Attachments:

eaton-bussmann-series-dc-fuses-catalog-ca135009en-us.pdf

[Eaton Bussmann PV Sicherungen]

0 kB

Was ist eine Solarsicherung? Ein umfassender Leitfaden zu PV-Sicherungen, Funktionen und Einsatzbereichen

Einleitung

Solarenergie gewinnt zunehmend an Bedeutung. Immer mehr Privathaushalte und Unternehmen setzen auf Photovoltaikanlagen, um ihre Stromkosten zu senken und eine nachhaltigere Energieversorgung zu ermöglichen. Damit eine Solaranlage sicher und zuverlässig funktioniert, müssen jedoch alle elektrischen Komponenten ausreichend geschützt sein. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Solarsicherung.

Doch was ist eine Solarsicherung, wie funktioniert sie und warum ist sie für Photovoltaikanlagen so wichtig?

Eine Solarsicherung, auch PV-Sicherung oder Photovoltaik-Sicherung genannt, ist eine spezielle elektrische Schutzeinrichtung, die Solarmodule, Leitungen, Wechselrichter und weitere Anlagenkomponenten vor Überströmen schützt. Bei einem Fehler unterbricht sie den Stromkreis und hilft dadurch, elektrische Schäden, Überhitzung und mögliche Brandgefahren zu vermeiden.

In diesem Ratgeber erfahren Sie alles Wichtige über Solarsicherungen: von ihrer Funktionsweise und den verschiedenen Bauarten über wichtige technische Kennwerte bis hin zur richtigen Auswahl und Anwendung.

Was ist eine Solarsicherung?

Eine Solarsicherung ist eine elektrische Überstromschutzeinrichtung, die speziell für den Einsatz in Photovoltaikanlagen entwickelt wurde.

Ihre Hauptaufgabe besteht darin, elektrische Stromkreise vor zu hohen Stromstärken zu schützen. Solche Überströme können beispielsweise durch Kurzschlüsse, defekte Komponenten oder Rückströme aus parallel geschalteten PV-Strings entstehen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Sicherungen sind PV-Sicherungen für die besonderen elektrischen Eigenschaften von Photovoltaikanlagen ausgelegt. Besonders wichtig ist dabei, dass Solarmodule Gleichstrom (DC) erzeugen.

Bei Gleichstrom gibt es im Gegensatz zu Wechselstrom keine regelmäßigen Nulldurchgänge. Dadurch ist es schwieriger, einen entstehenden Lichtbogen sicher zu löschen. Deshalb benötigen Photovoltaikanlagen Sicherungen mit geeigneten Gleichspannungs- und Ausschaltvermögen.

Solarsicherungen werden unter anderem in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Photovoltaik-Stringleitungen

• PV-Generatoranschlusskästen

• DC-Sammelboxen und Verteilersystemen

• Gleichstromeingängen von Wechselrichtern

• Batteriespeichersystemen

• Gewerblichen und industriellen Photovoltaikanlagen

• Großen Solarparks

Wie funktioniert eine Solarsicherung?

Eine Solarsicherung funktioniert nach einem einfachen, aber wirkungsvollen Prinzip: Sie unterbricht den Stromkreis, sobald die Stromstärke unter bestimmten Bedingungen einen festgelegten Wert überschreitet.

Im Inneren der Sicherung befindet sich ein speziell entwickelter Schmelzleiter. Fließt ein zu hoher Strom, entsteht Wärme. Wird die zulässige Belastung überschritten, schmilzt der Schmelzleiter und unterbricht dadurch die elektrische Verbindung.

Der Funktionsablauf lässt sich in vier Schritte unterteilen:

1. Normaler Betrieb

Im normalen Betriebszustand fließt der Strom durch die Solarsicherung. Der Schmelzleiter bleibt intakt und die Photovoltaikanlage kann wie vorgesehen arbeiten.

2. Auftreten eines Überstroms

Durch einen Kurzschluss, einen Anlagenfehler oder einen Rückstrom aus anderen parallel geschalteten PV-Strings kann die Stromstärke über den zulässigen Wert steigen.

3. Schmelzen des Sicherungselements

Der erhöhte Stromfluss erzeugt Wärme im Schmelzleiter. Wird dessen festgelegte Belastungsgrenze erreicht, schmilzt das Sicherungselement.

4. Unterbrechung des Stromkreises

Die Sicherung trennt den fehlerhaften Stromkreis und verhindert dadurch, dass weiterhin ein gefährlich hoher Strom fließt. So können Schäden an Leitungen und elektrischen Komponenten reduziert werden.

