Installationsempfehlungen und Diskussionsstand der zukünftigen PV Installationsnorm IEC

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1 Installationsempfehlungen und Diskussionsstand der zukünftigen PV Installationsnorm IEC Georg Bopp, Hermann Laukamp Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE 3. Workshop PV-Sicherheit Köln, 03. April

2 AGENDA Überarbeitschronologie PV- Installationsnorm Vergleich Schutzmaßnahmen Erhöhte Anforderungen bei Brandgefährdeten Räumen Wartungsanforderungen an Schalter Stringsicherungen Schlussfolgerungen

3 Überarbeitungschronologie VDE , IEC Low -voltage installations Requirements for special installations or locations PV power supply syst ems Zwei zuständige technische Komitees TC TC 64: Electrical installations and protection against electric shock TC 82: Solar photovoltaic energy systems 1992: Beginn der Arbeiten bei TC 82 sowohl national wie international 2002: Veröffentlichung der internationalen IEC durch TC 64. In Deutschland gab es bereits eine gemeinsame Arbeitsgruppe aus TC 64 (AK 221) und 82 (AK 373) 2006: Inkrafttreten der deutschen VDE mit geringen Modifikationen 2009: Start der 712 Überarbeitung national durch gemeinsame Arbeitsgruppe, international durch TC 64. TC 82 arbeitet international an einer ähnlichen Norm IEC Installation and Safety Requirements for PV

4 Überarbeitungschronologie 2010: Beginn des internationalen Kompetenzgerangels zwischen TC 64 und TC 82 wer für 712 Überarbeitung zuständig ist 2012: Gemeinsame nationale und internationale Arbeitsgruppe aus TC 64 und TC 82 für die 712 Überarbeitung etabliert. Erhält neue Klassifizierung IEC : IEC als technische Spezifikation von TC 82 veröffentlicht 2013: Abstimmungsentwurf IEC : Low-voltage electrical installations Part 9-1: Installation, design and safety requirements for PV als gemeinsames Papier von TC 64 und 82 veröffentlicht soll 712 und IEC ersetzen 2014: IEC international abgelehnt. Neuer Entwurf soll erarbeitet werden 2014: Gemeinsame Arbeitsgruppe in Deutschland prüft ob sie eine Vornorm erstellen, da 712 nicht mehr dem Stand der Technik entspricht.

5 Vergleich der Schutzmaßnahmen Maßnahme Isolationsüberwachung bei Trafowechselrichtern Isolationsüberwachung bei trafolosen Wechselrichtern Fehlerstromüberwachung bei trafolosen Wechselrichtern Erd- und K urzschlussfeste Leitungsverlegung Erd- und K urzschlussfeste Leitungsverlegung in getrennten Leitungsführungssystemen Empfehlungen PV Brandschutz Bestehende IEC Neuer Vorschlag IEC Ja Nein Ja wenn U OC > 60 V Ja Ja Ja ab U OC > 60 V (U OC > 30 V) Bei In- und Bitumendach- Montage Brandgefährdete Räume Nein, aber indirekt VDE /ENS Nein, aber indirekt VDE /ENS Ja immer Nein Ja Ja Ja ab U system > 60 V Nein

6 Erhöhte Anforderungen bei Brandgefährdeten Räumen Beispiel: Fortpflanzung eines Parallellichtbogens

7 Vergleich der Schutzmaßnahmen Maßnahme Empfehlungen PV Brandschutz Bestehende IEC Neuer Vorschlag IEC Schalter Lastschaltvermögen 1,25x I sc M ind. 3 x Schalten/Jahr Lastschaltvermögen ohne Stromangabe Lastschaltvermögen 1,25x I sc

8 Schadens- und Brandfallanalyse PV Anlagen Planungs-/Installationsmängel PV Anlage hatte gebrannt Brandauslösend: ein DC-Schalter Zwei von sechs überlebenden Schaltern zeigen überhitzte A nschlüsse Überhitzungsursache? Flachstecker? Zu dünne Verbindungsleitung? Gealterter Schalterkontakt? Unterschiedliche Aussagen von Großhändler en und Lieferant en zur Ursache und Anzahl betroffener Produkte

9 Schadens- und Brandfallanalyse PV Anlagen Planungs-/Installationsmängel Ein weiterer Brandschaden mit Schalterbeteiligung 10 von 100 Schaltern zeigen Verfärbungen fehlende Wartung? (Schalter jährlich betätigen?) Überhitzung wegen fehlendem Sonnenschutz? Foto: Freiwillige Feuerwehr Bühl

10 Kontaktwiderstand eines typischen Schalters Kontaktwiderstand nach mehrfachem Schalten (6 Jahre alte Schalter) Gesamtwiderstand [mohm] Anzahl Schaltzyklen Schalter 6 Schalter 11 Schalter 12 Schalter 14 Schalter mindestens 3 mal/jahr betätigen!!

