Sicherer Betrieb von Photovoltaik-Anlagen

Isolierstrecken reagieren auf Teilentladungstests mit AC-Spannung völlig anders, als auf Teilentladungstests mit DC-Spannung. Die Isolierdicke, Klemmenabmessungen oder andere physikalische Eigenschaften erlauben somit einzeln betrachtet keinen Rückschluss darauf, ob die Reihenklemme für 1.000V-DC-Anwendungen tauglich ist oder nicht. Bei DC-Anwendungen muss die Kombination der Eigenschaften von Reihenklemmen betrachtet werden, denn erst sie qualifiziert Reihenklemmen für einen zuverlässigen Einsatz.
Zur Erzielung höherer Systemspannungen werden bei der Installation von Photovoltaikmodulen einzelne Panels in Reihe zu sogenannten ‚Strings‘ geschaltet. Für diese Anwendung unterzieht Weidmüller Reihenklemmen für 1.000VDC einem Teilentladungstest mit DC-Spannung. Diese zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Isolationsstrecken erlaubt die Erkennung von mikroskopischen Entladungen, die sich in einer Anwendung über Tage, Wochen oder gar erst Jahre hinweg durch eine Isolationsstrecke ‚fressen‘ können und schließlich zu einem Isolationsschaden führen. Klassische Isolationsprüfungen können die sehr energiearmen Entladungen nicht feststellen. Nur Reihenklemmen mit bestandener Teilentladungsprüfung und somit erwiesener Langzeitstabilität eignen sich für die problemlose Verwendung in Photovoltaikanlagen und bei jeglichen DC-Anwendungen im Schaltschrank.

Teilentladungstest mit DC-Spannung

Um die Bemessungsdaten von Reihenklemmen zu ermitteln, konzentrierten sich deren Hersteller in der Vergangenheit auf die Auslegung der Luft- und Kriechstrecken. Aufgrund interner, erhöhter Qualitätsstandards führte Weidmüller bei seinen Reihenklemmen bereits einen AC-Teilentladungstest durch. Als erster Hersteller geht Weidmüller jetzt noch einen Schritt weiter und führt einen Teilentladungstest mit DC-Spannung durch. Die Teilentladungsprüfung gilt als zuverlässiges Verfahren zum Nachweis der dauerhaften Qualität und Sicherheit eines Isolationssystems. Sie wird überall dort eingesetzt, wo bestimmte Isolationsstrecken besonderen Qualitätsanforderungen genügen müssen. Die Maßeinheit für die Teilentladung ist Coloumb [C] (1 C entspricht 1As). Die üblichen Messwerte für die Teilentladungen liegen zwischen 1 und 10.000pC.

Etwaige Folgen vermeiden

Weidmüller testet jeden einzelnen Klemmentyp auf seine Eignung für 1.000V-DC-Anwendungen, wie sie unter anderem in Photovoltaikanlagen zu finden sind. Falls in diesen Anlagen eine falsche Reihenklemme zum Einsatz kommt, kann das fatale Folgen nach sich ziehen. Als Beispiel folgendes Szenario: Bei einer nicht qualifizierten Reihenklemme kann aufgrund von Materialermüdung Wärme und schließlich ein Lichtbogen entstehen. Die Isolation ist nicht mehr gegeben. Ein Kurzschluss ist die Folge. Da das Photovoltaikmodul kontinuierlich weiterarbeitet, bleibt der Kurzschluss bestehen und es kann zum Abbrennen des gesamten Moduls kommen. Denn eine Sicherung befindet sich in der Regel nicht vor den Stringklemmen. Für einen sicheren Betrieb der Photovoltaik-Anlage sind zwei Faktoren entscheidend, die richtigen Reihenklemmen sowie deren Anordnung, sprich Aufbau der Klemmenleiste. Die eingesetzte Klemmleiste sammelt die verschiedenen PV-Stränge pro Potenzial, das heißt der eine Reihenklemmenblock sammelt ‚Plus‘ und der andere Reihenklemmenblock ‚Minus‘. Jeder Reihenklemmenblock besteht beispielsweise aus einer 35mm²- und zweimal fünf 6mm²-Reihenklemmen, gebrückt mit Querverbindungen. Die 6mm²-Klemmen verbinden die ‚Strings‘, die 35mm²-Klemme stellt die Verbindung zu den Umrichtern dar. Die Trennung zwischen den ‚Plus‘-/’Minus‘-Reihenklemmenblöcken wird mit einem 8mm breiten Endwinkel realisiert. Dadurch besteht keine Gefahr der Teilentladung, denn der Endwinkel sorgt mit seiner Breite für ein geringeres elektrisches Feld. Kommt anstelle des Endwinkels eine Abschlussplatte oder Trennwand zum Einsatz, so ist das nicht ausreichend. Eine Teilentladung ist möglich. Der Abstand von der Hutschiene zu den stromführenden Teilen einer Reihenklemme ist bei dieser Anwendung unkritisch. Die kritische Stelle ist das Anreihen der Klemmen nebeneinander, hier kann es zu Teilentladungen kommen. Deshalb sind hier die von Weidmüller für 1.000VDC freigegebenen Klemmen einzusetzen. Werden hingegen die Stränge in Reihenklemmenblöcken zusammengefasst, dann können Reihenklemmen mit weniger als 1.000VDC für diese Anordnung freigegeben werden. In PV-Anlagen gibt es verschiedene Anlagenteile in denen Reihenklemmen ihren Einsatz finden – es sind ‚DC- und AC-Anlagenteile‘. Die seriell und parallel installierten PV-Panels werden zu ‚Strings‘ zusammengeschaltet – DC-Anlagenteil. Wechselrichter haben eine DC- und AC-Seite – denn das öffentliche Versorgungsnetz verlangt AC. Verschiedene Absicherungen und Messeinrichtungen erfordern AC oder DC. Deshalb sind bei der Auswahl der Reihenklemme der Einsatzort und die dort herrschenden Bedingungen entscheidend. Die Grundüberlegung ist: Sind 1.000VDC zur Nachbarklemme erforderlich oder nicht? Oder ausschließlich zur Tragschiene?

Intersolar Europe 2011: Halle C3, Stand 235