Sicherungsschutz für PV-Strings und -Arrays: Anwendungskontext und Überprüfung

Dieser Anwendungsleitfaden erläutert, was an den Positionen der Stränge und Arrays zu überprüfen ist. Er schreibt keine bestimmte Sicherungsstärke vor und behauptet auch nicht, dass jede PV-Anlage dieselbe Schutzkonfiguration benötigt. Die endgültige Auslegung richtet sich nach den genauen Moduldaten, den Anweisungen des Wechselrichters, den Standortbedingungen und den geltenden elektrischen Vorschriften.

Die Architektur der PV-Anlage abbilden

Zeichnen Sie jeden Strang, den Kombinierer, den Array-Ausgang und den nachgeschalteten Wechselrichter bzw. die Gleichstromausrüstung ein. Kennzeichnen Sie die Anzahl der parallel geschalteten Stränge sowie alle alternativen Pfade, über die ein fehlerhafter Strang zurückgespeist werden kann. Die Notwendigkeit eines Strang-Überstromschutzes hängt von den verfügbaren Rückströmen und den Grenzwerten der Geräte ab und nicht allein davon, dass es sich um einen Solarstromkreis handelt.

Geben Sie die Moduldaten an, darunter den Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung und die maximale Nennleistung der Reihensicherung oder andere vom Hersteller angegebene Grenzwerte, sofern diese angegeben sind. Halten Sie die Revisionsnummer der Moduldokumentation in der Konstruktionsdatei fest. Eine Anlage mit einem Strang verhält sich anders als ein Kombinator mit mehreren Strängen, da andere Stränge zu einem Fehler beitragen können.

Halten Sie fest, wie die Stränge in die Kombinationskästen einmünden, ob gemäß der Anlagenplanung beide Polaritäten geschützt werden müssen und wie die Erdungsanordnung aussieht. Übernehmen Sie die Anordnung der Sicherungen aus einem anderen Projekt nicht, ohne zuvor dessen Topologie zu überprüfen. Eine Änderung der Anzahl der parallel geschalteten Stränge kann den verfügbaren Rückstrom verändern und erfordert eine Überprüfung.

Unterscheidung zwischen Zeichenfolgen- und Array-Positionen

Eine Sicherungsposition im Strang schützt entsprechend der Systemauslegung einen Zweig innerhalb des Parallelnetzes. Eine Sicherungsposition am Array-Ausgang befindet sich näher am kombinierten Ausgang und kann einen anderen Nennstrom sowie eine andere Fehlerbelastbarkeit aufweisen. Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass dasselbe Sicherungselement für beide Positionen geeignet ist, ohne dass die Strom-, Spannungs- und Unterbrechungsdaten abgeglichen wurden.

Verwenden Sie eine standortspezifische Tabelle: Schaltkreisbezeichnung, Nennstrom, Höchstspannung, voraussichtlicher Fehlerstrom, Leiterquerschnitt, Halterung und Betriebsbedingungen. Aus der Tabelle geht hervor, ob die vorgeschlagene Verbindung zu einem Strang, einem kombinierten Ausgang oder einem Hilfs-Gleichstromkreis gehört. Die Seiten der Anbieter können dann anhand der richtigen Position bewertet werden.

Die Norm IEC 60269-6 befasst sich mit Sicherungselementen zum Schutz von PV-Strängen und -Anlagen. Ihr Geltungsbereich bestätigt, dass für den PV-Schutz zusätzliche Anforderungen gelten, legt jedoch nicht fest, dass ein bestimmter RITOKS-Bestellcode eine bestimmte Nennleistung oder Zertifizierung aufweist. Fordern Sie das genaue Datenblatt des Sicherungselements an.

Maximale Gleichspannung vor Ort prüfen

Die Leerlaufspannung eines PV-Strings hängt von der Temperatur und der Konfiguration ab. Der Planer sollte die maximal relevante Anlagenspannung für den Standort berechnen und diese mit den genauen Gleichstromnennwerten der Sicherungselemente und -halter vergleichen. Die Nennspannung des Moduls oder die Betriebsspannung des Wechselrichters reicht hierfür nicht aus.

Stellen Sie sicher, dass die gesamte Baugruppe für das System ausgelegt ist: Sicherungselement, Halterung, Anschlüsse, Leiterisolierung und Gehäuse. Ein Sicherungselement mit hoher Gleichspannungsfestigkeit macht eine unzureichend ausgelegte Halterung nicht leistungsfähiger. Kombinieren Sie Komponenten nicht allein aufgrund der Abmessungen der Patronen.

Erkundigen Sie sich, ob die Produktzulassung für die vorgesehene Polarität und die Installationsbedingungen gilt. Beziehen Sie sich für die genaue Kombination aus Zwischenkreis und Halterung auf die Herstellerangaben. Eine generische Wechselstromsicherung gleicher Größe kann ohne entsprechende Nachweise keinen für PV-Anlagen zugelassenen Gleichstrom-Zwischenkreis ersetzen.

