Photovoltaik und Windkraft Stecker für die Energiewende

Vor etwas über einem Jahr beschloss der Bundestag mit großer Mehrheit das »13. Gesetz zur Änderung des Atomgesetzes«. Das hat den erneuerbaren Energien großen Auftrieb gegeben. Einen Beitrag zur Energiewende liefern auch die Steckverbinder, die zum einen Leistung und zum anderen Daten über den Zustand der Anlage transportieren.

Als erneuerbare, regenerative oder alternative Energien gelten Energieträger, die im Rahmen der Zeithorizonte und des Einflusses der Menschen praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen oder sich verhältnismäßig schnell »erneuern«. Damit grenzen sie sich von fossilen Energien ab, die sich zwar ebenfalls regenerieren, jedoch verhältnismäßig langsam über den Zeitraum von Millionen von Jahren. Daher gelten erneuerbare Energien als nachhaltig nutzbare Ressourcen, zu denen insbesondere Wasserkraft, Windenergie, Sonnenstrahlung, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe zählen.

Die Nutzung der erneuerbaren Energien trägt praktisch nicht zur Erschöpfung ihrer Ursache (z.B. der Kernfusion in der Sonne) bei. Der im Januar 2010 von der Agentur für Erneuerbare Energien vorgelegte »Potenzialatlas« zeigt, dass in Deutschland die technischen Potenziale zur Nutzung regenerativer Energien noch größtenteils unerschlossen sind.

So sei bis 2020 ein Anteil der erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauch in Höhe von 28% bei vertretbarem Flächenbedarf erreichbar. So kann beispielsweise die Windenergie an Land bis 2020 ein Fünftel des deutschen Strombedarfs decken. Dafür benötigt sie etwa 0,75% der Landesfläche. Bis 2020 könnten in Deutschland laut dieser Studie 47% des benötigten Stroms mit erneuerbaren Energien gedeckt werden, bei der Wärmeversorgung 25% und bei der Mobilität 22%. Allerdings ist es nötig, die angezapfte Energie weiterzuleiten. Dort spielen spezielle Steckverbinder eine wichtige Rolle.

Power-Steckverbinder

Auf der Intersolar 2012 hat Phoenix Contact aus der Steckverbinder-familie »Sunclix« zwei Neuheiten vorgestellt: einen AC-Steckverbinder, mit dem nun dreipolige AC-Leitungen mit einem Leiterquerschnitt von 2,5 mm² bis 6 mm² werkzeuglos an Solarwechselrichter angeschlossen werden können (Bild 1), sowie DC-Gerätestecker. Letztere sind mit einer Auslegung für bis zu 1500 V und 40 A laut Hersteller schon jetzt für zukünftige Marktanforderungen ausgelegt und sind kompatibel zu allen Steckverbindern der Produktfamilie Sunclix.

Die Steckverbinder sind auch vorkonfektioniert mit Leitungen verschiedener Länge in Rot, Blau oder Schwarz erhältlich. Eine Positionierungsnut ermöglicht eine einheitliche Ausrichtung des Steckgesichtes beim Einbau in das Gehäuse. Die Gerätestecker erfüllen die Anforderungen der Norm DIN EN 50521 sowie der Schutzart IP68 im gesteckten Zustand.

Der AC-Steckverbinder wiederum ist für Spannungen bis zu 300 V und Ströme bis zu 25 A ausgelegt und erfüllt die Schutzart IP68. Es können flexible und starre Leitungen angeschlossen werden. Zum Schutz ist die Trennung von Steckern nur mit Werkzeug möglich. Zusätzlich ist eine Sicherungsplombierung der Stecker möglich. Der AC-Steckverbinder ist zugelassen nach DIN EN 61984 und kann im Sinne der Wechselrichternorm DIN EN 62109-1 eingesetzt werden.

Auch in Gebäude integrierte Photovoltaik-Anlagen (PV) kommen immer mehr auf. Dafür hat Phoenix Contact jetzt eine Miniatur-Steckverbinderfamilie entwickelt, die unsichtbar hinter den PV-Modulen oder direkt in den Fassadenrahmen angebracht werden kann (Bild 2).

Die gezielte Auswahl der Komponenten soll eine Langzeitstabilität der Produktserie auch unter schwierigen Witterungsbedingungen gewährleisten.

Die Miniatur-Steckverbinder haben einen Außendurchmesser von 11 mm und sind insbesondere für Dünnschicht- und BIPV-Module (Building Integrated Photovoltaik) geeignet. Sie verfügen über die Schutzart IP67 und haben Nenndaten von 15 A und 1000 V.

Die gedrehten, versilberten Kontakte verhindern Reibkorrosion und stellen durch ihre Edelmetalloberfläche die elektrische Langzeitstabilität sicher.

