Wie Hersteller von Photovoltaik-Umrichtern und Strommesswandlern voneinander profitieren können
Strommesswandler - das Herzstück des PV-Umrichters
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Strommesswandler - das Herzstück des PV-Umrichters
Ein weiteres Sicherheitsproblem ist die Kontrolle der Leckströme gegen Masse. In einem transformatorlosen System gibt es über die Leckkapazität des Solarpanels oder die menschliche Körperimpedanz immer einen Strompfad zur Masse. Daher muss nach Überzeugung des Experten ein Fehlstrom-Baustein zur Erkennung gefährlicher, nach Masse fließender Ströme integriert, oder zumindest die Funktion eines solchen in das Umrichter-Design eingebunden werden, wobei wiederum entsprechend spezifizierte Strommesswandler zum Einsatz kommen. »In diesem Konzept kann das System bei den allgemein üblichen, durch die verschiedenen Normen definierten Sicherheitspegel auslösen«, erläutert Rollier. »Zugleich aber kann ein größerer, stationärer Masse-Wechselstrom akzeptiert werden, der aufgrund der Kapazität zwischen der Solarzellen-Installation und einer benachbarten Masseebene auftritt.«
Die LEM-Lösung
LEM hat die Messwandler-Serie CT speziell für die Anforderungen moderner Solar-Umrichtertopologien als kompakte Lösung zur Erkennung von Masseströmen entwickelt. Dabei handelt es sich um Differenzialstromwandler mit Nennbereichen von 100, 200 und 400 mA, die eine lineare Ausgangsspannung von 5 V bei Nennstrom liefern. Die Reaktionszeiten betragen weniger als 20 ms bei 80 Prozent und 60 ms bei 90 Prozent des Nennstroms. Um sehr kleine Gleich- oder Wechselströme mit geringer Offset-Drift zu messen, ist die Fluxgate-Technologie mit geschlossener Regelschleife entscheidend. Die Leiterplatten-montierbaren, kompakt aufgebauten Komponenten mit einer Öffnung zum Einfügen von Phasenleitungen messen Gleich- und Wechselstromkomponenten bis 18 kHz.
Die Fluxgate-Technologie kommt auch in den Leiterplatten-montierten CAS/CASR/CKSR-Strommesswandlern zum Einsatz. Sie messen isolierte Wechsel- und Gleichströme und sind mit Nennwerten von 6 - 50 Aeff erhältlich. Damit können sie für Spitzenmessungen mit Frequenzen von bis zu 300 kHz (+/- 3 dB) bis zum Dreifachen der Nennwerte verarbeiten. Der Fokus bei der Entwicklung der Messwandler lag auf verbesserten Leistungen bei Gleichtakt-Einflüssen, thermischer Drift (Offset und Gain, die maximale thermische Offset-Drift beträgt je nach Modell 7 - 30 ppm/K), Reaktionszeit (weniger als 0,3 µs), Isolationsniveau, +5 V Spannungsversorgung und kompakten Abmessungen.
Sichere Netzsynchronisation
Die Sicherung der Netzsynchronisation erfordert besondere Steuermaßnahmen am Umrichter-Ausgang. Der Umrichter muss schnell auf Änderungen des Netz-Einspeisestroms reagieren und den sinusförmigen Wechselstrom so formen, dass möglichst wenig Oberwellen auftreten. »Hier verwendete Messwertwandler müssen neben sehr schnellen Reaktionszeiten auch eine geringe Offset-Drift bieten«, so Rollier. »Eine Minimierung der temperaturbedingten Offset-Drift verringert auch die Notwendigkeit komplexer Kompensationsalgorithmen. Andererseits ist die Strom-Flankensteilheit am Umrichter-Gleichstromeingang relativ niedrig, wo ein Messwertwandler den Arbeitspunkt der maximalen Leistungsabgabe überwacht. Daher lässt sich hier ein kostengünstiger Messwandler mit offener Regelschleife einsetzen.«
Umrichter ohne Netzanschluss unterliegen zwar nicht den Einschränkungen der Netzbetreiber, trotzdem müssen sie nahezu die gleichen Sicherheits- und Effizienz-Anforderungen erfüllen. »Höchstwahrscheinlich werden die für Umrichter-Entwickler in der Photovoltaik maßgeblichen Spezifikationen in Zukunft noch anspruchsvoller«, vermutet Rollier. »Neben Grenzwerten für den in das Netz eingespeisten Gleichstrom gibt es womöglich einen Konsens über den zulässigen Oberwellen-Anteil im Umrichter-Ausgangsstrom. Im Moment gelten je nach Land noch unterschiedliche Grenzwerte. Daraus ergibt sich auch die Notwendigkeit einer präzisen Messung von Strömen bei Frequenzen, die wesentlich höher als die 50 oder 60 Hz der Netzfrequenz sind.«
- Strommesswandler - das Herzstück des PV-Umrichters
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