Eine Solar-PV-Anlage verfügt typischerweise über zwei Sicherheitstrennungen. Die erste ist die PV-Trennung (oder Array-DC-Trennung). Durch die PV-Trennung kann der Gleichstrom zwischen den Modulen (Quelle) unterbrochen werden, bevor er den Wechselrichter erreicht.
Die zweite Trennung ist die AC-Trennung. Die Wechselstromtrennung wird verwendet, um den Wechselrichter vom Stromnetz zu trennen. In einer Solar-PV-Anlage wird die Wechselstromtrennung normalerweise an der Wand zwischen Wechselrichter und Stromzähler montiert. Die Wechselstromtrennung kann ein Leistungsschalter an einem Servicepanel oder ein eigenständiger Schalter sein. Die Wechselstromtrennung basiert auf dem Ausgangsstrom des Wechselrichters und wird in einem anderen Artikel eingehend untersucht.
Wie dimensioniere ich eine AC- oder DC-Trennung?
Im Allgemeinen bezieht sich die Dimensionierung auf Ausrüstung, Komponenten und Konnektivität (Verkabelung) in einer Solar-PV-Anlage, da sie sich auf die NEC-Anforderungen bezieht. Die folgenden Begriffe werden verwendet, um die Komponentenleistung zu bestimmen:
a. Spannung
b. Stromkreislast
c. Ampere / Bechergröße
d. Verdrahtung / Kabel
Dimensionierung und Schutz der Wechselstromtrennung
NEC 690.10 schreibt vor: „Die Stromkreisleiter zwischen dem Wechselrichterausgang und den Trennmitteln für Gebäude oder Strukturen müssen auf der Grundlage der Ausgangsleistung des Wechselrichters dimensioniert werden. Diese Leiter sind gemäß Artikel 240 vor Überströmen zu schützen. Der Überstromschutz muss sich am Ausgang des Wechselrichters befinden.“
Dimensionierung von Modulverbindungsleitern und DC-Überstromschutz
NEC 690.80, „Wenn ein einzelnes Überstromgerät verwendet wird, um einen Satz von zwei oder mehr parallel geschalteten Modulstromkreisen zu schützen, Die Stromstärke jedes der Modulverbindungsleiter darf nicht geringer sein als die Summe der Nennleistung der einzelnen Sicherung plus 125 Prozent des Kurzschlussstroms der anderen parallel geschalteten Module.“
Rating Type |
Rating |
| Maximum System Voltage | 600 VDC |
| Range of Operating DC Voltage | 230 – 600 VDC |
| Maximum Operating Current – DC | 9.5 Amps |
| Maximum Array Short Circuit Current – DC | 10 Amps |
| Maximum Utility Back Feed Current – DC | 0.075 Ampere |
| Betriebsspannungsbereich – AC | 106 – 132 VAC |
| Betriebs Frequenz Bereich | 59,3-60,5hz |
| Nennausgangsspannung – AC | 120 VAC |
| Nennausgangsfrequenz | 60 Hz |
| Maximale Kontinuierliche Ausgang Strom | 15,0 Amps |
| Leistungsfaktor | >0.99 |
| Maximale Dauerausgangsleistung – AC | 1800 Watt |
| Maximale Ausgang Fehler Strom-AC | 15 Amps |
| Maximale Ausgang Über-Strom Schutz | 15 Amps |
| Effizienz | 96.5% |
| Total Harmonic Distortion | <5% |
Eine PDF-Datei für die NEC-Anforderungen 2011 (4,5 MB) kann kostenlos auf der Website der National Fire Protection Agency oder bei NEC PLUS * eingesehen werden.
*NEC-Richtlinien können 24 Stunden lang kostenlos eingesehen werden.
Trennschalter Anwendungen in Photovoltaikanlagen – Dimensionierungsbeispiel
Es wird davon ausgegangen, dass ein Trennschalter gewählt werden muss, um einen Wechselrichter von seiner Quelle zu trennen. Das versorgende Solar-PV-Array besteht aus 20 parallel geschalteten PV-Strings. Jeder String besteht aus 30 in Reihe geschalteten PV-Modulen mit jeweils einem maximalen Voc von 28,4 VDC und einer Isc-Bewertung von 7,92 A. Die höchste Inverterleistung wird am maximalen Leistungspunkt erhalten, der mit ungefähr auftritt
146 A (IMPP) am Wechselrichtereingang.
Der Voc bestimmt die minimale Nennspannung des Trennschalters:
30 × 28.4 V = 852 V.
Die Auswahl eines Trennschalters mit einem Vi und Ve von 1000 V DC würde eine Sicherheitsmarge von mehr als 15% ergeben.
Die Summe der parallel geschalteten ISC-Strings bestimmt die Anforderungen an die Strombelastbarkeit des Schalters. Die Summe von ISC ergibt:
20 × 7.92 A = 158,4 A.
NEC 690.8 verlangt, dass dieser Wert mindestens um 125% (oder 158,4 x 1,25 = 198 A) erhöht wird, um erhöhten Strömen während der Sonneneinstrahlung entgegenzuwirken.
Kann die Umgebungstemperatur am Aufstellungsort ansteigen, z.B. auf bis zu 60 °C, muss ein Temperatur-Derating-Faktor berücksichtigt werden. Für 60 ° C beträgt der Faktor 0,80, berechnet wie zuvor beschrieben. Die Anwendung des Faktors durch Division des maximalen Leistungspunktstroms durch den Faktor gibt an, wie der Trennschalter unter normalen Bedingungen bewertet werden sollte: 146 A / 0,80 = 182,5 A. Die Berechnungen haben uns nun ein Bild von den Anforderungen an den Trennschalter gegeben und können verwendet werden, um einen Trennschalter für eine bestimmte PV-Anwendung richtig auszuwählen.