Nach dem Auslösen kann eine herkömmliche Schmelzsicherung normalerweise nicht zurückgesetzt werden. Sie muss durch eine neue Sicherung mit den passenden technischen Eigenschaften ersetzt werden. Zuvor muss die Ursache des Fehlers festgestellt und behoben werden.

Warum sind Solarsicherungen in Photovoltaikanlagen wichtig?

Solarsicherungen tragen wesentlich zur elektrischen Sicherheit und Zuverlässigkeit von Photovoltaikanlagen bei.

Zu ihren wichtigsten Vorteilen gehören:

1. Schutz vor Überströmen

Die wichtigste Aufgabe einer Solarsicherung ist der Schutz elektrischer Stromkreise vor zu hohen Stromstärken. Sie unterbricht gefährliche Überströme, bevor diese größere Schäden an Anlagenkomponenten verursachen können.

2. Schutz vor Rückströmen

In Photovoltaikanlagen mit mehreren parallel geschalteten Strings kann bei einem Fehler ein Rückstrom aus den anderen Strings in den beschädigten Stromkreis fließen.

Dieser Rückstrom kann Solarmodule, Leitungen und elektrische Verbindungen beschädigen. Richtig dimensionierte PV-Strangsicherungen schützen die betroffenen Stromkreise vor solchen Belastungen.

3. Verringerung der Brandgefahr

Zu hohe Stromstärken können elektrische Leitungen und Bauteile stark erhitzen. Durch die Unterbrechung von Fehlerströmen helfen Solarsicherungen, Überhitzung, Schäden an Isolierungen und mögliche elektrische Brände zu vermeiden.

4. Schutz elektrischer Anlagenkomponenten

Solarsicherungen schützen wichtige Bestandteile einer Photovoltaikanlage, darunter Solarmodule, DC-Leitungen, Anschlusskästen und Wechselrichter, vor potenziell schädlichen Überströmen.

5. Höhere Anlagenzuverlässigkeit

Durch die gezielte Abschaltung fehlerhafter Stromkreise können Solarsicherungen dazu beitragen, dass elektrische Probleme nicht auf andere Bereiche der Photovoltaikanlage übergreifen.

Welche Arten von Solarsicherungen gibt es?

Solarsicherungen sind in unterschiedlichen Bauformen, Größen und elektrischen Nennwerten erhältlich. Sie werden entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Photovoltaikanlage ausgewählt.

Zu den wichtigsten Bauarten gehören:

1. Zylindrische PV-Sicherungen

Zylindrische Photovoltaik-Sicherungen gehören zu den häufig eingesetzten Sicherungstypen in Solarstromanlagen.

Sie werden insbesondere in PV-Stringkreisen und Generatoranschlusskästen verwendet. Durch ihre kompakte Bauweise lassen sie sich platzsparend in geeignete Sicherungshalter einsetzen.

Typische Baugrößen sind beispielsweise:

• 10 × 38 mm

• 10 × 57 mm

• 10 × 85 mm

• 14 × 51 mm

• 14 × 65 mm

• 22 × 58 mm

Die passende Größe hängt von der Anlagenkonfiguration und dem verwendeten Sicherungshalter ab.

2. gPV-Sicherungen

gPV-Sicherungen sind speziell für den Schutz von Photovoltaikanlagen entwickelte Sicherungseinsätze.

Sie sind für die besonderen Anforderungen von PV-Gleichstromkreisen ausgelegt und bieten Schutz gegen Überströme, einschließlich bestimmter Rückstrombedingungen.

Ihre Eigenschaften werden durch die Norm IEC 60269-6 für Photovoltaik-Sicherungseinsätze berücksichtigt.

gPV-Sicherungen werden häufig in Stringleitungen, Generatoranschlusskästen und größeren PV-Anlagen eingesetzt.

3. NH- und Messersicherungen für Photovoltaikanlagen

NH-Sicherungen beziehungsweise Messersicherungen werden vor allem in größeren Photovoltaikanlagen eingesetzt.

Geeignete PV-Ausführungen sind für höhere Stromstärken und entsprechende Gleichspannungsanwendungen konzipiert. Sie kommen beispielsweise in DC-Verteilungssystemen und großen Photovoltaikanlagen zum Einsatz.

Wichtig ist, dass die jeweilige Sicherung ausdrücklich für den vorgesehenen Gleichstrombetrieb geeignet ist.

4. Sicherungen für höhere Stromstärken

In gewerblichen und industriellen Photovoltaikanlagen können Sicherungen mit höheren Nennströmen erforderlich sein.

