Die Auswahl eines geeigneten Überspannungsschutzgeräts (Surge Protective Device, SPD) ist eine wichtige Entscheidung, um die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit Ihrer Solarstromanlage zu gewährleisten. Dieser umfassende Leitfaden führt Sie durch die wesentlichen Faktoren, die bei der Auswahl von SPDs für Ihre Photovoltaikanlage zu berücksichtigen sind, und hilft Ihnen, Ihre wertvolle Investition vor schädlichen Überspannungen zu schützen.
Warum Ihr Solarsystem einen SPD-Schutz braucht
Solarstromanlagen sind aus mehreren Gründen besonders anfällig für Überspannungsschäden:
- Exponierter Standort: Solaranlagen werden in der Regel an erhöhten, exponierten Standorten installiert
- Längere Kabelwege: DC-Stromkabel können als Antennen für induzierte Überspannungen wirken
- Empfindliche Elektronik: Wechselrichter, Überwachungssysteme und Steuergeräte enthalten empfindliche Komponenten
- Anziehung von Blitzen: Solarzellenfelder können attraktive Wege für Blitzeinschläge sein
Ohne einen angemessenen Überspannungsschutz kann ein einziger Blitzeinschlag oder eine Netzumschaltung Schäden in Höhe von Tausenden von Dollar an Ihren Wechselrichtern, Ladereglern, Modulen und Überwachungssystemen verursachen. Selbst kleinere, wiederholte Überspannungen können die Systemkomponenten im Laufe der Zeit beeinträchtigen, die Effizienz verringern und die Betriebslebensdauer verkürzen.
Schlüsselfaktoren für die Auswahl des richtigen Solar-SPD
1. Verstehen der SPD-Typen und ihrer Anwendungen
SPDs werden in drei Haupttypen eingeteilt, die jeweils unterschiedliche Schutzbedürfnisse erfüllen:
Typ 1 SPDs:
- Zum Schutz gegen direkte Blitzeinschläge
- Installiert an Hausanschlusspunkten oder Versorgungsanschlüssen
- Getestet mit einer Wellenform von 10/350μs zur Verarbeitung von hochenergetischen Impulsen
- Erforderlich in Gebäuden mit äußerem Blitzschutzsystem
- In der Regel wird die Funkenstrecken-Technologie verwendet
Typ-2-EPPDs:
- Schutz gegen induzierte Überspannungen und Schaltvorgänge
- Installiert an Verteilertafeln oder Unterverteilern
- Geprüft mit 8/20μs Wellenform
- Verwendung der Metalloxid-Varistor (MOV)-Technologie
- Der häufigste Typ, der in Standard-Solaranlagen verwendet wird
Typ 3 SPDs:
- Feiner Schutz für empfindliche Endgeräte
- In der Nähe bestimmter elektronischer Geräte installiert
- haben eine geringere Entladekapazität als die Typen 1 und 2
- Häufig verwendet für Überwachungssysteme und Kommunikationsschnittstellen
Für die meisten privaten und gewerblichen Solaranlagen benötigen Sie für einen umfassenden Schutz eine Kombination von SPD-Typen. Es sind auch kombinierte SPDs vom Typ 1+2 erhältlich, die die Schutzeigenschaften beider Typen in einem einzigen Gerät vereinen.
2. Bewerten Sie die Spannungsanforderungen Ihres Systems
Eines der wichtigsten Auswahlkriterien ist die Abstimmung der SPD-Spannung auf die Anforderungen Ihres Solarsystems:
Maximale kontinuierliche Betriebsspannung (MCOV oder Uc):
- Gleichstromseitige SPDs müssen einen MCOV-Wert haben, der höher ist als die maximale Leerlaufspannung (Voc) Ihres Systems.
- Denken Sie daran, dass kalte Temperaturen die Spannung des PV-Generators erhöhen.
- Eine gute Faustformel: Wählen Sie DC-SPDs mit einem MCOV von mindestens 10% über der maximalen System-Voc
- Ein 600-V-Gleichstromsystem erfordert beispielsweise SPDs mit einem MCOV von mindestens 660 V DC.
