Überspannungsschutz für Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen (PV) zur Nutzung erneuerbarer Energien sind aufgrund ihrer exponierten Lage und großen Oberfläche einem hohen Risiko durch Blitzentladungen ausgesetzt.

Eine Beschädigung einzelner Segmente oder der Ausfall der gesamten Anlage kann die Folge sein.

Blitzströme und Stoßspannungen verursachen häufig Schäden an Wechselrichtern und Photovoltaikmodulen. Diese Schäden bedeuten für den Betreiber der Photovoltaikanlage einen höheren Aufwand. Es gibt nicht nur höhere Reparaturkosten, sondern auch eine geringere Produktivität der Anlage. Daher sollte eine Photovoltaikanlage immer in die bestehende Blitzschutz- und Erdungsstrategie integriert werden.

Um diese Ausfälle zu vermeiden, müssen die verwendeten Blitz- und Überspannungsschutzstrategien miteinander interagieren. Wir bieten Ihnen die Unterstützung, die Sie benötigen, damit Ihre Einrichtung reibungslos funktioniert und den erwarteten Ertrag liefert! Aus diesem Grund sollten Sie Ihre Photovoltaikanlage für Beleuchtung und Überspannungsschutz vor LSP schützen:

• Zum Schutz Ihres Gebäudes und Ihrer PV-Anlage
• Erhöhung der Systemverfügbarkeit
• Um Ihre Investition zu sichern

Standards und Anforderungen

Die aktuellen Normen und Richtlinien für den Überspannungsschutz müssen bei der Planung und Installation einer Photovoltaikanlage stets berücksichtigt werden.

Der europäische Normentwurf DIN VDE 0100 Teil 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Errichtung von Niederspannungssystemen, Anforderungen an spezielle Geräte und Anlagen; Photovoltaik-Systeme) und die internationalen Installationsspezifikationen für PV-Anlagen - IEC 60364-7- 712 - beide beschreiben die Auswahl und Installation eines Überspannungsschutzes für PV-Anlagen. Sie empfehlen auch Überspannungsschutzgeräte zwischen den PV-Generatoren. Der Verband Deutscher Sachversicherer (VdS) fordert in seiner Veröffentlichung 2010 zum Überspannungsschutz von Gebäuden mit PV-Anlage einen Blitz- und Überspannungsschutz von> 10 kW gemäß Blitzschutzklasse III.

Um sicherzustellen, dass Ihre Installation zukunftssicher ist, erfüllen unsere Komponenten selbstverständlich alle Anforderungen.

Darüber hinaus ist eine europäische Norm für Überspannungsschutzkomponenten in Vorbereitung. Diese Norm legt fest, inwieweit der Überspannungsschutz in die Gleichstromseite von PV-Anlagen eingebaut werden muss. Dieser Standard ist derzeit prEN 50539-11.

Ein ähnlicher Standard ist derzeit in Frankreich bereits in Kraft - die UTE C 61-740-51. Die Produkte von LSP werden derzeit auf die Einhaltung beider Standards getestet, um ein noch höheres Sicherheitsniveau zu gewährleisten.

Unsere Überspannungsschutzmodule der Klassen I und II (Ableiter B und C) stellen sicher, dass Spannungsereignisse schnell begrenzt werden und der Strom sicher entladen wird. Auf diese Weise können Sie teure Schäden oder die Möglichkeit eines vollständigen Stromausfalls in Ihrer Photovoltaikanlage vermeiden.

Für Gebäude mit oder ohne Lichtschutzsystem - wir haben für jede Anwendung das richtige Produkt! Wir können die Module nach Bedarf liefern - vollständig kundenspezifisch und in Gehäusen vorverdrahtet.

Einsatz von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) in Photovoltaikanlagen

Photovoltaik ist ein wesentlicher Bestandteil der gesamten Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen. Beim Einsatz von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) in Photovoltaikanlagen müssen eine Reihe besonderer Merkmale berücksichtigt werden. Photovoltaikanlagen haben eine Gleichspannungsquelle mit spezifischen Eigenschaften. Das Systemkonzept muss daher diese spezifischen Merkmale berücksichtigen und den Einsatz von SPDs entsprechend koordinieren. Beispielsweise müssen die SPD-Spezifikationen für PV-Anlagen sowohl für eine maximale Leerlaufspannung des Solargenerators (V) ausgelegt sein_OC STC = Spannung des unbelasteten Stromkreises unter Standardtestbedingungen) sowie im Hinblick auf die Gewährleistung maximaler Systemverfügbarkeit und Sicherheit.

