Weltweit werden zahlreiche PV-Systeme – darunter auch viele Freiflächenanlagen – mit Zentralwechselrichtern installiert. Diese Wechselrichter sind oft auf der DC- wie auf der AC-Seite mit Typ-2-Überspannungsschutzgeräten ausgestattet. Dabei greifen viele Wechselrichterhersteller auf Standardprodukte zurück, die hauptsächlich für herkömmliche Spannungen und damit verbundener Netzqualität ausgelegt und qualifiziert sind.
Nun gibt es aber Spezialfälle, wie beispielsweise trafolose Zentralwechselrichter, die einen speziellen Blitz- und Überspannungsschutz mit besonderer Isolationseigenschaft zu Erde benötigen. Aufgrund von Umwandlungsprozessen von Gleich- zu Wechselspannung kann die sinusförmige Wechselspannung mit Spannungsspitzen aus dem Zwischenkreis überlagert werden – bedingt durch Schaltvorgänge im Wechselrichter. Dabei schalten die Halbleiter mehrere tausend Mal pro Sekunde zwischen einem hohen und einem niedrigen Potential hin und her. Die Höhe dieser Potentiale hängt von der Zwischenkreisspannung ab. Dank eines Filters wird die gepulste Ausgangsspannung des Wechselrichters in eine sinusförmige Spannung umgewandelt.
Nun können aber überlagerte Spannungsspitzen zwischen Phase L und Erde PE auftreten. Dadurch können die Spannungsspitzen eine Höhe erreichen, die der Summe des Spitzenwertes der sinusförmigen Spannung und der DC-Spannung des PV-Strings entspricht. Diese Spannungsspitzen würden die Standard-Überspannungsableiter überlasten und zu einem frühzeitigen Ausfall führen. Hier ist eine Speziallösung erforderlich, die wiederkehrende Spannungsspitzen mit einer Frequenz von 5 Kilohertz und einer Amplitude von 1,5 Kilovolt isoliert und dabei den Wechselrichter optimal schützt. Speziell für diesen Anwendungsfall bietet Phoenix Contact jetzt eine Lösung: Das neue Überspannungsschutzgerät VAL-MS 400/3+0/VF-FM/32. Das Gerät ist für 400 V IT-Systeme ausgelegt und kann in bis zu 5000 Metern Höhe eingesetzt werden.
Überspannungsschutz für String-Wechselrichter
String-Wechselrichter werden häufig für bauliche Anlagen verwendet. Sie haben in den meisten Fällen je nach Hersteller mindestens zwei oder mehr MPP-Tracker (Englisch: Maximum-Power-Point-Regelung). Jeder einzelne MPP-Tracker sorgt für die Entnahme der maximalen Leistung aus den angeschlossenen Strings. Zum Schutz des MPP-Trackers hat Phoenix Contact jetzt eine weitere Lösung im Programm: Das neue Überspannungsschutzgerät VAL-MS-CN 1000DC-PV/4+V-FM ist für isolierte und geerdete Gleichspannungssysteme bis 1170 Volt DC ausgelegt. Das Gerät kann gleichzeitig vier MPP-Tracker über vier separate Plus-Eingänge und einen gemeinsamen Minus-Eingang schützen.
Dies ermöglicht eine platz- und kostensparende Installation im Gerät. Der Gerätehersteller kann ein Basiselement VAL-MS-CN 4+V/BE/FM im Wechselrichter installieren, und je nach Bedarf im Feld vom Fachpersonal mit passenden Blitz- und Überspannungsschutzmodulen Typ 1 und Typ 2 von 600 bis 1170 Volt DC bestücken. Somit spart der Gerätehersteller Produktionskosten und ermöglicht dem Endanwender, geeignete Ableiter für das PV-System zu installieren.
Lösung für Rundum-Schutz
Das Produkt-Programm von Phoenix Contact umfasst Blitz- und Überspannungsschutzgeräte für die Gleichstromseite bis zu 1500 Volt. Die Ableiter erfüllen alle Anforderungen gemäß EN 50539-11 – sie wurden durch das unabhängige Prüfinstitut Dekra auf Sicherheit und Qualität zertifiziert. Für eine Anwendung mit zwei MPP-Trackern wurde eine Lösung mit zwei separaten Plus-Eingängen und einem gemeinsamen Minuspol entwickelt. Diese Lösung bietet dem Betreiber neben dem Kostenvorteil auch eine platzsparende Integration – etwa in den Wechselrichter, aber auch in den Generatoranschlusskasten.
Für den vollständigen Schutz der PV-Anlage sollte auch die AC-Seite mit Blitz- und Überspannungsschutzgeräten versehen werden. Sonst können Störimpulse aus dem Netz an die sensible Elektronik gelangen und teure Wechselrichter oder Kommunikationseinheiten beschädigen. Hier bietet Phoenix Contact ein breites Spektrum an Blitz- und Überspannungsschutzgeräten je nach Netzform und -spannung. Alle Schutzgeräte sind gemäß IEC 61643-11 zertifiziert.
Zu guter Letzt muss bei der Planung einer PV-Anlage auch der Schutz der Daten- und Kommunikationseinheiten berücksichtigt werden. Denn hier können sich leicht Überspannungen einkoppeln und Wechselrichter oder Auswerteeinheit beschädigen. Auch zu diesem Zweck bietet Phoenix Contact je nach Schnittstelle passende Schutzgeräte. bf
Fachgerechte Installation erforderlich!
Ob für Aufdachanlagen auf Einfamilienhäusern, Inselsysteme oder große Freiflächenanlagen - die fachgerechte Installation von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten ist unbedingt erforderlich. Mit Überspannungsschutzgeräten sind PV-Anlagen vor unvorhersehbaren Ereignissen abgesichert. Auf diese Weise sorgen sie für eine hohe Verfügbarkeit im Feld. Für jeden Anwendungsbereich bietet Phoenix Contact Blitzstrom- und Überspannungsschutzgeräte: vom Modul bis zum Wechselrichter auf der Gleichspannungsseite sowie vom Wechselrichter bis zum Netz. Ein besonderes Augenmerk gilt dabei der empfindlichen Elektronik, die zunehmend in PV-Systemen eingesetzt wird. Denn diese Elektronik sorgt dafür, dass ein Ausfall der PV-Anlage schnell erkannt wird.