11 Vergleich der Schutzmaßnahmen Maßnahme Steckverbinder Lichtbogendetektor Erstprüfung/Wartung Verbindungsstellen im Verlauf eines Strings Empfehlungen PV Brandschutz Selber Typ vom selben Hersteller Können den Schutz erhöhen Bei Inbetriebnahme, nach 1 Jahr, danach alle 4 Jahre Bestehende IEC Keine Angabe Keine Angabe Keine Angabe Neuer Vorschlag IEC Selber Typ vom selben Hersteller Aufnahme, sobald zuverlässige Produkte verfügbar Verweis auf IEC 62446: Bei Inbetriebnahme und danach sooft wie AC Installation Möglichst wenige Keine Angabe Keine Angabe, aber zusätzlich Stringsicherungen

12 Bisherige 712: Einfaches System Layout keine String Dioden (unzuverlässig) Keine Stringsicherungen (teuer und in Vergangenheit unzuverlässig) Modulschutz: Manche Hersteller fordern Stringsicherungen String-/Teilgeneratorleitung: Schutz darf entfallen wenn Strombelastbarkeit > 1,25*I SCSTC an jeglicher Stelle Hauptstromkabel: Schutz darf entfallen wenn Strombelastbarkeit > 1,25*I SCSTC des PV Generators I1 I2 In L1 N

13 Neue 712 : Stringsicherung meist bei > 3 parallele Strings In manchen Ländern Stringdiode erlaubt/vorgeschrieben Stringsicherungen wenn: 1,35 I Rm <(Ns-1)*Isc,max I Rm : Max. Rückstrom ~ 2* I SCSTC d. h. > 3 parallele Strings Stringsicherung erforderlich Warum: Schutz vor Rückströmen/Überhitzung bei K urzschlüssen im M odul (meist Bypassdiode) oder Erdschlüssen (meist Leitungen) Nachteile: Weitere serielle Verbindungsstellen an der Lichtbögen entstehen können. Teurere PV Sicherung nach IEC I1 I2 In L1 N

14 Defekte an Bypassdioden K urzschluss einige 10 mohm oder einige Ohm oder deformierte Rückwärtskennlinie Tritt bevorzugt bei Modulen mit Schottky Dioden auf Ursachen: - Elektrostatische Entladungen bei Produktion oder Montage - Blitzeinschlag besonders bei Anlagen ohne Blitzschutz Folge: Bei parallel geschalteten Strings fließt ein Rückstrom in den String mit kurzgeschlossenen Dioden. Bei mehr als 10 % kurzgeschlossenen Dioden übersteigt bei ca. 20 parallen Modulen dieser Rückstrom im Leerlauf den 2- fachen Kurzschlussstrom. Kann Leitung oder Verbinder im Modul thermisch überlasten und unter ungünstigen Bedingungen Brand auslösen. Unterbrechung Ursache: Überhitzung durch Dauerbestromung Folge: Überhitzung der Modulanschlussdose. Hotspot bei Abschattung, gefährliche Spannung bei Bändchenunterbrechung, kann Lichtbogen in PV Modul verursachen

15 Kompromissvorschlag Stringsicherungen Generell Surgeprüfung für Bypassdiode und Stringdiode. Jede Bypassdiode ist nach IEC : 2005 mit einem V Surge-Puls über 1,2/50 Mikrosekunden zu testen. Evtl. Schutzbeschaltung erforderlich. Stringsicherung nach der angegebenen Formel nur für brandgefährdete Räume wie In- oder Bitumen- Dachmontage Sicherung nur in einer Leitung, weil Isolationsüberwachung oder Fehlerstromabschaltung bereits den ersten Isolationsfehler erkennt oder abgeschaltet. Mindestens Gruppen/Arraysicherungen ab 4 8 parallelen Strings einsetzen

16 Schlussfolgerung Die meisten Empfehlungen aus dem Brandschutzprojekt sind in dem Abstimmungsentwurf der PV Errichtungsnorm bereits enthalten Nachbesserung empfohlen bei: Wartungshinweise für bestimmte Bauteile, wie z. Bsp. Schalter Erhöhte Installationsanforderungen bei Brandgefährdeten Räumen Abschwächung der Forderung nach Stringsicherungen, z. Bsp. nur in eine Leitung Surge Prüfung für Bypassdioden, gehört in Prüf- oder Produktnorm Zu viele Forderungen wie z. Bsp. generell Lichtbogendetektor, generell Überspannungsschutz, zu viele Stringsicherungen, generell Feuerwehrschalter erhöhen stark den Preis, senken kaum das Risiko, bzw. erhöhen es wieder wegen zusätzlicher Bauteile und Verbindungsstellen. In welchem Jahr die zukünftige PV Errichtungsnorm erscheint ist ungewiss

17 Dank dem BMU Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für So l are Energiesysteme ISE Projektinfos: w w.pv-brandsicherheit.de