Photovoltaikanlagen sicher trennen und freischalten - Moeller

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AUF EINEN BLICK Brennt eine PV-Anlage, z.B. auf einer Scheune, lässt die Feuerwehr das Ganze heute oftmals »kontrolliert abbrennen«. Der Grund: Die PV- Anlage lässt sich nicht spannungsfrei schalten. Nun liegt der Entwurf eines »PV-Feuerwehrschalters« vor, der die komplette Anlage freischaltet – mit dem Vorteil, dass auch z.B. im Wartungsfall die Stringleitungen spannungsfrei sind. Photovoltaik Photovoltaikanlagen sicher trennen und freischalten Lasttrenner und »Feuerwehrschalter« Damit eine Photovoltaikanlage sicher, zuverlässig und ertragbringend über mehr als 20 Jahre arbeiten kann, kommt es nicht nur auf die Hauptkomponenten wie Module oder Wechselrichter sowie eine fachgerechte Montage an. Weitere Komponenten auf der Gleichstromseite beeinflussen die Rentabilität, Sicherheit und Langlebigkeit, z.B. Schutz- und Trenneinrichtungen (Bild 1). Bislang sind sich Experten einig, dass viele Fehlerquellen auf der Gleichstromseite liegen. Eine sichere Trennfähigkeit spielt für PV-Anlagen eine wichtige Rolle, etwa bei Wartungs-, Rei - nigungs- oder Reparaturarbeiten. Noch wichtiger – doch heute bei vielen An - lagen nicht vorhanden – wäre die Trennmöglichkeit in einem Brandfall. Insbesondere für Feuerwehren sind PV-Anlagen oftmals wenig berechenbar. Daher verfahren sie oft nach dem Motto »Auf Nummer sicher gehen, Abstand halten und eventuell kontrolliert abfackeln«. Das ist aus Sicht der Feuerwehr verständlich, aber keine befrie - digende Lösung für den Betreiber. Gleichstrom sicher schalten DC-Lasttrennschalter in PV-Anlagen müssen im Gegensatz zu Geräten für Wechselspannung besonderen Anforderungen genügen. Erstens geht es darum, Gleichstrom zu schalten, und zweitens handelt es sich oft um Spannungen bis zu 1000V oder deutlich darüber. So entsteht beim Öffnen eines Kontakts ein Lichtbogen, der Temperaturen bis zu mehreren 1000°C erreichen kann. Das führt zu Kontaktabbrand, der die Lebensdauer eines Schaltgeräts verringert. Je höher die Stromstärke und/oder die Spannung sind, desto energiereicher ist der Lichtbogen. Während bei Wechselstrom der Spannungs- Nulldurchgang den Lichtbogen auf natürliche Weise unterbricht, muss er bei Gleichstrom durch andere, konstruktive Maßnahmen gelöscht werden, z.B. • hohe Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte, • ausreichend großer Kontaktabstand, • Kühlen des Plasmas und • Beschleunigung des Lichtbogens in die Löschkammer, z.B. durch ein permanentes Magnetfeld. Generell gilt: Je kürzer die Lichtbogenlöschzeiten, desto geringer die thermische Belastung für die Kontakte und umso länger die erzielbare Lebensdauer eines Schaltgerätes. Durch Anlegen eines permanenten Magnetfeldes wird der Lichtbogen sicher und schnell in die Löschkammer getrieben. Das ist vor allem für das sichere Ausschalten auch kleiner Ströme wichtig, wie es z.B. bei Teilverschattung von PV-Mo - dulen der Fall sein kann. Das Eaton Geschäftsfeld Moeller bietet eine Reihe von DC-Lasttrennschaltern, die nach dem Prinzip der permanentmagnetischen Lichtbogenbeeinflussung arbeiten. Basis der DC-Strangschutzschalter AC-Leistungsschalter DC-Sicherungs- Trennschalter Geräte sind die aus der Installationstechnik bekannten Motorschutzschalter mit Sprungschaltmechanismus, der eine hohe, von der manuellen Betä - tigung unabhängige Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte garantiert. Ergänzt um die Bauteile zur sicheren Lichtbogenlöschung, beherrschen sie Ströme bis 63A bei hohen DC-Spannungen. Hierbei werden also zwei Effekte zur Lichtbogenbeeinflussung genutzt. Ungekapselte Lasttrennschalter P- SOL in den Nenngrößen 20A, 30A und 63A eignen sich für den Einbau in Wechselrichter oder Generator-An - schlussboxen (Bild 2). Separate Drehgriffe und Achsverlängerungen erlauben eine flexible Anpassung an verschiedene Gehäusesituationen. Für die Rückmeldung des Schaltzustands lässt sich ein Hilfsschalterblock an - DC-Lasttrennschalter bis 63A DC-Lasttrennschalter bis 1400A Bild 1: Auch die Schaltgeräte sind wichtig für den reibungslosen Betrieb einer PV-Anlage – und für die Sicherheit im Fehler- bzw. Brandfall = ~ RCD Quelle: Moeller – Erneuerbare Energien 13
