1 Struktur der Schutzmaßnahmen

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1 1 Struktur der Schutzmaßnahmen Für die Errichtung von PV-Anlagen gibt es bisher keine gesonderten Regelwerke. Es gelten daher die allgemeinen Richtlinien der Elektroinstallation DIN/VDE 0100 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000V DIN/VDE 0105 Betrieb von elektrischen Anlagen DIN/VDE 0855 Antennenanlagen. Von besonderer Wichtigkeit sind die Schutzmaßnahmen.

2 Der Photovoltaik-Generator hat dabei folgende Besonderheiten: - Stromquelle mit unbegrenzter Kurzschlussfestigkeit (Sicherungen und Leitungsschutzschalter sind unwirksam) - nicht abschaltbar - Generatorstrom ist linear von der Bestrahlungsstärke abhängig, Generatorspannung ist nahezu konstant - Gleichstromquelle (Lichtbogenproblem). 2 Normung von Photovoltaik-Modulen

3 Nach der IEC werden die Solarmodule für die Bauartzulassung überprüft (ISPRA-Test). Der Test beinhaltet folgende Prüfungen: Sichtprüfung Leistung unter verschiedenen Bedingungen (STC, NOCT, und bei T=25 o C sowie E=200 W/m 2 ) Prüfung der Isolationsfestigkeit Messung der Temperaturkoeffizienten Dauertest unter Freilandbedingungen Hot-Spot-Dauerprüfung Temperatur-Wechselprüfung Luftfeuchte/Frost-Prüfung Feuchte/Wärme-Prüfung Festigkeitsprüfung der Anschlüsse Prüfung der mechanischen Belastbarkeit Hageltest. Vom TÜV Rheinland wird seit 1999 das Zeichen TÜV-PROOF vergeben, wonach neben der IEC der Wirkungsgrad und die Schutzklasse II überprüft werden. (Schutzklasse II Nachweis der doppelten Isolierung als Schutz gegen elektrischen Schlag). Hersteller geben derzeit Garantie von 10 bis 26 Jahren (90% der Nennleistung). Achtung: Garantie auf 90% der Mindestleistung bedeutet bei 10% Leistungstoleranz nur 80% auf die Nennleistung. 3 Normung von Photovoltaik-Komponenten und Systemen Zunehmend werden auch weitere Komponenten von PV-Anlagen einer Prüfung unterzogen (TÜV Rheinland). Für Wechselrichter: Umwandlungswirkungsgrad η UM P = P AC DC P AC Ausgangswirkleistung der Grundschwingung P DC Eingangswirkleistung Anpassungswirkungsgrad (MPP-Tracking) η AN = P P DC PV P DC momentane Eingangswirkleistung P PV maximale momentane Quellenleistung

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5 4 Normen für elektromagnetische Verträglichkeit 5 Fehlermöglichkeiten in PV-Anlagen Solargeneratoren sind Systeme, die eine Vielzahl elektrischer Verbindungsstellen enthalten. Diese Verbindungen sind z.t. rauhen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, was insbesondere für erwartete Lebensdauern von Jahren bei der Auswahl der Installationskomponenten zu beachten ist. 5 Fehlermöglichkeiten in Photovoltaikanlagen In Photovoltaikanlagen stellt die Leitungsisolation die größte Schwachstelle dar. Allgemeines Blockschaltbild für Insel- und Netzparallelbetrieb 1) zweiadrige Verlegung 2) einadrige Verlegung 3) nur bei Inselbetrieb 4) bei Wechselrichtern mit Trafo 5) bei Wechselrichtern ohne Trafo FEHLERMÖGLICHKEITEN 1. Schlechte Klemmverbindungen im Verlauf eines Leiters 2. Erdschluß zwischen Plus-Leiter und geerdetem Teil (hoch-oder niederohmig) 3. Kurzschluß zwischen Plus- und Minusleiter (hoch- oder niederohmig)

6 6 Interpretation der VDE 0100 für PV-Anlagen 6 Interpretation der VDE 0100 für PV-Anlagen Schutz gegen direktes und indirektes Berühren Schutzkleinspannung - Höchst zulässige Leerlaufspannung des PV-Generators < 120 V (-10 o C Modultemperatur, 800 W/m 2 Bestrahlungsstärke) - Sichere Trennung zwischen AC- und DC-Stromkreis über den Wechselrichter Schutzisolierung - Schutzklasse II für alle eingesetzten Betriebsmittel (Empfehlung für Module und Wechselrichter) Automatisches Abschalten - Abschalten des PV-Generators ist nicht möglich - Zusätzlicher örtlicher Potentialausgleich (Erdung) - Automatisches Abschalten des Wechselrichters bei Netzausfall Kabel - und Leitungsschutz des Gleichstromkreises - kurz- und erdschlußsichere Verlegung - Übersteigt der maximal mögliche Fehlerstrom die zulässige Belastbarkeit der Modulleitungen sind a) alle Generatorstränge mit Überstromschutzeinrichtungen in jedem Pol abzusichern b) die Isolation des Gleichstromkreises zu überwachen (FI-Schutzschalter oder Isolationsüberwachungsgerät) Gleichstromseitige Freischalteinrichtung Blitz- und Überspannungsschutz - Ist keine Blitzschutzanlage vorhanden, muß ein Potentialausgleich erfolgen - Vermeidung von großflächigen Schleifen bei der Generatorverschaltung - Überspannungsschutzeinrichtung des Gleichstromkreises