- Die wechselstromseitigen SPDs sollten die Nennspannung des Systems um mindestens 25% überschreiten.
Die Verwendung eines SPD mit unzureichendem MCOV führt zu einem vorzeitigen Ausfall und birgt die Gefahr eines Brandes, da das Gerät die normale Netzspannung als Überspannung ansieht.
3. Prüfen Sie die Spannungsschutzstufe (Up)
Der Spannungsschutzpegel oder die Klemmspannung gibt die maximale Spannung an, die Ihre Geräte während einer Überspannung erreichen:
- Niedrigere Up-Werte bieten besseren Schutz für empfindliche Komponenten
- Der Up-Wert sollte unter der Impulsbelastbarkeit Ihres Geräts liegen.
- Für den besten Schutz wählen Sie ein SPD mit Up mindestens 20% niedriger als die Gerätetoleranz
- Typische PV-Wechselrichter benötigen Up-Werte unter 2,5-4kV
Beim Vergleich von SPDs deutet ein niedrigeres Spannungsschutzniveau im Allgemeinen auf einen besseren Schutz hin, muss aber mit anderen Parametern abgewogen werden.
4. Bewertung der erforderlichen Entladestromkapazität
Zwei wichtige Werte bestimmen die Fähigkeit eines SPDs, Stoßströme zu bewältigen:
Nenn-Entladestrom (In):
- Gibt an, wie viel Stoßstrom das SPD wiederholt verarbeiten kann
- Höhere Werte bedeuten bessere Haltbarkeit bei häufigen Stromstößen
- Bei SPDs des Typs 2 für Solaranwendungen sollten Sie auf Nennströme von 10-20 kA oder höher achten.
Maximaler Entladestrom (Imax):
- Der höchste einzelne Stoßstrom, den das SPD sicher ableiten kann
- Typ-2-Geräte liegen typischerweise zwischen 40-80kA
- Systeme in Regionen mit hohem Blitzaufkommen sollten höhere Nennwerte verwenden
- SPDs vom Typ 1 verwenden stattdessen den Impulsentladungsstrom (Iimp)
Wägen Sie diese Einstufungen je nach Blitzschlagrisiko und Wichtigkeit Ihres Systems ab. In Gebieten mit häufigen Gewittern sind höhere Werte erforderlich als an Orten mit geringer Blitzaktivität.
5. Kurzschlussstromfestigkeit (SCCR) berücksichtigen
Der SCCR gibt den maximalen voraussichtlichen Kurzschlussstrom an, den das SPD bei einem Ausfall sicher verarbeiten kann:
- Der SCCR des SPD muss gleich oder größer sein als der verfügbare Fehlerstrom an seinem Einbauort.
- Dies ist eine obligatorische Sicherheitsanforderung in vielen elektrischen Vorschriften.
- DC-SPDs in Hochspannungs-PV-Anlagen stehen vor großen Herausforderungen bei der Fehlerstrombehandlung
- Einige SPDs benötigen externe Überstromschutzvorrichtungen, um den angegebenen SCCR-Wert zu erreichen.
6. Bestimmen der optimalen SPD-Platzierung
Die strategische Platzierung von SPDs ist entscheidend für einen wirksamen Schutz der Solaranlage:
Richtlinien für die Platzierung auf der DC-Seite:
Die "<10-Meter-Regel" ist in der Branche weit verbreitet:
- Wenn die Länge des DC-Kabels weniger als 10 Meter beträgt: Ein einziger Satz SPDs am DC-Eingang des Wechselrichters ist im Allgemeinen ausreichend.