Externer Blitzschutz

Photovoltaikanlagen sind aufgrund ihrer großen Oberfläche und des allgemein exponierten Installationsortes besonders gefährdet durch atmosphärische Entladungen - wie z. B. Blitze. An dieser Stelle muss zwischen den Auswirkungen direkter Blitzeinschläge und sogenannter indirekter (induktiver und kapazitiver) Einschläge unterschieden werden. Zum einen hängt die Notwendigkeit eines Blitzschutzes von den normativen Vorgaben der einschlägigen Normen ab, zum anderen hängt die Notwendigkeit des Blitzschutzes von den normativen Vorgaben der einschlägigen Normen ab. Auf der anderen Seite hängt es von der Anwendung selbst ab, dh davon, ob es sich um ein Gebäude oder eine Feldinstallation handelt. Bei Gebäudeinstallationen wird ein Unterschied zwischen der Installation eines PV-Generators auf dem Dach eines öffentlichen Gebäudes - mit einem vorhandenen Blitzschutzsystem - und der Installation auf dem Dach einer Scheune - ohne Blitzschutzsystem gezogen. Feldinstallationen bieten aufgrund ihrer großflächigen Modularrays auch große potenzielle Ziele. In diesem Fall wird für diesen Systemtyp eine externe Blitzschutzlösung empfohlen, um direkte Lichteinschläge zu vermeiden.

Normative Verweise finden sich in IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), Beilage 2 (Interpretation nach Blitzschutzstufe oder Risikostufe LPL III) [2] und Beilage 5 (Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme) und in der VdS-Richtlinie 2010 [3] (wenn PV-Anlagen> 10 kW sind, ist ein Blitzschutz erforderlich). Darüber hinaus sind Überspannungsschutzmaßnahmen erforderlich. Beispielsweise sollte bevorzugt werden, Luftabschlusssysteme zu trennen, um den PV-Generator zu schützen. Wenn es jedoch nicht möglich ist, eine direkte Verbindung zum PV-Generator zu vermeiden, dh der sichere Abstand nicht eingehalten werden kann, müssen die Auswirkungen von Teilblitzströmen berücksichtigt werden. Grundsätzlich sollten für die Hauptleitungen von Generatoren abgeschirmte Kabel verwendet werden, um die induzierten Überspannungen so gering wie möglich zu halten. Wenn der Querschnitt ausreichend ist (min. 16 mm² Cu), kann die Kabelabschirmung außerdem verwendet werden, um partielle Blitzströme zu leiten. Gleiches gilt für die Verwendung geschlossener Metallgehäuse. Die Erdung muss an beiden Enden der Kabel und Metallgehäuse angeschlossen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Hauptleitungen des Generators unter LPZ1 (Lightning Protection Zone) fallen. das bedeutet, dass ein SPD Typ 2 ausreicht. Andernfalls wäre ein SPD-Typ 1 erforderlich.

Verwendung und korrekte Spezifikation von Überspannungsschutzgeräten

Im Allgemeinen ist es möglich, den Einsatz und die Spezifikation von SPDs in Niederspannungssystemen auf der AC-Seite als Standardverfahren zu betrachten. Der Einsatz und die korrekte Designspezifikation für PV-Gleichstromgeneratoren bleiben jedoch weiterhin eine Herausforderung. Der Grund ist zum einen, dass ein Solargenerator seine eigenen besonderen Eigenschaften hat und zum anderen SPDs im Gleichstromkreis eingesetzt werden. Herkömmliche SPDs werden typischerweise für Wechselspannungs- und nicht für Gleichspannungssysteme entwickelt. Relevante Produktstandards [4] decken diese Anwendungen seit Jahren ab und können grundsätzlich auch auf Gleichspannungsanwendungen angewendet werden. Während früher relativ niedrige PV-Systemspannungen realisiert wurden, erreichen diese heute bereits rd. 1000 V DC im unbelasteten PV-Stromkreis. Die Aufgabe besteht darin, die Systemspannungen in dieser Reihenfolge mit geeigneten Überspannungsschutzgeräten zu beherrschen. Die Positionen, an denen es technisch angemessen und praktisch ist, SPDs in einer PV-Anlage zu positionieren, hängen in erster Linie von der Art des Systems, dem Systemkonzept und der physikalischen Oberfläche ab. Die Abbildungen 2 und 3 veranschaulichen die Hauptunterschiede: Erstens ein Gebäude mit externem Blitzschutz und eine auf dem Dach montierte PV-Anlage (Gebäudeinstallation); zweitens eine expansive Solaranlage (Feldinstallation), die ebenfalls mit einem externen Blitzschutzsystem ausgestattet ist. In erster Linie wird der Schutz aufgrund der kürzeren Kabellängen lediglich am Gleichstromeingang des Wechselrichters implementiert. Im zweiten Fall werden SPDs im Klemmenkasten des Solargenerators (zum Schutz der Solarmodule) sowie am Gleichstromeingang des Wechselrichters (zum Schutz des Wechselrichters) installiert. SPDs sollten sowohl in der Nähe des PV-Generators als auch in der Nähe des Wechselrichters installiert werden, sobald die erforderliche Kabellänge zwischen dem PV-Generator und dem Wechselrichter mehr als 10 Meter beträgt (Abbildung 2). Die Standardlösung zum Schutz der Wechselstromseite, dh des Wechselrichterausgangs und der Netzwerkversorgung, muss dann durch Verwendung von SPDs vom Typ 2 erreicht werden, die am Wechselrichterausgang installiert sind, und - bei einer Gebäudeinstallation mit externem Blitzschutz an der Netzzufuhr Punkt - ausgestattet mit einem Überspannungsableiter SPD Typ 1.