Je nach Anlagenkonzept kommen hierfür geeignete NH-PV-Sicherungen oder andere DC-Sicherungssysteme infrage.

Entscheidend ist nicht allein die Bauform, sondern dass Spannung, Nennstrom und Ausschaltvermögen den Anforderungen des jeweiligen Stromkreises entsprechen.

Welche technischen Kennwerte sind bei Solarsicherungen wichtig?

Bei der Auswahl einer geeigneten Solarsicherung müssen verschiedene elektrische und mechanische Eigenschaften berücksichtigt werden.

1. Bemessungsspannung

Die Bemessungsspannung gibt an, bis zu welcher Spannung die Sicherung unter den festgelegten Betriebsbedingungen sicher eingesetzt werden kann.

PV-Sicherungen sind unter anderem für folgende Gleichspannungsbereiche erhältlich:

• 600 V DC

• 1.000 V DC

• 1.500 V DC

Die Bemessungsspannung der Sicherung muss mindestens der maximal möglichen Gleichspannung des zu schützenden Stromkreises entsprechen.

Dabei ist insbesondere die temperaturabhängige Veränderung der Leerlaufspannung der Solarmodule zu berücksichtigen.

2. Bemessungsstrom

Der Bemessungsstrom wird in Ampere (A) angegeben. Er beschreibt den Stromwert, für den eine Sicherung unter festgelegten Bedingungen ausgelegt ist.

Die richtige Stromstärke hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:

• Kurzschlussstrom der Solarmodule

• Anzahl der parallel geschalteten PV-Strings

• Zulässiger Rückstrom der Solarmodule

• Belastbarkeit der Leitungen

• Umgebungstemperatur

• Anforderungen der jeweiligen Anlagenplanung

Die Sicherung muss so dimensioniert werden, dass sie im Normalbetrieb zuverlässig arbeitet und gleichzeitig einen ausreichenden Schutz bei Fehlerströmen gewährleistet.

3. Ausschaltvermögen

Das Ausschaltvermögen beschreibt den maximalen Fehlerstrom, den eine Sicherung bei ihrer angegebenen Spannung sicher unterbrechen kann.

Dieser Wert ist bei Photovoltaikanlagen besonders wichtig, da mehrere parallel geschaltete Strings im Fehlerfall zusätzliche Ströme liefern können.

Das Ausschaltvermögen der Sicherung muss daher mindestens dem maximal möglichen Fehlerstrom des jeweiligen Stromkreises entsprechen.

4. Baugröße

Die Baugröße beschreibt die mechanischen Abmessungen der Sicherung.

Sie bestimmt, ob der Sicherungseinsatz in den vorgesehenen Sicherungshalter passt.

Vor dem Einbau müssen deshalb sowohl die Abmessungen als auch die elektrische Kompatibilität überprüft werden.

Wie wählt man die richtige Solarsicherung aus?

Die Auswahl der passenden Solarsicherung ist entscheidend für die Sicherheit und den zuverlässigen Betrieb einer Photovoltaikanlage.

Folgende Faktoren sollten berücksichtigt werden:

1. Systemspannung ermitteln

Zunächst muss die maximale Gleichspannung des Photovoltaikstromkreises bestimmt werden. Dabei ist insbesondere die maximale Leerlaufspannung bei niedrigen Temperaturen zu berücksichtigen.

Die Bemessungsspannung der Sicherung muss für diese Spannung geeignet sein.

2. Richtigen Bemessungsstrom bestimmen

Bei der Dimensionierung müssen der Kurzschlussstrom (Isc) der Solarmodule, die Anzahl parallel geschalteter Strings und die geltenden Auslegungsanforderungen berücksichtigt werden.

Der Bemessungsstrom darf weder zu niedrig noch zu hoch gewählt werden. Er muss einen zuverlässigen Schutz gewährleisten, ohne bei normalen Betriebsbedingungen unnötig auszulösen.

3. Ausschaltvermögen überprüfen

Die Sicherung muss in der Lage sein, den maximal möglichen Fehlerstrom des Stromkreises sicher zu unterbrechen.

4. Geeigneten Sicherungstyp auswählen

Es sollten ausschließlich Sicherungen verwendet werden, die ausdrücklich für den jeweiligen Photovoltaik-Gleichstromkreis zugelassen und geeignet sind.

Eine herkömmliche Wechselstromsicherung ist nicht automatisch für Gleichstromanwendungen geeignet.