Photovoltaik Quelle: Moeller Quelle: Moeller Bild 4: Der gekapselte DC-Lasttrennschalter SOL 60 in IP65 wurde für die Außen - anwendung konzipiert. Es stehen Gerätevarianten für den Anschluss von zwei, vier und acht Strings zur Verfügung Bild 5: Der »PV-Feuerwehrschalter« für Photovoltaik- Anlagen wird in unmittel - barer Nähe der PV-Anlage montiert und erlaubt im Brandfall die Freischaltung der Gleichstromleitung zum Wechselrichter AUFRUF ZUR DISKUSSION Eaton Moeller hat einen Vorschlag für einen »PV-Feuerwehrschalter« entwikkelt und auf der Intersolar 2009 präsentiert. Angesichts der regen Diskussion in Normungsgremien und der bislang offenen Normenlage greift Eaton Moeller gerne die Wünsche und Anregungen von Elektrohandwerkern, Solarteuren, Bild 2: DC-Strangschutzschalter für den Einbau in kundenspezifische Gehäuse oder Wechselrichter Bild 3: DC-Lasttrennschalter 160A/1000V Quelle: Moeller Quelle: Moeller Quelle: Moeller Bild 6: Ist überzeugt vom PV-Feuerwehrschalter: Jörg Brendel, Zugführer der freiwilligen Feuerwehr Kirchen - tellinsfurt und Inhaber der gleich - namigen Elektro-Firma (www.brendel-elektrotechnik.com): »Mit dem PV-Feuerwehrschalter können wir im Brandfall von außen die PV-Anlage spannungslos schalten und somit den Brand gefahrlos löschen und weitere Schäden verhindern« der Feuerwehr oder PV-Anlagenbetreibern auf, um diese in die weitere Entwikklung des »PV-Feuerwehrschalters« einfließen zu lassen. Unter der E-Mail- Adresse GottfriedTharang@eaton.com können sich Interessierte an den Hersteller wenden und ihre Diskussionsbeiträge und Vorschläge einbringen. bauen. Zur Fernauslösung steht ein Arbeitsstrom- oder Unterspannungsauslöser bereit. Alle Zubehörteile entstammen dem PKZ-Motorschutzschalterprogramm. Für Ströme bis 1400A bei 1000V DC bietet Eaton Moeller DC-Lasttrennschalter der Reihe N an, die aus den Kompaktleistungsschaltern abgeleitet wurden (Bild 3). Hier sind die Öffnungsstrecken der vier in Reihe zu schaltenden Strombahnen bereits so groß, dass die Trenner ohne magnetisches Blasfeld auskommen. Optional gibt es reichhaltiges Zubehör, z.B. Anschlussklemmen und Türkupplungsdrehgriffe, Hilfsschalter, Spannungsauslöser und Fernantriebe. Integrierte oder separate Lasttrennschalter Einen oft unterschätzten Aspekt stellt das gleichstromseitige Freischalten einer Anlage unter allen möglichen Situationen dar. Zwar fordert die DIN VDE 0100-712, dass auf der Gleichspannungsseite des PV-Wechselrichters ein Lasttrennschalter vorzusehen ist, sie schreibt aber nicht vor, an welcher Stelle zwischen PV-Modul und Wechselrichter der Lasttrennschalter angeordnet werden soll. Das hat dazu geführt, dass die überwiegende Zahl von Wechselrichtern bereits über einen integrierten Lasttrennschalter verfügt. Dies spart zwar die Kosten für ein separates Schaltgerät mit Gehäuse, Anschlüssen und Montage ein, allerdings werden die Nachteile dieser Lösung gerne ver - schwiegen: Denn sobald man den Wechselrichter für Wartungs-, Rei - nigungs- oder Reparaturarbeiten öffnen muss, lässt sich nicht immer ein - deutig ersehen, an welchen Stellen noch Gleichspannung anliegt. Aber auch im Falle eines Brands im oder am Wechselrichter besteht kaum noch eine Chance, den DC-Lasttrennschalter zu betätigen. Deshalb installieren viele Anwender einen separaten Freischalter in die Gleichstromleitung ihrer PV-Anlage, auch bei vorhandenem Lasttrennschalter im Wechselrichter. Hierfür eignen sich die DC-Lasttrennschalter SOL im Gehäuse für 20A, 30A und 63A von Eaton Moeller (Bild 4). Es gibt Varianten für zwei oder vier bzw. vier oder acht Strings und für die gängigsten Steckerformen, – wie MC3, MC4 oder metrische Verschraubungen. Die Ge - 14 – Erneuerbare Energien
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