Solis-Seminar Folge 17: Auswahl von geeigneten Leistungsschaltern für Wechselrichter in PV-Solaranlagen

Hintergrund
Bei PV-Solaranlagen wird die Auswahl des Leistungsschalters leicht übersehen, und man sollte sich Zeit nehmen, um die richtige Lösung zu wählen. Ein ungeeigneter Leistungsschalter kann zu häufigen Auslösungen der Geräte, Überhitzungsschäden und sogar zu einem Brand der Anlage führen. In diesem Solis-Seminar erklären wir die Auswahl von Leistungsschaltern in Photovoltaikanlagen.

Typen von Leistungsschaltern
In einer PV-Solaranlage hängt die Wahl einer Reihe von Leistungsschaltern von mehreren Faktoren ab:
• Elektrische Eigenschaften des Systems
• Umgebung
• Lasten und Anforderungen des Installationstyps

1. Umgebungstemperatur am Leistungsschalter
Bei PV-Anlagen werden die Geräte in der Regel im Freien installiert (Freiflächenanlagen, Flachdachanlagen usw.). In der Regel wird eine höhere Außentemperatur angenommen als bei Installationen in Gebäuden, daher ist es mit einer höheren Temperatur in der Verteilertafel zu rechnen. Dies wirkt sich auch auf die Durchflussmenge und die Betriebstemperatur des Leistungsschalters aus.
Für die Auswahl von Leistungsschaltern in PV-Anlagen ist die Temperatur die wichtigste Berücksichtigung. Gemäß der Norm IEC 60947-2 gibt es für jeden Leistungsschalter ein Datenblatt, in dem der Wert für die Verringerung bzw. Erhöhung des Stroms in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur angegeben ist. Je nach Umgebungstemperatur vor Ort und der Höhe des Systemstroms sollten Sie die geeignete Leistungsschalterausrüstung auswählen.

Tabelle 1: Beispiel für Leistungsschalterauslöser - reduzierte/erhöhte Stromwerte je nach Umgebungstemperatur

2.Gegenseitige Erwärmung von Leistungsschaltern
Bei großen PV-Kraftwerken mit mehreren Wechselrichtern befinden sich in der Regel mehrere Leistungsschalter in der Verteilertafel, die dicht nebeneinander montiert sind. Diese Leistungsschalter liefern ihren maximalen Strom zur gleichen Zeit, so dass sich die Temperatur der Leistungsschalter schneller gegenseitig beeinflusst, was zu einer vorzeitigen Auslösung führen kann.

Bei der Parallelschaltung mehrerer Leistungsschalter muss der Korrekturfaktor berücksichtigt werden, der im Datenblatt des Leistungsschalters angegeben ist.
Im Falle einer Anordnung von 6 Geräten kann der Korrekturfaktor beispielsweise 0,75 betragen. Ein Leistungsschalter mit einem Nennstrom von 15,1 Ampere (A) verhält sich wie ein Nennstrom von 0,75 x 15,1 A = 11,33 A.

Durch diese Berechnung können wir, wenn der Strom nicht ausreicht, einen Leistungsschalter mit einem höheren Nennstrom verwenden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Abstand zwischen den Leistungsschaltern zu vergrößern. Dadurch kann mehr Wärme abgeleitet werden, was unnötige Auslösungen verhindert.

3. Art der angeschlossenen Geräte
Wenn eine PV-Anlage an das Stromnetz angeschlossen ist, wird sie durch die Strom- und Spannungsauswirkungen des Lastzuführungsnetzes ausgelöst. Bei der Auswahl eines Leistungsschalters müssen wir die Komponenten der Last in diesem Netz berücksichtigen, um den am besten geeigneten Leistungsschalter zu wählen.

Tabelle 2: Verschiedene Leistungsschaltertypen, unverzögert oder kurzzeitig verzögert

Beispielsystem
Beispiele für die thermischen Nennwerte von Leistungsschaltern im Parallelbetrieb einer PV-Anlage.

PV-Anlage mit 6 Wechselrichtern Solis-1P8K-5G.

Die erforderlichen technischen Daten sind dem Datenblatt des Solis-1P8K-5G-Wechselrichters zu entnehmen：
• Maximaler Ausgangsstrom = 34,7 A
• Seine maximale Absicherung = 50 A
Die Wahl des Kabels sowie die Verdrahtungsmethode, die Umgebungstemperatur und andere mögliche Bedingungen begrenzen die maximale Absicherung des Kabels.
In unserem Beispiel gehen wir davon aus, dass das gewählte Kabel (6 mm²) eine ideale Verlegung hat und einem Nennstrom von 35 A standhält.
Der maximal mögliche Nennstrom für das verwendete Kabel und die maximal mögliche Absicherung des Solis-1P8K-5G begrenzen den maximal möglichen Nennstrom für die Leistungsschalter.

Auswahl des richtigen Leistungsschalters
Unter Verwendung desselben Beispielsystems und unter der Annahme, dass die Last keine Motoren, Transformatoren usw. enthält, wählen wir auf der Grundlage des berechneten Stroms von 34,7 A einen 40-A-Leitungsschalter mit einer thermischen Auslösecharakteristik von B und ohne Zwischenraum zwischen den Leistungsschaltern. Wir überprüfen dann, ob unser gewählter Wert angemessen ist, indem wir die thermische Anpassungsfähigkeit des Leistungsschalters überprüfen:

Der Belastungsfaktor entspricht den Angaben des Datenblatts:
• Reduktion bei Dauerlast> 1 h = 0,9
（Dauerbelastungen von mehr als 1 Stunde sind in einer PV-Anlage möglich.）
• Reduktionsfaktor bei direkter Anordnung von 6 Leistungsschaltern nebeneinander = 0,75
（Wenn nur ein Leistungsschalter verwendet wird oder der Abstand untereinander ausreichend ist, ist der Koeffizient gleich 1.）
• Anstieg des Nennstroms in der Verteilertafel bei einer Umgebungstemperatur von 40°C = 1,0

Ergebnis
Der Nennlaststrom des Leistungsschalters wird wie folgt berechnet:
Ibn = 40 A x 0,9 x 0,75 x 1,0 = 27 A

Schlussfolgerung
Da die maximale Strombelastbarkeit im fehlerfreien Betrieb geringer als der maximale Ausgangsstrom des verwendeten Wechselrichters ist, kann der gewählte Leistungsschalter in diesem Beispiel nicht verwendet werden. Der Leistungsschalter wird im Nennbetrieb auslösen.

Lösung 1
Verwenden Sie einen Leitungsschalter 50 A. Zwischen den Leistungsschaltern ist genügend Platz (＞10 mm) für die Wärmeabfuhr, und die maximale Strombelastbarkeit beträgt 40,5 A
(Ibn = 50 A x 0,9 x 0,9 = 40,5 A). Der Schutzschalter wird bei Nennbetrieb nicht auslösen.

Lösung 2
Verwenden Sie einen Leitungsschalter 63A. Die maximale Strombelastbarkeit beträgt 42,5A
(Ibn = 63A x 0,75x0,9x 1 = 42,5A). Der Schutzschalter wird bei Nennbetrieb nicht auslösen.