Aktiven- und Unterbrechungsbetrieb getrennt prüfen

Geben Sie den maximalen Dauerstrom an, den die Sicherung im eingebauten Gehäuse führen kann, sowie den voraussichtlichen Fehlerstrom, den sie unterbrechen muss. Bei der Auswahl der Sicherung müssen zudem die Grenzwerte des zu schützenden Moduls oder Leiters berücksichtigt werden. Diese Einschränkungen können in unterschiedliche Richtungen wirken: Eine höhere Nennstromstärke kann Fehlauslösungen vermeiden, führt jedoch zu einem geringeren Schutz der Geräte.

PV-Quellen können Fehlerströme mit anderen Eigenschaften liefern als eine herkömmliche Wechselstromquelle. Fragen Sie nach Anwendungsbeispielen für gPV und nach Nachweisen zur Unterbrechungsleistung, die für das jeweilige System relevant sind. Eine Angabe zur hohen Unterbrechungsleistung sagt nichts über das Verhalten der Sicherung bei niedrigeren Fehlerströmen oder unter den genauen Gleichspannungs- und thermischen Bedingungen aus.

Erfassen Sie die Temperatur im Anschlusskasten sowie etwaige Leistungsreduzierungen aufgrund von Gruppierungen oder benachbarten Geräten. Die Dauerstrombelastbarkeit kann durch die Umgebungstemperatur und die Kontaktqualität der Halterung beeinflusst werden. Bei der endgültigen Auslegung sollten die Anweisungen für die Verbindungselemente und Halterungen beachtet werden, anstatt davon auszugehen, dass sich die im Labor ermittelten Nennwerte unverändert auf ein dicht bestücktes Außengehäuse übertragen lassen.

Behandeln Sie den Sicherungselement und den Halter als eine Baugruppe

Stimmen Sie die physikalischen Abmessungen, den Strombereich, die Gleichspannung, die Anschlüsse und die thermischen Anforderungen auf die jeweilige Sicherungselement und den entsprechenden Halter ab. Eine Patrone, die mechanisch passt, kann dennoch eine nicht zugelassene Kombination darstellen. Bitten Sie den Hersteller um eine Bestätigung der Kompatibilität sowie um Informationen zu etwaigen Einschränkungen bei Einbau oder Austausch.

Überlegen Sie, wie das Wartungspersonal eine durchgebrannte Sicherung erkennen und austauschen kann. Beschriften Sie die Positionen der Sicherungsstränge, halten Sie Ersatz-Bestellcodes in der Schalttafelakte bereit und legen Sie ein Verfahren zur sicheren Abschaltung fest. Ein Sicherungshalter ist nicht automatisch ein Lasttrennschalter; überprüfen Sie jede Schaltfunktion separat.

Überprüfen Sie bei der Wartung den Kontaktzustand der Halterung, das Anzugsmoment der Verkabelung und die Dichtheit des Gehäuses. Hitzeschäden oder Korrosion können den Kontaktwiderstand verändern. Wenn nur die Sicherungselement ausgetauscht wird, ohne die beschädigte Halterung zu reparieren, kann die Baugruppe unzuverlässig bleiben.

Ein Anwendungsbericht zu PV-Sicherungen

Jede Überprüfung muss einem genauen Bestellcode zugeordnet sein. Wenn der Wechselrichter- oder Modullieferant eine Schutzbedingung angibt, vergleichen Sie diese mit dem Sicherungsvorschlag und bewahren Sie das Quelldokument auf. Eine ungeklärte Bedingung sollte im Entwurfsüberprüfungsverfahren als offen vermerkt bleiben, anstatt in einen geschätzten Nennwert umgewandelt zu werden.

Wie die RITOKS-Optionen in die Bewertung einfließen

Die Kategorie „Gleichstrom-Sicherungseinsätze“ ist ein Ausgangspunkt. Der 10×38 gPV-Link-Familie, 10×65 gPV-Link-Familie und MGPV-Solar-Sicherungsfamilie stellen kommerzielle Optionen dar, nicht automatisch austauschbare Verbindungs-/Halterungsbaugruppen.

Bitte senden Sie die PV-Einschaltzeichnung, die Moduldaten, die maximale Anlagenspannung, die Fehler- und Stromauswertungen, den Halterplan sowie die Umgebungsbedingungen über RITOKS-Kontakt. Fordern Sie genaue Daten und eine Kompatibilitätsbestätigung an. Der Lieferant kann dann auf eine bestimmte Zeichenfolge oder Array-Position eingehen, anstatt nur eine allgemeine Anfrage nach einer “Solar-Sicherung” zu bearbeiten.

Änderungen über die gesamte Projektlaufzeit hinweg überprüfen

Der PV-Schutz sollte überprüft werden, wenn eine Anlage erweitert, neu verkabelt oder an einen anderen Wechselrichter-Eingang angeschlossen wird. Ein zusätzlicher Parallelzweig verändert die Quellen, die für die Rückspeisung im Fehlerfall zur Verfügung stehen. Ein Ersatzmodul mit anderen Strom- oder Spannungseigenschaften kann eine Berechnung ungültig machen, selbst wenn es in denselben Rahmen passt. Halten Sie die Annahmen fest, die zur ursprünglichen Sicherungsauslegung geführt haben, damit Wartungsteams wissen, welche Änderungen eine Neugestaltung erfordern.