- Wenn die Länge des DC-Kabels mehr als 10 Meter beträgt: Installieren Sie zwei Sätze SPDs - einen in der Nähe des PV-Generators (in Combiner-Boxen) und einen weiteren am Wechselrichtereingang
Bei größeren Systemen sollten Sie den Schutz an diesen Schlüsselstellen in Betracht ziehen:
- Array-Ebene: Installation von SPDs an Combiner Boxen für verteilte Arrays
- DC-Eingang des Wechselrichters: SPDs unmittelbar vor den DC-Eingängen des Wechselrichters installieren
- String-Ebene: Bei Systemen mit mehreren Strings ist ein Schutz auf Stringebene zu erwägen
AC Seite Platzierung:
- Netzverknüpfungspunkt: Primärschutz an der Hauptverteilerschalttafel
- AC-Ausgang des Wechselrichters: Sekundärer Schutz in der Nähe des Wechselrichters
- Verteilertafeln: Zusätzlicher Schutz an Unterverteilern für größere Systeme
Berücksichtigen Sie auch den Schutz von Kommunikations- und Überwachungssystemen, die oft sehr empfindlich auf Überspannungen reagieren.
7. Überprüfung der Einhaltung einschlägiger Normen
Vergewissern Sie sich, dass die von Ihnen ausgewählten SPDs den geltenden Normen entsprechen:
- IEC 61643-31: Norm speziell für SPDs in photovoltaischen Anwendungen
- IEC 61643-32: Auswahl- und Anwendungsgrundsätze für PV-SPDs
- UL 1449: Sicherheitsstandard für SPDs in Nordamerika
- Reihe IEC 62305: Normen für Blitzschutzsysteme
- NEC Artikel 690.7(C): Anforderungen des National Electrical Code
Produkte, die der UL 1449 mit der Bezeichnung Typ 1 oder Typ 2 entsprechen, werden in Nordamerika allgemein für PV-Anwendungen akzeptiert.
8. Bewertung des Einflusses des äußeren Blitzschutzes
Wenn Ihr Gebäude über ein äußeres Blitzschutzsystem (LPS) verfügt, müssen Sie den "Trennungsabstand 's'" zwischen diesem und Ihrer PV-Anlage berücksichtigen:
- Wenn der Trennungsabstand eingehalten werden kann: Typ 2 SPDs können ausreichend sein
- Wenn der Trennungsabstand nicht eingehalten werden kann: Typ 1 SPDs werden obligatorisch
Dies ist eine grundlegende Überlegung, die sich erheblich auf Ihre SPD-Auswahlstrategie auswirkt.
9. Verstehen Sie die Erdungskonfiguration Ihres Systems
Unterschiedliche Erdungskonfigurationen erfordern spezifische SPD-Anschlussschemata:
Gleichstromseitige Konfigurationen:
- Funktionell geerdet: Ein DC-Pol ist mit der Erde verbunden
- Hochohmig geerdet: Gleichstrompol über Widerstand mit Erde verbunden
- Ungeerdet/schwebend: Keiner der beiden Pole ist direkt mit der Erde verbunden
AC-Seiten-Konfigurationen:
- TN-C, TN-S, TN-C-S Systeme
- TT-Systeme
- IT-Systeme
Jede Konfiguration erfordert ein spezifisches SPD-Anschlussschema, um einen wirksamen Schutz zu gewährleisten. So benötigen ungeerdete (IT-)PV-Systeme für einen umfassenden Schutz häufig SPDs mit "Y-Konfigurationen".
Bewährte Installationspraktiken für optimale SPD-Leistung
Minimieren Sie die Länge der Anschlusskabel
Die physische Verkabelung eines SPD hat einen entscheidenden Einfluss auf seine Leistung:
- Halten Sie die Verbindungsleitungen so kurz wie unbedingt möglich
- Die ideale Gesamtleitungslänge sollte weniger als 0,5 Meter betragen.
- Die Gesamtlänge der Verbindung darf 1 Meter nicht überschreiten.
- Vermeiden Sie scharfe Biegungen in Leitern, da sie die Induktivität erhöhen.
Bei schnell ansteigenden Stoßströmen entwickeln selbst kurze Anschlussdrähte einen erheblichen induktiven Spannungsabfall. Dies trägt direkt zur Klemmspannung des SPDs bei und kann den Schutz beeinträchtigen.
Richtige Leiterdimensionierung sicherstellen
- Bei SPDs des Typs 2 sind für die Schutzleiteranschlüsse mindestens 6 mm² Kupferleiter zu verwenden.
- Für SPDs des Typs 1 sind für Schutzleiteranschlüsse 16 mm² Kupfer oder mehr zu verwenden.
