apsaugą. Tai gali kainuoti papildomus kelis šimtus eurų, bet gali sutaupyti tūkstančius, jei kada nors įvyks nelaimė.
Ir galiausiai – nepanikuokite. Milijonai saulės elektrinių visame pasaulyje veikia saugiai net audrų zonose. Žaibo rizika neturėtų būti priežastis atsisakyti saulės energijos. Tai turėtų būti tik vienas iš daugelio aspektų, kuriuos reikia tinkamai apsvarstyti projektuojant ir įrengiant sistemą.
Apibendrinant realybę ir išsklaidant baimes
Grįžtant prie pradinio klausimo – ar saulės elektrinės pritraukia žaibus – atsakymas yra aiškus: ne, jos nepritraukia žaibų labiau nei bet koks kitas objektas toje pačioje vietoje. Žaibo fizika yra sudėtinga, bet pagrindinis principas paprastas – žaibas renkasi aukščiausius ir geriausiai laidžius objektus. Tinkamai įrengta saulės elektrinė nekeičia šių parametrų reikšmingai.
Tikroji problema nėra tiesioginis žaibo smūgis, o elektromagnetinė indukcija ir viršįtampos, kurios gali atsirasti net kai žaibas smogė toli. Bet ir šios problemos yra puikiai žinomos ir turi standartizuotus sprendimus – tinkamas įžeminimas, viršįtampių ribokliai ir profesionalus įrengimas.
Svarbu suprasti, kad saulės energetika yra brangi technologija su dešimtmečių patirtimi visame pasaulyje. Jei žaibo rizika būtų rimta problema, tai būtų plačiai žinoma ir atsispindėtų statistikoje, draudimo politikose ir statybos normose. Faktas, kad taip nėra, rodo, jog su tinkamomis atsargumo priemonėmis saulės elektrinės yra saugios net audrų zonose.
Jūsų pagrindinis dėmesys turėtų būti nukreiptas į instaliacijos kokybę. Rinkitės patikimus, licencijuotus instaliatorus, reikalaukite atitikties standartams ir nevenkit investuoti į tinkamą apsaugos įrangą. Tai yra daug svarbesni veiksniai nei teorinė žaibo rizika. Su šiais principais galite drąsiai džiaugtis saulės energija, nesijaudinant dėl kiekvienos artėjančios audros.