Die abgelegenen Standorte, weitläufigen Grundrisse und exponierten Flächen von Solar-Photovoltaik-Kraftwerken (PV) machen sie sehr anfällig für Umweltgefahren – insbesondere Gewitter. Eines der größten Risiken sind Schäden durch direkte oder indirekte Blitzeinschläge, die zu längeren Anlagenstillständen, Wechselrichterausfällen und erheblichen Umsatzeinbußen führen können.
Um diese Risiken zu mindern, ist es wichtig, Überspannungsschutzgeräte (SPDs) für Solar-PV-Systeme an strategischen Punkten zu installieren, einschließlich des Solarwechselrichters und der Array-Anschlusskästen. Diese Überspannungsschutzlösungen dienen als erste Verteidigungslinie und verhindern, dass zerstörerische Überspannungen empfindliche Geräte beschädigen.
Photovoltaikanlagen werden unter bestimmten Bedingungen betrieben, die PV-Überspannungsschutzgeräte erfordern, die speziell für Hochspannungs-Gleichstromanwendungen entwickelt wurden – oft bis zu 1500 V. Im Gegensatz zu Wechselstromsystemen ist die Gleichstromumgebung in Solaranlagen kontinuierlich und stellt einzigartige Herausforderungen dar.
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl des richtigen SPD für Ihr Solar-PV-System die folgenden kritischen Faktoren:
Die Blitzdichte im Installationsbereich
Der Betriebstemperaturbereich des Systems
Die DC-Nennspannung des Systems (oft bis zu 1500 V)
Der Kurzschlussstrom (Isc) des PV-Arrays
Die Art der Überspannungsexposition (transienter, direkter oder indirekter Blitz)
Der erforderliche Nennentladestrom (In) und die Schutzklasse (z. B. Typ 1+2 SPD)
Um einen wirksamen Schutz zu gewährleisten, muss der Spannungsschutzpegel (Up) des ausgewählten SPD mindestens 20% niedriger sein als die Spannungsfestigkeit der angeschlossenen Geräte, wie zum Beispiel des Wechselrichters oder der Anschlussbox.
Die Implementierung des richtigen Blitzschutzes für Solar-PV ist nicht nur eine Sicherheitsmaßnahme – sie ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Systemverfügbarkeit, die Verlängerung der Gerätelebensdauer und den Schutz Ihrer Investition in erneuerbare Energien.
Es ist wichtig, ein SPD mit einem Kurzschlussstrom zu verwenden, der größer ist als der Kurzschlussstrom des Solaranlagenstrangs, an den das SPD angeschlossen ist. Das SPD, das am Gleichstromausgang bereitgestellt wird, muss einen Gleichstrom-MCOV haben, der gleich oder größer als die maximale Photovoltaiksystemspannung des Moduls ist.
Wenn ein Blitz am Punkt A einschlägt (siehe Abbildung 1), ist es wahrscheinlich, dass das Solarmodul und der Wechselrichter beschädigt werden. Wenn der Blitz am Punkt B einschlägt, wird nur der Wechselrichter beschädigt. Allerdings ist der Wechselrichter in der Regel die teuerste Komponente innerhalb einer PV-Anlage, weshalb es wichtig ist, das richtige SPD sowohl auf den Wechselstrom- als auch auf den Gleichstromleitungen richtig auszuwählen und zu installieren. Je näher der Schlag am Wechselrichter liegt, desto stärker wird der Wechselrichter beschädigt.
Überspannungsschutzgeräte werden auf der DC- und AC-Seite von Zentral- und Stringwechselrichtern, in Combiner-Boxen und zum Schutz von Signalleitungen (Messung und Kommunikation) installiert. Abhängig von der atmosphärischen Belastung der PV-Anlage durch Blitze können Auftragnehmer und Planer im Bereich Engineering, Beschaffung und Bau (EPC) entweder Standard-IEC-SPDs vom Typ 2 (indirekte Einwirkung von 8/20 μs) oder robustere SPDs vom Typ 1+2 (getestet, um direkten Blitzeinschlägen in einer Wellenform von 10/350 μs standzuhalten) vorschreiben.
Der DC-seitige Schutz an Anschlusskästen und Wechselrichtern verfügt in der Regel über eine DIN-Schienenkonfiguration mit Y-Anschluss, um Gleich- und Differenzmodusschutz bereitzustellen.
Auf der AC-Seite ist ebenfalls ein Überspannungsschutz des Wechselrichters erforderlich. Unabhängig davon, ob es sich um den Wechselrichter selbst oder den AC-Anschlusskasten handelt, wird der Belastung durch Spannungsspitzen im Allgemeinen durch den Einsatz standardmäßiger DIN-Schienen-SPDs vom Typ 2 in TN S-, IT- oder sogar TT-Konfigurationen begegnet.
Darüber hinaus bevorzugen EPC-Auftragnehmer und -Planer je nach PV-Anlage in manchen Fällen den Typ 1+2 AC, um eine längere Lebensdauer der SPDs und sogar Schutz zu erreichen, wenn die Bedingungen im Hinblick auf die erwartete direkte Blitzeinwirkung härter sind. Dies ist typischerweise in Gebieten mit einem sehr hohen isokeramischen Niveau der Fall, das häufig mit großen Höhen einhergeht.
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