Photovoltaik ist das direkte Verfahren, bei dem aus Sonnenenergie Strom gewonnen wird. Zu Modulen zusammengeschaltete Solarzellen, meist mono- oder polykristalline Siliziumzellen, wandeln Sonnenenergie in elektrische Spannung. Ein Wechselrichter übersetzt den Gleichstrom in den haushaltsüblichen Wechselstrom. Überspannungsschäden durch Gewitter sind eine der häufigsten Schadensursachen bei PV-Systemen. Mersen-Überspannungsschutz und -sicherungslösungen schützen die Anlage, indem sie die durch Blitzeinschläge auftretenden Spannungsspitzen begrenzen. Sie gewährleisten damit ihre dauerhafte Sicherheit und somit die Anlagenverfügbarkeit.
Die überwiegende Anzahl der PV-Anlagen arbeitet auf der Gleichstromseite mit einer maximalen Leerlaufspannung von 1.000 V DC. Es sind aber Werte bis zu 1.500 V DC möglich. Führende Anlagen- und Komponentenhersteller erwarten, dass sich für Neuinvestitionen in große kommerzielle Anlagen 1.500 V DC durchsetzen wird. Eine erhöhte Systemspannung auf der DC-Seite setzt voraus, dass die Module auch für 1.500 V ausgelegt sind. Viele Module haben eine maximale Systemspannung von 1.000 V. Ist diese gegeben, können bei einem 40-V-Modultyp 37 Module in Reihe geschaltet werden. In diesem Fall erhöht sich die Leistung bei gleichem Strangstrom um 50 Prozent.
Die höhere DC-Systemspannung hat einige klare Vorteile für den Investor und den Betreiber, stellt jedoch auch neue Anforderungen an die elektrische Ausrüstung wie den Wechselrichter und die Überstrom- und Überspannungsschutzeinrichtungen. Der Trend hin zu Leerlaufspannungen von 1.500V DC führt zwangsläufig auch zu höheren Nennspannungen auf der AC-Seite (690 V, maximal bis zu 800 V), also sind auch dort entsprechend angepasste Schutzmaßnahmen notwendig.
Überstrom- und Überspannungsschutz
Die Mersen HelioProtection HP15NH3L Photovoltaik 1.500 V DC-Sicherungsserie wurde speziell für die Absicherung von PV-Systemen entwickelt. Es handelt sich um Sicherungen des Typs gPV. Sicherungseinsätze und Sicherungsgeräte wurden den neuesten Industrienormen entsprechend für den Einsatz in Photovoltaikanwendungen getestet und zertifiziert. Sie erfüllen IEC 60269 und UL 2579 für eine weltweite Zulassung.
Ihre Bauweise sorgt durch geringe Leistungsverluste und hohes Ausschaltvermögen für höchste Zuverlässigkeit und einen guten Wirkungsgrad. Komponenten der Anlagen mit höherem Spannungsniveau benötigen auch spezielle Blitz- und Überspannungsschutzgeräte mit Nennspannungen bis 1.000 V Wechselspannung (Effektivwert) und 1.500 V Gleichspannung, welche die Anlagen gegen indirekte und direkte Auswirkungen von Blitzeinschlägen und anderen transienten Überspannungen schützen. Die HelioProtection Surge-Trap Blitz- und Überspannungsschutzgeräte werden auf der DC- und AC-Seite von Zentral- und Stringwechselrichtern, Combiner-Boxen und zum Schutz der Signale von Mess- und Kommunikationseinrichtungen verwendet. Es hängt von der Art der PV-Anlage ab, welche Belastung durch Blitzschläge und atmosphärische Entladungen auftreten können. Je nach Installation der PV-Anlage ist es sinnvoll, anstelle von Typ-2-Ableitern (indirekte Belastung 8/20 μs) z.B. Surge-Trap STP T2 40 K 1.000V YPVM, Kombiableiter Typ 1+2 (direkter Blitzeinschlag 10/350 μs), z.B. STPT12-5K1.000V-YPVM, einzusetzen.
Dies erhöht die Lebensdauer der Überspannungsschutzgeräte und gewährleistet den Schutz selbst unter härteren Bedingungen, z.B. in Gegenden mit einem erhöhten Einschlagrisiko. Unabhängig vom Typ der Überspannungsschutzeinrichtung ist keine Vorsicherung notwendig. Dafür sorgt Mersens optimiertes dynamisch-thermisches Trennsystem für PV-Gleichströme mit mindestens 10 kA Kurzschlussfestigkeit. Auch auf der Wechselstromseite ist ein Überspannungsschutz für den Wechselrichter notwendig. Entweder am Wechselrichter selbst oder am Generatorenanschlusskasten wird der Gefahr durch Überspannungen durch den Einsatz von Standard-Typ-2-Ableitern Rechnung getragen. Je nach Netzform TN-S, IT- oder TT-Systems gibt es den passenden Überspannungsschutz.
Die HelioProtection Surge-Trap Blitz- und Überspannungsschutzgeräte werden zum Schutz der Signale von Mess- und Kommunikationseinrichtungen verwendet. (Bild: Mersen)
Mehrfachpol-Überspannungsschutz für Hochleistungs-Stringwechselrichter
Die meisten Mersen-Überspannungsschutzgeräte erfüllen gleichermaßen die Vorschriften der UL und der IEC sowohl AC- als auch DC-seitig. Gleiches gilt für Sonderausführungen, wie den mehrpoligen DC-Überspannungsschutz für Wechselrichter mit Leistungsoptimierung (multiple maximum powerpoint trackers, MPPTs). Diese besonderen Konstruktionen sind speziell für die Ansprüche der OEM-Hersteller von Wechselrichtern entwickelt worden. Bei Stringwechselrichtern werden diese mit mehreren MPPTs gesteuert. Das ermöglicht eine optimierte Leistung im Verhältnis zu den Kosten. Mehrfach-MPPTs sorgen dafür, dass der Umrichter mehrere unabhängige PV-Stränge mit maximalem Wirkungsgrad betreibt. Bei ungünstigen Verhältnissen, wie beispielweise Beschattung, widrigem Sonnenstand oder Verschmutzung kann so eine wesentliche Leistungssteigerung erreicht werden. Diese MPPTs sind der empfindliche Teil auf der DC-Seite des Wechselrichters und müssen gegen Spannungsspitzen geschützt werden. Bei Stringwechselrichtern sind gleichzeitig mehr Überspannungsschutzeinrichtungen notwendig, damit werden Platzbedarf und Kosten zu einer besonderen Herausforderung. Für die Systemauslegung hängt die Anzahl der Pole letztlich von der Zahl der MPPTs und von der Konstruktion des Stringwechselrichters ab.
Zusammenfassung
Kommerzielle PV-Anlagen müssen gegen Überspannungen, Blitzeinschläge und Kurzschlüsse abgesichert werden. Mersen bietet mit dem HelioProtection-Programm ein aufeinander abgestimmtes Portfolio von AC- und DC-Sicherungen sowie Überspannungsschutzeinrichtungen, das alle Normen und Anforderungen erfüllt. Die Produktreihe ist geeignet für 1.500 V DC und bietet Lösungen für spezielle Probleme auf der DC-Seite, wie Mehrfach-MPPTs, sowie auf der AC-Seite mit höheren Bemessungsspannungen. Die Komponenten entsprechen sowohl IEC- als auch UL-Vorschriften. Mersen bietet eine breite Palette von Sicherungsschutzlösungen für den Schaltschrankbau und Technologien für den internationalen Einsatz und erfüllt die Anforderungen aller wichtigen internationalen Normen.
Entgeltliche Einschaltung