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Elektrische Sicherheit und Erri

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 Elektrische Sicherheit und Erri Powered By Docstoc
					   1     Struktur der Schutzmaßnahmen

Für die Errichtung von PV-Anlagen gibt es bisher keine gesonderten Regelwerke.
Es gelten daher die allgemeinen Richtlinien der Elektroinstallation
    • DIN/VDE 0100 – Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis
       1000V
    • DIN/VDE 0105 – Betrieb von elektrischen Anlagen
    • DIN/VDE 0855 – Antennenanlagen.
Von besonderer Wichtigkeit sind die Schutzmaßnahmen.
Der Photovoltaik-Generator hat dabei folgende Besonderheiten:
- Stromquelle mit unbegrenzter Kurzschlussfestigkeit
  (Sicherungen und Leitungsschutzschalter sind unwirksam)
- nicht abschaltbar
- Generatorstrom ist linear von der Bestrahlungsstärke abhängig,
  Generatorspannung ist nahezu konstant
- Gleichstromquelle (Lichtbogenproblem).

   2     Normung von Photovoltaik-Modulen
Nach der IEC 61215 werden die Solarmodule für die Bauartzulassung überprüft
(ISPRA-Test). Der Test beinhaltet folgende Prüfungen:
    • Sichtprüfung
    • Leistung unter verschiedenen Bedingungen
      (STC, NOCT, und bei T=25oC sowie E=200 W/m2)
    • Prüfung der Isolationsfestigkeit
    • Messung der Temperaturkoeffizienten
    • Dauertest unter Freilandbedingungen
    • Hot-Spot-Dauerprüfung
    • Temperatur-Wechselprüfung
    • Luftfeuchte/Frost-Prüfung
    • Feuchte/Wärme-Prüfung
    • Festigkeitsprüfung der Anschlüsse
    • Prüfung der mechanischen Belastbarkeit
    • Hageltest.

Vom TÜV Rheinland wird seit 1999 das Zeichen TÜV-PROOF vergeben, wonach
neben der IEC 61215 der Wirkungsgrad und die Schutzklasse II überprüft werden.
(Schutzklasse II – Nachweis der doppelten Isolierung als Schutz gegen elektrischen
Schlag).

Hersteller geben derzeit Garantie von 10 bis 26 Jahren (90% der Nennleistung).
Achtung: Garantie auf 90% der Mindestleistung bedeutet bei 10% Leistungstoleranz
nur 80% auf die Nennleistung.




   3     Normung von Photovoltaik-Komponenten und Systemen

Zunehmend werden auch weitere Komponenten von PV-Anlagen einer Prüfung
unterzogen (TÜV Rheinland).
Für Wechselrichter:
                                           PAC
Umwandlungswirkungsgrad          ηUM =
                                           PDC

                          PAC – Ausgangswirkleistung der Grundschwingung
                          PDC – Eingangswirkleistung

                                           PDC
Anpassungswirkungsgrad            η AN =
(MPP-Tracking)                             PPV


                          PDC – momentane Eingangswirkleistung
                          PPV – maximale momentane Quellenleistung
   4      Normen für elektromagnetische Verträglichkeit




   5      Fehlermöglichkeiten in PV-Anlagen

Solargeneratoren sind Systeme,       4     Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien

die eine Vielzahl elektrischer      6      Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen

Verbindungsstellen enthalten.       5      Fehlermöglichkeiten in Photovoltaikanlagen

Diese Verbindungen sind z.T.
rauhen Umgebungsbedingungen
ausgesetzt, was insbesondere
für erwartete Lebensdauern von
20-25 Jahren bei der Auswahl
der Installationskomponenten
zu beachten ist.

In Photovoltaikanlagen stellt die
Leitungsisolation die größte
Schwachstelle dar.


                                         Allgemeines Blockschaltbild für Insel- und Netzparallelbetrieb
                                         1) zweiadrige Verlegung            2) einadrige Verlegung
                                         3) nur bei Inselbetrieb            4) bei Wechselrichtern mit Trafo
                                         5) bei Wechselrichtern ohne Trafo




                                    FEHLERMÖGLICHKEITEN
                                    1. Schlechte Klemmverbindungen im Verlauf eines Leiters
                                    2. Erdschluß zwischen Plus-Leiter und geerdetem Teil (hoch-oder niederohmig)
                                    3. Kurzschluß zwischen Plus- und Minusleiter (hoch- oder niederohmig)
6        Interpretation der VDE 0100 für PV-Anlagen


4      Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
6      Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
6      Interpretation der VDE 0100 für PV-Anlagen

       Schutz gegen direktes und indirektes Berühren

       Schutzkleinspannung
       - Höchst zulässige Leerlaufspannung des PV-Generators < 120 V
         (-10oC Modultemperatur, 800 W/m2 Bestrahlungsstärke)
       - Sichere Trennung zwischen AC- und DC-Stromkreis über den
         Wechselrichter

       Schutzisolierung
       - Schutzklasse II für alle eingesetzten Betriebsmittel
         (Empfehlung für Module und Wechselrichter)

       Automatisches Abschalten
       - Abschalten des PV-Generators ist nicht möglich
       - Zusätzlicher örtlicher Potentialausgleich (Erdung)
       - Automatisches Abschalten des Wechselrichters bei Netzausfall

    Kabel - und Leitungsschutz des Gleichstromkreises

    - kurz- und erdschlußsichere Verlegung
    - Übersteigt der maximal mögliche Fehlerstrom die zulässige
      Belastbarkeit der Modulleitungen sind
      a) alle Generatorstränge mit Überstromschutzeinrichtungen in jedem
         Pol abzusichern
      b) die Isolation des Gleichstromkreises zu überwachen
         (FI-Schutzschalter oder Isolationsüberwachungsgerät)