Ebenfalls für 1000 V ausgelegt ist der neue »Power Drawer«-Steckverbinder namens »Forge« von TE Connectivity (Bild 3). Mit seinem robusten Gehäuse eignet sich das Produkt für Verbindungen in Leistungswandlern und in Stromnetzen, die mit hoher Zuverlässigkeit und unter rauen Bedingungen funktionieren müssen, beispielsweise in Stromrichtern für alternative Energien.

Dank der skalierbaren Plattform des Steckers können Anwender die Anzahl der Module im Gehäuse sowie Größe und Position der Kontakte flexibel festlegen. Gehäuse können in zweireihiger Konfiguration, mit ein bis zu fünf Reihen für maximal zehn Module und einer Strombelastbarkeit von über 1000 A (je nach Konfiguration) konfiguriert werden.

Durch diese Flexibilität kann das Unternehmen die Produkte nach eigenem Bekunden zeitnah liefern, was für Kunden Einsparungen bei Design und Entwicklungszeit bedeuten kann. Ein weiterer Vorteil des Forge-Power-Drawer-Connectors sind die »Power Arch«-Kontaktstifte. Diese Leistungskontakte haben laut TE viel geringere Steckkräfte als andere derzeit auf dem Markt erhältliche Produkte.

Die geringen Steckkräfte ermöglichen einen einfachen Steckvorgang für eine sichere Verbindung und senken die Gefahr von Beschädigungen bei Steck- und Trennzyklen. Die berührungssicheren Kontakte sind in fünf verschiedenen Größen mit Stromstärken von 3 A bis 250 A pro Kontakt erhältlich. Das Produkt verfügt überdies über drei Steckzyklen für Hot-Plug-Anwendungen. Die Kontaktsequenzierung trägt mit dazu bei, Lichtbogenschlag beim Stecken oder Trennen zu vermeiden.

Daten-Steckverbinder

Ein wesentliches Problem erneuerbarer Energien wie Photovoltaik und Windkraft ist, dass sie nicht kontinuierlich Energie liefern. So erzeugen Solaranlagen logischerweise nachts keinen Strom, bei Flaute drehen sich auch Windkrafträder nicht. Außerdem schwankt der Strombedarf (Lastgang) stark. In seinem Sondergutachten »100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar« von Mai 2010 bekräftigt der von der Bundesregierung eingesetzte Sachverständigenrat für Umweltfragen, dass die Kapazitäten in Pumpspeicherkraftwerken insbesondere in Norwegen und Schweden bei Weitem ausreichen, um schwankende Energiebereitstellung - vor allem von Windkraftanlagen - auszugleichen. Doch das funktioniert nicht ohne »intelligente« Kommunikation. Für solche Bereiche hat Harting entsprechende Produkte im Portfolio.

Basis für die Realisierung einer modernen Anlagensteuerung sind leistungsfähige und zuverlässige Verbindungen für den Datenaustausch und lokale Stromversorgungen. Über die weit verbreitete Schnittstelle RJ45 erfolgt üblicherweise die Vernetzung von Bedien-, Überwachungs- und Programmiereinheiten. Bei weiterreichenden Anforderungen an die Abschirmung innerhalb der Steckverbindung empfiehlt sich der »Han-Quintax« (Bild 4).

Diese Steckverbindung ermöglicht durch das Prinzip einer koaxialen Steckverbindung den sicheren Datenaustausch empfindlicher Signale zum Beispiel bei Bussystemen (Übertragungsrate 100 MBit/s). Die für die Vernetzung weit verbreiteten LWL-Verbindungen gilt es entsprechend der unterschiedlichen Lichtleitertypen auch nach oben bereits beschriebenen Anforderungen steckbar auszuführen.

Mit dem »SC«-Modul lassen sich Standard-SC-Verbinder verschiedener Hersteller in ein Modul aus der Reihe »Han-Modular« von Harting integrieren. Ohne zusätzliche Werkzeuge lassen sich durch Snap-in bis zu vier Glasfaser-Verbindungen (50/125 µm; 62,5/125 µm) in das SC-Modul einsetzen und wieder demontieren. Durch die vielfältigen Einbaumöglichkeiten wie zum Beispiel in ein »Han-Compact«-Gehäuse erreicht auch diese Steckverbindung eine Schutzart von mindestens IP65.

Die Hybrid-Steckverbindung bietet als aktiver Steckverbinder die Übertragung von Lichtleitersignalen und die galvanische Verbindung mit bis zu fünf 10-A-Kontakten, insbesondere für die Bus-Stromversorgung. Die Lichtleiterverbindung - ausführbar in POF und HCS - ermöglicht mit einem HCS-Leiter eine Übertragungsrate von bis zu 12 MBit/s bei einer maximalen Länge von 300 m. Die zulässige Leitungslänge bei einem POF-Leiter beträgt maximal 50 m.