Bitten Sie den Installateur, jeden Eingang des Kombinators zu kennzeichnen und eine Bestands-Einschaltplanzeichnung aufzubewahren. Die Zeichnung sollte den Verbindungs-Bestellcode, den Halter-Bestellcode, die Polaritätsanordnung und den versorgten Stromkreis ausweisen. Wenn die Anlage über mehrere, in Etappen errichtete Arrays verfügt, kennzeichnen Sie diese nach Revisionsnummer; eine allgemeine Beschriftung wie “PV-Sicherung” auf einem Ersatzteilregal reicht nicht aus, um einen Austausch durch ein gleich großes, aber falsch dimensioniertes Bauteil zu verhindern.

Nachdem eine Sicherung ausgelöst hat, muss die Ursache ermittelt werden, bevor eine neue Sicherung eingesetzt wird. Überprüfen Sie die Isolierung der Leiter, die Anschlüsse, die Kontakte des Sicherungshalters und den betroffenen Strang. Eine ausgelöste Sicherung kann auf einen anhaltenden Fehler oder einen beschädigten Sicherungshalter hinweisen. Das Wartungspersonal muss ein vor Ort genehmigtes Verfahren zur Abschaltung und Überprüfung anwenden, da ein PV-Strang bei Tageslicht auch nach dem Ausschalten des Wechselrichters unter Spannung stehen kann.

Fragen zur Beschaffung, die eine präzise Überprüfung gewährleisten

Fordern Sie beim Vergleich von Angeboten die vollständigen, aktuellen Informationen zum Link, den Nachweis über die Gleichstromunterbrechung sowie die entsprechende Normerklärung für die genaue Bestellnummer an. Fragen Sie nach dem Montageblatt für die Gegensteckvorrichtung und nach dem zulässigen Zubehör. Wenn ein Lieferant eine andere Gehäusegröße vorschlägt, verlangen Sie einen überarbeiteten Schaltplan und eine thermische Überprüfung, anstatt den Austausch lediglich als einfache Preisalternative zu betrachten.

Der Ingenieur soll jede vorgeschlagene Austauschmaßnahme anhand des Schaltplans kennzeichnen: Position, Höchstspannung, Nennstrom, zu erwartender Fehler, Umgebungsbedingungen und Grenzwerte der zu schützenden Geräte. Eine Sicherung mit “höherer Nennleistung” ist nicht automatisch besser geeignet. Eine höhere Spannungsfestigkeit löst nicht das Problem des Stromschutzes, und eine höhere Strombelastbarkeit kann den Schutz von Modulen oder Leitern beeinträchtigen.

Bei einem Kombinator für den Außenbereich sind in der Anfrage die Witterungseinflüsse und die Betriebsumgebung des Gehäuses anzugeben. Wassereintritt, UV-Strahlung und Temperaturschwankungen können sich auf den Montage- und Wartungsplan auswirken, auch wenn die Sicherungselement selbst nach elektrischen Kriterien ausgewählt wird. Die Angaben zum Gehäuse und zur Halterung sollten sich auf die tatsächliche Einbausituation beziehen und nicht nur auf eine im Labor getestete Komponente.

Häufig gestellte Fragen

Benötigt jeder PV-Strang eine Sicherung?

Aus dem Begriff “PV” lässt sich keine allgemeingültige Antwort ableiten. Der Bedarf hängt von der Rückspeisung aus parallelen Quellen, den Modulgrenzen und den geltenden Systemvorschriften ab. Prüfen Sie die konkrete Anlagenkonfiguration.

Reicht die Nennspannung einer gPV-Verbindung aus, um die Baugruppe zuzulassen?

Nein. Überprüfen Sie die Halterung, die Verkabelung, das Gehäuse und die genaue Kompatibilität der Verbindung unter den maximalen Gleichspannungs- und Gleichstrombedingungen am Einsatzort.

Kann eine Wechselstromsicherung derselben Größe eine PV-Verbindung ersetzen?

Gehen Sie nicht davon aus. Die Unterbrechung der PV-Gleichstromversorgung und die Anwendungsnachweise müssen für das jeweilige Gerät bestätigt werden.

Fazit

Entscheidungen bezüglich der Sicherungen für PV-Stränge und -Anlagen beginnen mit der Analyse der Netztopologie und der Rückspeisung. Anschließend sind Spannung, Stromstärke, Unterbrechung und Kompatibilität mit den Sicherungshaltern für jede einzelne Position zu überprüfen. Der Name einer Produktfamilie ist bei der Beschaffung hilfreich, doch die Systemstudie bestimmt die Schutzarchitektur.

Literaturverzeichnis

• IEC, IEC 60269-6 – Zusätzliche Anforderungen an PV-Sicherungseinsätze.
• IEC, IEC 62548-1 – Anforderungen an die Auslegung von Photovoltaikanlagen (Bitte überprüfen Sie die geltende Ausgabe und die örtlichen Vorschriften.).