Dimensionierung einer geeigneten Sicherung für ein PV-System

Dimensionierung der passenden Sicherung für die PV-Anlage

EINLEITUNG

Die richtige Dimensionierung von Sicherungen für Photovoltaikanlagen (PV) ist entscheidend für den sicheren, zuverlässigen und langfristigen Betrieb dieser erneuerbaren Energiequelle. Im Gegensatz zu typischen Anwendungen zur Stromverteilung und -steuerung unterliegen Sicherungen in Photovoltaikanlagen besonderen Bedingungen. Längerer Kontakt mit Umwelteinflüssen kann zu anormalen Umgebungstemperaturen führen, die sich wiederum auf die Leistung der Sicherung sowie die Auswahl und Dimensionierung der Leiter auswirken. Im Gegensatz zu herkömmlichen Stromkreisen, deren Dimensionierung normalerweise auf Dauerlasten basiert, erzeugen PV-Module zudem Dauerströme, was zusätzliche Überlegungen bei der Dimensionierung von Sicherungen erfordert. Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen ist eine spezielle Methode zur Dimensionierung von Sicherungen in PV-Anlagen erforderlich.

WANN FUSION, WANN NICHT FUSION

Die Anforderung, Photovoltaikanlagen vor Überstrom zu schützen, ist in Artikel 690.9(A) des NEC definiert. Sicherungen sind erforderlich, um Kabel und PV-Module vor Leiter-Leiter-, Leiter-Erde- und Fehlanpassungsfehlern zu schützen. Der einzige Zweck besteht darin, Brände zu verhindern und einen fehlerhaften Stromkreis im Falle eines Überstroms sicher zu öffnen. Es gibt jedoch einige Situationen, in denen keine Sicherung erforderlich ist. Diese sind wie folgt definiert:

Einzelner Serienstrang (keine Sicherung erforderlich)

Zwei Stränge parallel (keine Absicherung erforderlich)

Drei oder mehr Stränge parallel (Absicherung erforderlich)

Wählen Sie geeignete Sicherungen für Teile des Systems

Normalerweise kann in einem kompletten Solarstromsystem die Sicherung zwischen verschiedenen Komponenten hinzugefügt werden, beispielsweise zwischen Solarpanel-Array und Laderegler, zwischen Regler-Batteriebank und Batteriebank-Wechselrichter.

Für jeden Teil der Einheiten können die Sicherungsanforderungen unterschiedlich sein. Die spezifischen Nennwerte hängen davon ab, wie viel Stromstärke von diesen Einheiten und Kabeln kommt.

Sicherung von Solarmodulen

Normalerweise verfügen Solarmodule über 50 Watt über 10-A-Kabel, die bis zu 30 Ampere Strom verarbeiten können. Wenn Sie mehr als drei parallel geschaltete Module mit jeweils bis zu 15 Ampere Stromstärke haben, kann ein Kurzschluss in einem Modul die gesamten 40–60 Ampere zu diesem Modul leiten. Dadurch übersteigt der Stromfluss zu den zu diesem Modul führenden Kabeln die 30-A-Stärke bei weitem, was zu einem Brand des Kabelpaars führen kann. Bei parallel geschalteten Modulen ist für jedes Modul eine 30-Ampere-Sicherung erforderlich. Wenn Ihre Module weniger als 50 Watt leisten und nur 12-A-Kabel verwenden, sind 20-Ampere-Sicherungen erforderlich.

Sicherung der Parallel-/Combiner-Box

In einem Parallelsystem wird ein Combiner-Kasten verwendet, der die Sicherungen/Leistungsschalter für jedes Panel enthält. Bei der Dimensionierung dieser kombinierten Sicherung/Leistungsschalter müssen wir zunächst den schlimmsten Stromfluss basierend auf unseren spezifischen Panels bestimmen.

Wenn wir das Beispiel des 195-Watt-12-V-Panels aus dem Einführungsabschnitt nehmen und uns den Kurzschlussstrom (Isc) ansehen, sehen wir, dass er mit 12,23 Ampere bewertet ist.

Der National Electrical Code (NEC) schreibt außerdem vor, dass bei Dauerlast ein Faktor von 25 % hinzugerechnet werden muss, sodass sich der Wert auf 15,28 Ampere pro Panel erhöht. Befinden sich in diesem Parallelsatz vier Panels, kann der kombinierte Strom theoretisch bis zu 61,15 Ampere betragen.

Ein 8-AWG-Kabelsatz (mindestens) vom Combiner-Kasten zum Laderegler ist in unserem Beispiel ausreichend, da dieser 60 Ampere verträgt. Zum Schutz dieses Kabelsatzes sollte in diesem Fall eine 60-Ampere-Sicherung oder ein 60-Ampere-Schutzschalter verwendet werden. Dies entspricht auch der maximalen Kapazität des ausgewählten Ladereglers.

Laderegler zur Batteriesicherung/-trennschalter

Bei einem pulsweitenmodulierten (PWN) Laderegler sind die im schlimmsten Fall zum und vom Regler fließenden Ampere gleich, sodass Sicherung und Kabelgröße angepasst werden können. Beispielsweise empfehlen wir eine 60-Ampere-Sicherung/einen 60-Ampere-Leistungsschalter für den 60-A-PWM-Laderegler. Platzieren Sie diese zwischen dem Gerät und der Batteriebank.

Batteriesicherung/-trennschalter zum Wechselrichter

Die Verkabelung und Absicherung von der Batterie zum Wechselrichter ist entscheidend, da hier der meiste Strom fließt. Ähnlich wie beim Laderegler finden Sie die empfohlene Verkabelung und Absicherung im Handbuch des Wechselrichters. Wir haben bereits einen Sicherungshalter am Pluskabel vorbereitet, der 50 Ampere Strom aufnehmen kann. Ein typischer 600-Watt-12-V-Wechselrichter mit reiner Gleichstromversorgung zieht dauerhaft bis zu 50 Ampere. In diesem Fall wird ein Kabel mit einer Stromstärke von 55–60 Ampere benötigt. Sie benötigen mindestens ein 6-AWG-Kabel.