(Quelle: Phoenix Contact GmbH)
Mittels String-Dioden oder String-Sicherungen können die einzelnen PV-Strings gegen Rückströme abgesichert werden.
Das Wissen über das Design von Generatoranschlusskästen ist heute noch nicht sehr umfassend – besonders wenn es um die von integrierten Sicherungen erzeugte thermische Wirkung auf empfindliche Elektronikkomponenten geht. Untersuchungen in diesem Umfeld fördern interessante Ergebnisse zutage und zeigen, wie wichtig das Thema eigentlich ist. Überspannungsschutzgeräte, die in einem GAK installiert wurden, schützen effektiv vor Überspannungen und Stoßströmen, die auf der DC-Seite eines PV-Generators auftreten können. Verursacht werden sie beispielsweise durch das elektromagnetische Feld einer Blitzentladung. Zustandsüberwachungs-Einrichtungen wie String-Strom-Überwachungssysteme sind in GAK ebenfalls üblich. Die Entwicklung von GAK erfordert fundamentale Kenntnisse in der Auslegung von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen nach DIN EN 61439-2 (VDE 0660-600-2) [1] – auch im Hinblick auf das thermische Design. So muss auch die Wärmeabgabe von String-Sicherungen unter üblichen Betriebsbedingungen berücksichtigt werden. Darüber hinaus muss der Hersteller über ein fundiertes Wissen beim Überspannungsschutz verfügen, wenn Überspannungsschutzgeräte in GAK integriert werden. Insbesondere die Auswahl geeigneter DC-Freischalter, die den erwarteten Stoßstrom aushalten, erfordert spezielle Erfahrungen beim Thema Überspannungsschutz. Der gesamte GAK mitsamt Verkabelung, Anschlussklemmen, einem DC-Freischalter und String-Sicherungen muss entsprechend ausgelegt sein. Zusätzlich muss die Verkabelung für einen optimalen Überspannungsschutzpegel nach speziellen Verdrahtungs- Regeln erfolgen.
Wärmemanagement und Langzeit-Temperaturmessungen
Die von den String-Sicherungen erzeugte Verlustwärme kann zu einer starken Aufheizung des Generatoranschlusskastens führen. Sie wird hauptsächlich durch die String- Dioden oder String-Sicherungen und den DC-Freischalter verursacht. Zum Schutz vor einer potentiellen Feuergefahr, die durch ein zu starkes Aufheizen innerhalb eines GAK entsteht, muss eine thermische Überlastung unter normalen Betriebsbedingungen verhindert werden. Für die Langzeitverfügbarkeit müssen zudem sämtliche Komponenten speziell ausgewählt und innerhalb ihren Spezifikationen betrieben werden. Dies gilt insbesondere für die zulässige Betriebstemperatur. Mit den maximal zulässigen String-Strömen werden Langzeit- Temperaturmessungen gefahren, um zu evaluieren, dass die Temperaturen innerhalb des Generatoranschlusskastens keine kritischen Werte erreichen. Dazu ist es von Vorteil, sogenannte Hotspots – konzentrierte lokale Temperaturspitzen – mittels einer Infrarotkamera zu ermitteln. Die Anordnung der einzelnen Komponenten hat einen großen Einfluss auf das thermische Verhalten eines GAK. In Generatoranschlusskästen, in denen diese Punkte nicht berücksichtigt werden, reduziert sich die Verfügbarkeit des gesamten PV-Systems signifikant. So lösen String-Sicherungen bereits bei normalen Betriebs-String-Strömen aus, wenn sie dauerhaft thermisch überlastet sind.