    Gleichstromseitige Freischalteinrichtung

Blitz- und Überspannungsschutz

- Ist keine Blitzschutzanlage vorhanden, muß ein Potentialausgleich
  erfolgen
- Vermeidung von großflächigen Schleifen bei der Generatorverschaltung
- Überspannungsschutzeinrichtung des Gleichstromkreises
7        Auslegung Überspannungsschutz

4      Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
6      Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
7      Auslegung Überstromschutz




    a) Kurzschluß im Wechselrichtereingang
    b) Erdschlüsse innerhalb des PV-Generators

          Schutzmaßnahmen
          - Leiterquerschnitte für Modulleitungen entsprechend
            Generatorkurzschlußstrom
          - Absicherung der Modulleitungen
          - Strangdioden (bei Rückstrom-gefährdeten Modulen)
8   Überspannungen in PV-Anlagen – Kopplungsarten




9   Schleifenbildung durch Modulverdrahtung
                 4      Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
                 6      Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
                 9      Schleifenbildung durch Modulverdrahtung




                                   FALSCH                                 RICHTIG



                     a) Kurzschluß im Wechselrichtereingang
                     b) Erdschlüsse innerhalb des PV-Generators
                                                                                                 Haase
     10          Einkopplung in die Verbindung Solargenerator zu
                 Laderegler, Batterie und Wechselrichter
           4   Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
           6   Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
          10   Einkopplung in die Verbindung Solargenerator zu Laderegler, Batterie und Wechselrichter

                                                                              Gegenmaßnahmen




          Schleife 1: Zwischen Plus- und Minusleiter                      Geringer Leitungsabstand
          Schleife 2: Zwischen Blitzableiter und Verbindungleitung        Geschirmte Leitungen
                      (über Streukapazitäten C1, C2 parallel C3)          (Überbrückung der Streukapazitäten)




11        Beispiel für Überspannungen durch kapazitive Einkopplung

               4  Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
               6  Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
               11 Beispiel für Überspannungen durch kapazitive Einkopplung

               Blechdach mit darüber aufgeständertem Solargenerator




                                                                      Maßnahme
                                                                      Überspannungsableitung im
                                                                      Modulanschlußkasten (Varistoren)
12        Überspannungsschutz am Solargeneratorausgang




     4     Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
     6     Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
     12    Überspannungsschutz am Solargeneratorausgang




            Energien bei kapazitiver Einkopplung



                                                            Solargenerator 10m2
                                                            10 m über Erdboden




            Absorptionsvermögen eines
            Scheiben-Metalloxid-Varistors
            Typ SIOV - S 20 K
13       Optimales Installationskonzept




     4      Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
     6     Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
     13    Optimales Installationskonzept
14   Unterteilung der Strangspannungen




4    Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
6    Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
14   Unterteilung der Strangspannung




     Zur Vermeidung von Arbeiten an unter Spannung stehenden
     Teilen über 120 V werden schaltbare Klemmen eingesetzt.
15   Erd- und kurzschlusssichere Leitungsverlegung
         4    Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
         6    Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
         15   Erd- und kurzschlußsichere Leitungsverlegung




Modulleitungen für den Außenbereich                  Firma                Temperaturbereich
AEG Solar Modulleitung HO/RN-F, 450/750 V            AEG                  -35 / +90 oC
RADOX 125 Solarkabel, 600/1000 V                     Huber&Suhner         -25 / +125 oC
Siemens Solarleitung 1800/3000 V                     Siemens              -25 / +90 oC
Titanex 11, 450/750 V                                ConCab-Kabel         -35 / +85 oC
16       Leitungsdimensionierung für 12V und 24V Anlagen




     4    Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
 6        Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
 16       Leitungsdimensionierung für 12V und 24V Anlagen
17         Strombelastbarkeit von Mantelleitungen

                 4    Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
                 6    Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
                 17   Strombelastbarkeit von Mantelleitungen




                          Strombelastbarkeit von einadrigen Mantelleitungen mit erhöhter
                           Wärmebeständigkeit bei einer Umgebungstemperatur von 70oC
                           und einer Häufung von 5 belasteten Strängen
                          (nach DIN VDE 298 Teil 4)




18         Leiterquerschnitte in Photovoltaikanlagen

                                                          4    Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien

Gebräuchliche                                             6    Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen

Querschnitte (mm2):                                       18   Leiterqurschnitte in Photovoltaikanlagen




     •     2,5
     •     4
     •     6
     •     10
     •     16
     •     25
     •     35.

Für die Wechselspannungsseite:

a) einphasige Einspeisung

         2 × L × I nAC × cos ϕ
A=
              3%U n × κ

b) dreiphasige Einspeisung


          3 × L × I nAC × cos ϕ
A=
              3%U n × κ
19    Leiterquerschnitte Batterie-Verbraucher
     4  Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
     6  Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
     19 Leiterquerschnitte Batterie-Verbraucher




20    Abnahmeprüfung einer PV-Anlage
     4  Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
     6  Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
     20 Abnahmeprüfung einer PV-Anlage
21    Messungen durch den Installateur
     4  Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
     6  Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
     21 Messungen durch den Installateur




22 Aufgaben des Betreibers einer PV-Anlage


      4  Planung von Inselnetzversorgungen auf der Basis regenerativer Energien
      6  Elektrische Sicherheit und Errichtungsbestimmungen
      22 Aufgaben des Betreibers einer PV-Anlage




                Überblick: Inspektionen durch den Betreiber einer PV-Anlage (E-Empfehlung)

				
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