- Stromführende Leiter sollten mindestens so groß sein wie die Systemverkabelung, wenn nicht sogar größer
- Beachten Sie stets die Empfehlungen des Herstellers und die einschlägigen Normen
Geeignete Kabelführung
- Verlegung von AC-, DC- und Datenkabeln zusammen mit den zugehörigen Potenzialausgleichsleitern
- Dadurch wird die Fläche der durch die Verdrahtung gebildeten Schleifen reduziert und die induzierten Überspannungen minimiert.
- Schaffen Sie gekennzeichnete Kabelwege, die die Exposition gegenüber elektromagnetischen Störungen minimieren
Wartungsanforderungen für langfristigen Schutz
Auch die besten SPDs haben eine begrenzte Lebensdauer:
- Die meisten Qualitäts-SPDs haben unter normalen Bedingungen eine erwartete Lebensdauer von 10-15 Jahren.
- Visuelle Indikatoren sollten regelmäßig auf Anzeichen einer SPD-Aktivierung oder eines Ausfalls überprüft werden.
- Wählen Sie für kritische Installationen SPDs mit Fernüberwachungsmöglichkeiten
- Ersetzen Sie SPDs nach größeren Überspannungsereignissen, auch wenn keine äußeren Schäden sichtbar sind.
- Aufstellung regelmäßiger Inspektionspläne, insbesondere vor Stürmen
Häufige Fehler bei der SPD-Auswahl zu vermeiden
Vermeiden Sie diese häufigen Fehler bei der Auswahl des Überspannungsschutzes für Ihre Solaranlage:
- Unterdimensionierter Schutz: Auswahl von SPDs mit unzureichender Energieaufnahmekapazität
- Ignorieren der thermischen Leistung: Hohe Temperaturen in Außengehäusen werden nicht berücksichtigt
- Übersehene Koordination: Einbau von nicht aufeinander abgestimmten SPDs, die die Energieabgabe nicht richtig koordinieren
- Unvollständiger Schutz: Schutz nur der DC- oder AC-Seite, so dass Schwachstellen bestehen bleiben
- Verwendung von AC-SPDs für den Gleichstromschutz: AC- und DC-SPDs sind aufgrund ihrer unterschiedlichen Lichtbogenlöschfähigkeit NICHT austauschbar.
- Kompromisse bei der Qualität: Die Wahl der billigsten Option anstelle von ordnungsgemäß zertifizierten Geräten
- Unsachgemäße Erdung: Installation selbst der besten SPDs mit unzureichender Erdung
- Fehlende Anzeigen: Auswahl von Geräten ohne Statusanzeigen, was die Wartung erschwert
Schlussfolgerung: Schützen Sie Ihre Solarinvestition
Die Auswahl des richtigen SPD für Ihr Solarsystem erfordert eine sorgfältige Prüfung der Systemeigenschaften, der Umgebungsfaktoren und der Schutzanforderungen. Wenn Sie Ihre Bedürfnisse richtig einschätzen und eine koordinierte Schutzstrategie umsetzen, können Sie das Risiko überspannungsbedingter Schäden erheblich reduzieren.
Erinnern Sie sich an diese wichtigen Erkenntnisse:
- Wählen Sie SPDs, die speziell für Photovoltaik-Anwendungen konzipiert und ausgelegt sind.
- Anpassung der Spannungswerte an die Anforderungen Ihres Systems
- Schutz sowohl auf der DC- als auch auf der AC-Seite implementieren
- Auswahl geeigneter Schutzniveaus je nach geografischem Blitzschlagrisiko
- Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Installation gemäß den Herstellerrichtlinien
- Wartung und Austausch von SPDs gemäß den empfohlenen Zeitplänen
Die relativ geringe Investition in einen hochwertigen Überspannungsschutz kann Tausende von Dollar an potenziellen Schäden und Systemausfallzeiten verhindern. Gehen Sie keine Kompromisse ein, wenn es um den Schutz Ihrer Solaranlage geht - es ist ein wesentlicher Bestandteil, um sicherzustellen, dass sich Ihre Investition in erneuerbare Energien über Jahrzehnte hinweg auszahlt.