5. Umgebungstemperatur berücksichtigen

Photovoltaikanlagen sind häufig hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Hohe Umgebungstemperaturen und die Anordnung mehrerer Sicherungen nebeneinander können die Belastbarkeit beeinflussen.

Deshalb müssen die entsprechenden Temperatur- und Reduktionsfaktoren bei der Auswahl berücksichtigt werden.

6. Geltende Normen beachten

Die ausgewählte Solarsicherung muss den relevanten elektrischen Sicherheitsanforderungen und den anwendbaren Normen entsprechen.

Für PV-Sicherungseinsätze ist insbesondere die IEC 60269-6 relevant, die auch als deutsche Norm DIN EN 60269-6 (VDE 0636-6) umgesetzt ist.

Die endgültige Dimensionierung sollte immer auf einer vollständigen technischen Bewertung der Photovoltaikanlage basieren.

Wo werden Solarsicherungen installiert?

Solarsicherungen werden an verschiedenen Stellen innerhalb einer Photovoltaikanlage eingesetzt, an denen ein geeigneter Überstromschutz erforderlich ist.

Typische Einbauorte sind:

• PV-Stringleitungen: Schützen einzelne Strings vor unzulässigen Rückströmen aus parallel geschalteten Strings.

• Generatoranschlusskästen: Sichern die angeschlossenen Photovoltaik-Stromkreise ab.

• DC-Verteilungssysteme: Schützen Gleichstromleitungen und elektrische Verbindungen.

• Wechselrichtereingänge: Übernehmen den erforderlichen Überstromschutz, sofern dieser durch die Anlagenplanung vorgesehen ist.

• Batteriespeichersysteme: Schützen Batterieanschlüsse und Gleichstromkreise mit dafür geeigneten DC-Sicherungen.

Der genaue Installationsort hängt von der Anlagenarchitektur, der elektrischen Auslegung und den geltenden Installationsvorschriften ab.

Was ist der Unterschied zwischen einer Solarsicherung und einem Leitungsschutzschalter?

Sowohl Solarsicherungen als auch DC-Leitungsschutzschalter dienen dem Schutz elektrischer Stromkreise vor Überströmen. Sie unterscheiden sich jedoch in ihrer Funktionsweise.

Beide Schutzgeräte können in Photovoltaikanlagen sinnvoll sein. Welche Lösung geeignet ist, hängt von den technischen Anforderungen, dem Anlagenkonzept und den geltenden Sicherheitsvorschriften ab.

Wichtig ist, dass ein Leitungsschutzschalter ausdrücklich für die jeweilige Gleichspannungsanwendung geeignet ist und über ein ausreichendes Ausschaltvermögen verfügt.

Was passiert, wenn keine Solarsicherung installiert ist?

Der Betrieb einer Photovoltaikanlage ohne den erforderlichen Überstromschutz kann erhebliche Sicherheitsrisiken verursachen.

Mögliche Folgen sind:

• Beschädigung von Solarmodulen durch zu hohe Rückströme.

• Überhitzung elektrischer Leitungen und Steckverbindungen.

• Schäden an Generatoranschlusskästen und weiteren Anlagenkomponenten.

• Erhöhte Brandgefahr.

• Beeinträchtigung der Betriebssicherheit.

• Höhere Wartungs- und Reparaturkosten.

Nicht jeder Photovoltaik-Stromkreis benötigt zwingend eine eigene Strangsicherung. Wenn jedoch aufgrund der Anlagenkonfiguration ein Rückstromschutz erforderlich ist, darf dieser nicht weggelassen werden.

Die Notwendigkeit und Dimensionierung der Schutzvorrichtungen müssen anhand der technischen Daten der Solarmodule und der gesamten Anlagenkonfiguration geprüft werden.

Wie oft sollten Solarsicherungen überprüft werden?

Solarsicherungen müssen normalerweise nicht regelmäßig ausgetauscht werden, solange sie ordnungsgemäß funktionieren und keine Schäden aufweisen.

Eine regelmäßige Anlageninspektion ist dennoch sinnvoll, um mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen.

Dabei sollten folgende Punkte überprüft werden:

• Sicherungshalter auf Verfärbungen und Überhitzungsspuren kontrollieren.

• Elektrische Anschlüsse auf festen Sitz und Korrosion prüfen.

• Sicherungsgehäuse und Kontakte auf sichtbare Beschädigungen untersuchen.

• Wiederholtes Auslösen von Sicherungen untersuchen.

• Sicherstellen, dass Ersatzsicherungen die richtigen technischen Kennwerte besitzen.

• Die empfohlenen Wartungsintervalle der Photovoltaikanlage einhalten.