7 7 Auslegung Überspannungsschutz 7 Auslegung Überstromschutz a) Kurzschluß im Wechselrichtereingang b) Erdschlüsse innerhalb des PV-Generators Schutzmaßnahmen - Leiterquerschnitte für Modulleitungen entsprechend Generatorkurzschlußstrom - Absicherung der Modulleitungen - Strangdioden (bei Rückstrom-gefährdeten Modulen)

8 Haase 8 Überspannungen in PV-Anlagen Kopplungsarten 9 Schleifenbildung durch Modulverdrahtung 9 Schleifenbildung durch Modulverdrahtung FALSCH RICHTIG a) Kurzschluß im Wechselrichtereingang b) Erdschlüsse innerhalb des PV-Generators

9 10 Einkopplung in die Verbindung Solargenerator zu Laderegler, Batterie und Wechselrichter 10 Einkopplung in die Verbindung Solargenerator zu Laderegler, Batterie und Wechselrichter Gegenmaßnahmen Schleife 1: Zwischen Plus- und Minusleiter Schleife 2: Zwischen Blitzableiter und Verbindungleitung (über Streukapazitäten C1, C2 parallel C3) Geringer Leitungsabstand Geschirmte Leitungen (Überbrückung der Streukapazitäten) 11 Beispiel für Überspannungen durch kapazitive Einkopplung 11 Beispiel für Überspannungen durch kapazitive Einkopplung Blechdach mit darüber aufgeständertem Solargenerator Maßnahme Überspannungsableitung im Modulanschlußkasten (Varistoren)

10 12 Überspannungsschutz am Solargeneratorausgang 12 Überspannungsschutz am Solargeneratorausgang Energien bei kapazitiver Einkopplung Solargenerator 10m 2 10 m über Erdboden Absorptionsvermögen eines Scheiben-Metalloxid-Varistors Typ SIOV - S 20 K

11 13 Optimales Installationskonzept 13 Optimales Installationskonzept

12 14 Unterteilung der Strangspannungen 14 Unterteilung der Strangspannung Zur Vermeidung von Arbeiten an unter Spannung stehenden Teilen über 120 V werden schaltbare Klemmen eingesetzt.

13 15 Erd- und kurzschlusssichere Leitungsverlegung 15 Erd- und kurzschlußsichere Leitungsverlegung Modulleitungen für den Außenbereich Firma Temperaturbereich AEG Solar Modulleitung HO/RN-F, 450/750 V AEG -35 / +90 o C RADOX 125 Solarkabel, 600/1000 V Huber&Suhner -25 / +125 o C Siemens Solarleitung 1800/3000 V Siemens -25 / +90 o C Titanex 11, 450/750 V ConCab-Kabel -35 / +85 o C

14 16 Leitungsdimensionierung für 12V und 24V Anlagen 16 Leitungsdimensionierung für 12V und 24V Anlagen

15 17 Strombelastbarkeit von Mantelleitungen 17 Strombelastbarkeit von Mantelleitungen Strombelastbarkeit von einadrigen Mantelleitungen mit erhöhter Wärmebeständigkeit bei einer Umgebungstemperatur von 70 o C und einer Häufung von 5 belasteten Strängen (nach DIN VDE 298 Teil 4) 18 Leiterquerschnitte in Photovoltaikanlagen Gebräuchliche Querschnitte (mm 2 ): 18 Leiterqurschnitte in Photovoltaikanlagen 2, Für die Wechselspannungsseite: a) einphasige Einspeisung 2 L I A = 3% U nac n cosϕ κ b) dreiphasige Einspeisung A = 3 L I 3% U nac n cosϕ κ

16 19 Leiterquerschnitte Batterie-Verbraucher 19 Leiterquerschnitte Batterie-Verbraucher 20 Abnahmeprüfung einer PV-Anlage 20 Abnahmeprüfung einer PV-Anlage

17 21 Messungen durch den Installateur 21 Messungen durch den Installateur 22 Aufgaben des Betreibers einer PV-Anlage 22 Aufgaben des Betreibers einer PV-Anlage Überblick: Inspektionen durch den Betreiber einer PV-Anlage (E-Empfehlung)

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