Um sicherzustellen, dass SPDs so hohe Systemspannungen bewältigen können, hat sich die aus drei Varistoren bestehende Sternverbindung als zuverlässig erwiesen und sich als Quasi-Standard etabliert (Abbildung 4). Wenn ein Isolationsfehler auftritt, verbleiben noch zwei Varistoren in der Reihe, wodurch effektiv verhindert wird, dass die SPD überlastet wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Schutzschaltung mit einem Leckstrom von absolut Null vorhanden ist und eine versehentliche Aktivierung des Trennmechanismus verhindert wird. In dem oben beschriebenen Szenario wird auch die Ausbreitung von Feuer wirksam verhindert. Gleichzeitig wird jeglicher Einfluss eines Isolationsüberwachungsgeräts vermieden. Wenn also eine Isolationsstörung auftritt, sind immer noch zwei Varistoren in der Serie verfügbar. Auf diese Weise wird die Anforderung erfüllt, dass Erdschlüsse immer verhindert werden müssen. LSPs SPD Typ 2 Ableiter SLP40-PV1000 / 3, U._CPV = 1000 VDC bietet eine gut getestete, praktische Lösung und wurde auf Übereinstimmung mit allen aktuellen Standards (UTE C 61-740-51 und prEN 50539-11) getestet (Abbildung 4). Auf diese Weise bieten wir ein Höchstmaß an Sicherheit für den Einsatz in Gleichstromkreisen.

Praktische Anwendungen

Wie bereits erwähnt, wird in praktischen Lösungen zwischen Gebäude- und Feldinstallationen unterschieden. Wenn eine externe Blitzschutzlösung eingebaut ist, sollte der PV-Generator vorzugsweise als isoliertes Ableitersystem in dieses System integriert werden. IEC 62305-3 legt fest, dass der Luftabschluss eingehalten werden muss. Wenn es nicht aufrechterhalten werden kann, müssen die Auswirkungen von Teilblitzströmen berücksichtigt werden. In diesem Punkt heißt es in der Norm zum Blitzschutz IEC 62305-3 Ergänzungen 2 in Abschnitt 17.3: „Zur Reduzierung induzierter Überspannungen sollten abgeschirmte Kabel für die Hauptleitungen des Generators verwendet werden.“ Bei ausreichendem Querschnitt (min. 16 mm² Cu) kann über die Kabelabschirmung auch Teilblitzströme geleitet werden. In der Beilage (Abbildung 5) - Blitzschutz für Photovoltaikanlagen - herausgegeben vom ABB (Ausschuss für Blitzschutz und Blitzforschung des Verbandes für Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnologie) heißt es, dass die Hauptleitungen für die Generatoren abgeschirmt sein sollten . Dies bedeutet, dass keine Blitzstromableiter (SPD Typ 1) erforderlich sind, obwohl auf beiden Seiten Stoßspannungsableiter (SPD Typ 2) erforderlich sind. Wie Abbildung 5 zeigt, bietet eine abgeschirmte Hauptgeneratorleitung eine praktische Lösung und erreicht dabei den LPZ 1-Status. Auf diese Weise werden SPD-Überspannungsableiter vom Typ 2 gemäß den Standardspezifikationen eingesetzt.

Ready-to-Fit-Lösungen

Um sicherzustellen, dass die Installation vor Ort so einfach wie möglich ist, bietet LSP sofort einsatzbereite Lösungen zum Schutz der DC- und AC-Seite von Wechselrichtern. Plug-and-Play-PV-Boxen verkürzen die Installationszeit. LSP führt auf Anfrage auch kundenspezifische Baugruppen durch. Weitere Informationen finden Sie unter www.lsp-international.com

Hinweis:

Länderspezifische Standards und Richtlinien müssen beachtet werden

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) Teil 712: 2006-06, Anforderungen an spezielle Installationen oder Standorte. Solar Photovoltaik (PV) Stromversorgungssysteme

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Blitzschutz, Teil 3: Schutz von Einrichtungen und Personen, Ergänzung 2, Auslegung nach Schutzklasse oder Risikostufe III LPL, Ergänzung 5, Blitz und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme

[3] VdS-Richtlinie 2010: 2005-07 Risikoorientierter Blitz- und Überspannungsschutz; Richtlinien zur Schadensverhütung, VdS Schadenverhaltungs Verlag (Verlag)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Niederspannungs-Überspannungsschutzgeräte - Teil 11: Überspannungsschutzgeräte zur Verwendung in Niederspannungsnetzwerken - Anforderungen und Prüfungen

[5] IEC 62305-3 Blitzschutz - Teil 3: Physikalische Schäden an Bauwerken und Lebensgefahr

[6] IEC 62305-4 Blitzschutz - Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme innerhalb von Bauwerken

[7] prEN 50539-11 Niederspannungs-Überspannungsschutzgeräte - Überspannungsschutzgeräte für bestimmte Anwendungen, einschließlich Gleichstrom - Teil 11: Anforderungen und Prüfungen für SPDs in Photovoltaikanwendungen

[8] Französischer Produktstandard für Überspannungsschutz im Gleichstrombereich UTE C 61-740-51