Wenn eine Solarsicherung auslöst, muss zunächst die Ursache festgestellt und behoben werden. Erst danach darf die Sicherung durch einen passenden Ersatz ausgetauscht werden.

Eine Sicherung darf niemals überbrückt oder durch eine Sicherung mit höherem Bemessungsstrom ersetzt werden, nur um ein erneutes Auslösen zu verhindern.

Inspektion und Austausch sollten ausschließlich durch qualifiziertes Fachpersonal unter Einhaltung geeigneter DC-Sicherheits- und Freischaltmaßnahmen erfolgen.

Häufig gestellte Fragen zu Solarsicherungen

1. Welche Aufgabe hat eine Solarsicherung?

Eine Solarsicherung schützt elektrische Stromkreise einer Photovoltaikanlage vor zu hohen Stromstärken. Sie hilft, Schäden durch Kurzschlüsse, Rückströme und andere Überstrombedingungen zu verhindern.

2. Sind Solarsicherungen anders als herkömmliche Sicherungen?

Ja. Solarsicherungen sind speziell für die Anforderungen von Photovoltaikanlagen entwickelt. Sie müssen über geeignete Gleichspannungswerte, ein ausreichendes Ausschaltvermögen und passende Auslösecharakteristiken verfügen.

3. Welche Spannungswerte gibt es bei Solarsicherungen?

Solarsicherungen sind unter anderem für 600 V DC, 1.000 V DC und 1.500 V DC erhältlich. Welche Ausführung benötigt wird, hängt von der maximalen Spannung des Photovoltaikstromkreises und den technischen Zulassungen der Sicherung ab.

4. Was ist der Unterschied zwischen einer PV-Sicherung und einer Solarsicherung?

Grundsätzlich handelt es sich um dieselbe Art von Schutzeinrichtung. Beide Begriffe bezeichnen Sicherungen, die speziell für Photovoltaikanlagen entwickelt wurden. Weitere gebräuchliche Bezeichnungen sind Photovoltaik-Sicherung und PV-Strangsicherung.

5. Kann eine AC-Sicherung in einer Photovoltaikanlage verwendet werden?

Eine Wechselstromsicherung darf nicht automatisch in einem Gleichstromkreis einer Photovoltaikanlage eingesetzt werden. Sie ist nur dann geeignet, wenn sie ausdrücklich für die entsprechende DC-Anwendung zugelassen ist. Die richtige Gleichstromsicherung ist entscheidend, um Lichtbögen sicher zu unterbrechen.

6. Warum löst eine Solarsicherung immer wieder aus?

Eine Solarsicherung kann wiederholt auslösen, wenn beispielsweise ein Kurzschluss, ein Rückstrom, beschädigte Leitungen, defekte Anlagenkomponenten oder eine falsche Dimensionierung vorliegen.

Die Ursache muss untersucht und behoben werden, bevor eine neue Sicherung eingesetzt wird.

7. Kann eine ausgelöste Solarsicherung wiederverwendet werden?

Nein. Die meisten Photovoltaik-Schmelzsicherungen sind Einweg-Schutzgeräte. Sobald der Schmelzleiter unterbrochen wurde, muss die Sicherung durch einen neuen Einsatz mit den passenden technischen Kennwerten ersetzt werden.

8. Benötigt jedes Solarmodul eine eigene Sicherung?

Nein. Ob einzelne PV-Strings abgesichert werden müssen, hängt unter anderem von der Anzahl parallel geschalteter Strings, dem möglichen Rückstrom und den zulässigen Belastungswerten der Solarmodule ab.

Die Notwendigkeit einer Absicherung muss anhand der Anlagenkonfiguration und der geltenden elektrischen Vorschriften geprüft werden.

Fazit

Eine Solarsicherung ist ein wichtiger Bestandteil des Überstromschutzes vieler Photovoltaikanlagen. Sie schützt Solarmodule, Leitungen, Wechselrichter und weitere elektrische Komponenten vor zu hohen Stromstärken, Kurzschlüssen und unzulässigen Rückströmen.

Wer die verschiedenen Arten von Solarsicherungen, ihre Spannungs- und Stromwerte sowie ihr Ausschaltvermögen kennt, kann die elektrische Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Photovoltaikanlage besser beurteilen.

Durch die richtige Auswahl, fachgerechte Dimensionierung und regelmäßige Überprüfung geeigneter PV-Sicherungen lassen sich Anlagenkomponenten schützen, mögliche Schäden reduzieren und die langfristige Betriebssicherheit einer Solaranlage unterstützen.