Überspannungsschutz für Solar-Photovoltaik-Systeme

Aufgrund der abgelegenen Standorte, exponierten Flächen und weitläufigen Anlagen sind Solarkraftwerke einem hohen Risiko von Schäden durch Witterungseinflüsse, insbesondere Gewitter, ausgesetzt. Ein großes Problem für Betreiber von Photovoltaikanlagen (PV) sind Geräteschäden, die durch direkte oder indirekte Blitzeinschläge verursacht werden. Schäden durch solche Ereignisse können dazu führen, dass eine PV-Anlage tage- oder sogar wochenlang außer Betrieb ist, was zu Stromunterbrechungen und Einnahmeverlusten führt. Um die zerstörerischen Auswirkungen von Blitzeinschlägen zu vermeiden,Am Wechselrichter und an verschiedenen anderen Stellen der PV-Anlage muss ein Überspannungsschutz installiert werden.

Auswahl und Installation von Überspannungsschutzgeräten für PV-Systeme

PV-Systeme weisen einzigartige Eigenschaften auf, die daher den Einsatz von SPDs erfordern, die speziell für PV-Systeme entwickelt wurden.

PV-Anlagen haben hohe DC-Systemspannungen bis zu 1500 Volt. Ihr maximaler Leistungspunkt liegt nur wenige Perzentile unter dem Kurzschlussstrom des Systems.

Um das richtige SPD-Modul für die PV-Anlage und deren Installation zu bestimmen, müssen Sie Folgendes wissen:

– die Blitzdichte runder Blitze;

– die Betriebstemperatur des Systems;

– die Spannung des Systems;

– die Kurzschlussstromstärke des Systems;

– der Grad der Wellenform, vor der geschützt werden soll (indirekter oder direkter Blitz); Und

– der Nennentladestrom

Um eine Schutzwirkung zu erzielen, sollte der Spannungsschutzpegel (Up) eines SPD 20 % niedriger sein als die Spannungsfestigkeit der Endgeräte des Systems.

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.

DC- und AC-seitige SPDs für Combiner-Boxen und Wechselrichter

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.