Pickering Electronics
Reed-Relais zur Überwachung von PV-Anlagen
Wie lässt sich die Effizienz von Solaranalagen steigern? Wichtig ist es, unerwünschte Ableitströme sicher zu erkennen, die z. B. als Folge von fehlerhaften Installationen, aber auch über die gesamte Lebensdauer von Solaranalagen auftreten können.
Von Ableitströmen in Photovoltaikanlagen spricht man, wenn ein Teil der von den Solarzellen erzeugten Energie einen Weg zur Erde findet, sobald der Isolationswiderstand (RISO) zwischen Gerät und Erde auf weniger als 40 MΩ sinkt. Zwischen 20 und 40 MΩ kann RISO noch als vertretbar angesehen werden. Erst bei weniger als 20 MΩ besteht Anlass zur Sorge, weil dann die Isolierung abnimmt. Ein gemessener Isolationswiderstand von weniger als 1 MΩ führt mit ziemlicher Sicherheit zu Leistungsverlusten und möglicherweise zu dauerhaften Schäden – bis hin zur Gefahr eines Brandes.
Außerdem treten manche Fehler intermittierend auf. Beispielsweise kann die Ansammlung von Feuchtigkeit oder Kondensation in einer PV-Schalttafel über Nacht dazu führen, dass der RISO in den ersten Stunden des Betriebs bei Sonnenlicht niedrig ist.
Überwachung des PV-Wirkungsgrads und Fehlererkennung
Leckströme zur Masse lassen sich erkennen, indem vorübergehend eine Strommessschaltung zwischen den Klemmen der PV-Zellen und der Erde wie im Diagramm dargestellt angebracht wird.
Der Strommesskreis enthält einen Widerstand mit bekanntem Wert (normalerweise eine hohe Impedanz). Wenn die Schaltung eingeschaltet wird, wird der bekannte Widerstand effektiv parallel zu RISO geschaltet. Der Strom, der durch den Messkreis fließt, kann zur Berechnung des RISO verwendet werden. Um den Strommesskreis einzuschalten, muss eine hohe Spannung angelegt werden. Im Verhältnis zur Erde werden die negativen und positiven Ausgänge des Solarmoduls bei direkter Sonneneinstrahlung normalerweise bei etwa 600 V liegen.
Folgende Punkte gilt es zu beachten, um einen Leckstrom zu ermitteln:
- Maximale Schaltspannung: die höchste Gleich- oder Wechselspannung (Spitze), die geschaltet werden kann
- Minimale Abschaltspannung: Die Geräte kommen mit einer höheren Spannung zurecht, da sie im Falle der HV-Relais von Pickering Electronics mit 500 V über der angegebenen Abschaltspannung getestet werden. Für Ihre Konstruktionszwecke empfiehlt Pickering, die im Datenblatt angegebene Abschaltspannung nicht zu überschreiten.
- Isolationswiderstand: Dies ist der Widerstand zwischen den Pins des Geräts. Er muss sehr hoch sein, idealerweise größer als 1 TΩ (Tera-Ohm, also 1012 Ohm). Dementsprechend würde der Strom bei 600 V nur 0,6 nA betragen. Wichtig: Versucht man einen niedrigen Strom zu messen, darf der Schaltkreis keinen Leckstrom verursachen, weshalb Halbleiterrelais ungeeignet sind.
- Externer Abstand der Abschirmung: Einige Geräte (in der Regel preisgünstige) haben eine externe Metallabschirmung zum Schutz vor EMV-Störungen durch benachbarte Relais. Wenn die Abschirmung bis zum Relaissockel reicht oder sich zu nahe am Sockel befindet, kann dies zu Problemen führen, wenn das Gerät auf einer Leiterplatte platziert wird, die hohe Spannungen führt. Der Abstand ist jedoch möglicherweise nicht einmal auf dem Datenblatt angegeben. Gegebenenfalls kann man sich auf technische Zeichnungen beziehen oder den Abstand an einem Mustergerät messen. Hinweis: Die von Pickering empfohlenen Relais verfügen über eine interne Abschirmung, d. h. über Mu-Metall-Abschirmungen um ihre Spulen.
In diesem Zusammenhang gilt es zu beachten, dass Pickering den maximalen Schaltstrom nicht als wesentlichen Parameter für die Erkennung von PV-Stromverlusten ansieht. Die meisten Hochspannungsgeräte sind für bis zu 1 A ausgelegt, obwohl man wahrscheinlich nur einige µA schaltet. Weitere Informationen, die bei der Entwicklung einer Überwachungsschaltung berücksichtigen sollten, sind
- die Spulenspannung, also die Gleichspannung, die benötigt wird, um die Spule zu erregen und die normalerweise offenen Kontakte im Reed-Relais zu schließen.
- der Spulenwiderstand. Wenn die Spule über einen Transistor erregt wird, muss man den Spulenwiderstand kennen, um den Strom zu berechnen, den der Transistor verarbeitet.
- die Betriebstemperatur. Die Überwachungsgeräte von Solarparks sind oft extremen Temperaturen und regelmäßigen Temperaturschwankungen ausgesetzt.
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