Polymer-PTCs/Bimetallschutz Kleine Solarstromsysteme effektiv schützen

TE Circuit Protection bietet für Photovoltaiksysteme eine Vielzahl an innovativen Bausteinen an, die vor Schäden durch Überspannungs- und Überstromtransienten schützen. Ebenso wichtig ist eine wirksame Schutzerdung.

Solarstromsysteme sind entweder an das Stromversorgungsnetz angeschlossen oder unabhängig (Off-Grid). Das Off-Grid-Modell verwendet Akkus, um elektrische Energie für die Nachtnutzung oder Spitzenverbrauchszeiten zu speichern. Unabhängige Systeme können auch von Telekommunikationsanbietern oder Satelliten-TV-Sendern verwendet und mit Windkraft oder Mikro-Wasserkraft zur gemischten Stromerzeugung kombiniert werden.

Das Solarstrom-Blockschaltbild in Bild 1 beschreibt ein typisches System von Sonnenkollektoren, Controller, Energiespeicherung und Wechselrichter für die Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom und zeigt, wie der Solarstromgenerator ggf. an das Stromnetz angeschlossen werden kann.

Wirksamer Blitzschutz ist zwingend erforderlich

Um die Lichtexposition der Sonnenkollektoren zu optimieren, werden diese in der Regel auf offenen Feldern oder in höher gelegenen Standorten, z. B. auf Gebäudedächern installiert. Solche Installationen können Solarstromanlagen anfällig für Transienten, z. B. Ringwellen und Blitzschläge, sowie gekoppelte Transienten von benachbarten Kabeln, z. B. Strom-/Steuerleitungen im selben Kabelkanal machen. In Übereinstimmung mit IEC61000-4-5 (elektrisches Umfeld) ist die Stromverkabelung aus dem Sonnenkollektor eine Klasse-4-Teilmenge von IEC61000-4-5.

Die Schutzstufen elektrischer Systeme der Klasse 4 sind 2 kV Leiter-Leiter und 4 kV Leiter-Erde, obwohl Schutzstufen von 6 kV empfohlen werden. Die Spannungsstoßhandhabung von Überspannungsschutzbausteinen ist bei diesen Anwendungen besonders wichtig. Eine effektive, koordinierte Schutzlösung hilft Ausfallzeiten zu minimieren. Dies ist eine wichtige Überlegung, da Solarstromsysteme in der Regel unbeaufsichtigt, mit langen Wartungsintervallen und hohen Erwartungen an die Lebensdauer betrieben werden.

Das Kabel jedes Sonnenkollektors im Solarstromsystem wird zunächst am Sammelkasten des Solarsystemcontrollers angeschlossen. Bild 2 zeigt ein Überspannungsschutzdesign mit MOV (Metalloxid-Varistor)-Überspannungsschutzbausteinen an den Eingangsanschlüssen des Sammelkastens und Controllers. Bei Solaranwendungen mit höheren Spannungs- und Zuverlässigkeitsanforderungen bieten Gasentladungsröhren (GDTs, Gas Discharge Tubes), die mit MOVs in Reihe geschaltet sind, ein höheres Maß an Schutz - insbesondere bei einer Verkabelung außerhalb der Anlage.

Für Systeme mit niedrigerer Leistung und Spannungen von weniger als 48 V(DC) können GDTs allein für den Überspannungsschutz verwendet werden. Ausfallmodi von Überspannungsbausteinen aufgrund von Folgestrom müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Ein koordiniertes Überstrom-/Überspannungsschutzdesign kann die Systemzuverlässigkeit im Falle eines Ausfalls des Überspannungsbausteins verbessern. Die in der koordinierten Lösung gezeigten rücksetzbaren PPTC(Polymeric Positive Temperature Coefficient)-Bausteine aus dem Hause TE Circuit Protection können für AC- oder DC-gespeiste Lasten im System verwendet werden.