Temperatur-optimierte String Combiner Boxen für 1.500V
Die String Combiner Boxen befinden sich üblicherweise in der Nähe der Solarmodule im Feld. Im Falle des SMA-Testsystems sind sie für Systemspannungen bis 1.500V ausgelegt. Hierzu bedarf es der geeigneten Komponenten sowie entsprechend höherer Abstände zwischen spannungsführenden Teilen, um Isolationsstrecken zu gewährleisten. Die Schaltschränke beinhalten meist eine Gleichstrom-Schalteinrichtung zum Trennen des Solargenerators vom Wechselrichter, ein Monitoring-System zur Überwachung der Stringströme sowie Spannungsableiter zum Schutz der Anlage gegen Überspannungen infolge von z.B. Blitzeinschlägen. Darüber hinaus sind in den heute gängigen String Combiner Boxen meist Hochstrom-Sicherungselemente enthalten, die im Fehlerfall gefährliche Rückströme in die parallel geschalteten PV-Strings unterbinden sollen.
Wärmequellen eliminieren
Die Sicherungen sind auch im Normalbetrieb des Solargenerators stromdurchflossen und weisen eine Verlustleistung in einer Größenordnung von 5W pro Sicherung auf. Diese Verlustleistung geben die Sicherungen in Form von Wärme ab. Zu viel Wärme führt jedoch zur vorzeitigen Alterung oder sogar zu Fehlfunktion oder Ausfall von Komponenten. Dies betrifft im Falle der String Combiner Boxen alle enthaltenen Komponenten – insbesondere auch die Sicherungen selbst, die bei andauernder starker Erwärmung degradieren. Dies hat zur Folge, dass nach einigen Monaten bis wenigen Jahren Sicherungen ausgetauscht werden müssen. Der daraus resultierende Service-Aufwand für den Betreiber eines Solarparks ist hoch und erzeugt erhebliche Kosten. Um eine Überhitzung in den String Combiner Boxen zu vermeiden, sind verschiedene Maßnahmen vorstellbar. So sollte z.B. der Abstand der bis zu 64 Sicherungen pro Box so groß gewählt werden, dass die gegenseitige thermische Beeinflussung gering bleibt. Um die Wärmelast aus der String Combiner Box abzuführen, kann aktiv gelüftet werden. Dies erfordert jedoch höhere Investitionen in die Lüfter und birgt zusätzliche Ausfallrisiken durch bewegte Teile. Außerdem sind Öffnungen in der äußeren Hülle der Boxen erforderlich. Alternativ kann das Volumen und die Oberfläche der Box möglichst groß gewählt werden, um das Abführen der Wärme durch Konvektion zu begünstigen. Mit dem Volumen des Schaltschrankes steigen jedoch auch dessen Kosten erheblich.
Inline-String-Sicherung mit gutem Kosten-Nutzen-Verhältnis
Eine technisch und wirtschaftlich attraktive Alternative liegt darin, die Sicherungen nach außen zu verlagern – also in den String-Anschluss außerhalb der String Combiner Box. Hier spricht man auch von einer Inline-String-Sicherung. „Damit können wir die String Combiner Box in ihrer Baugröße drastisch verkleinern“, so Pressel. „Neben den reinen Investitionskosten, die sich bei Anschlusskästen für 32 Strings um dreistellige Eurobeträge verringern lassen, fällt ein weiterer Vorteil ins Gewicht: Die Boxen werden so leicht, dass sie von zwei Personen ohne Hilfsmittel gehandhabt und installiert werden können.“ Im laufenden Betrieb ist es zudem von Vorteil, dass die außen angebrachten Sicherungen ihre Abwärme optimal und ungehindert an die Umgebung abgeben und somit nicht vorzeitig altern. „Sollte infolge eines Fehlerfalls trotzdem eine Sicherung getauscht werden müssen, ist der Zugang für den Service-Techniker denkbar einfach“, so Pressel, „das Monitoring-System zeigt den Fehlerort und die betroffene Sicherung an, und für den Austausch muss der Schaltschrank noch nicht einmal geöffnet werden.“
