Welche Sicherungsgrößen benötigen Sie in Ihrer Solaranlage?

In diesem Blogbeitrag erfahren Sie, wie Sie beim Bau einer Solaranlage für Wohnmobile feststellen, wann und ob Sie Inline-Sicherungen benötigen. Manchmal ist eine Sicherung Ihrer Solaranlage erforderlich, manchmal nicht. Es gibt viele Gründe für die Entscheidung, aber letztendlich entscheidet der NEC (National Electric Code). Am Ende dieses Blogbeitrags wissen Sie, wann, wo und welche Sicherungsgrößen Sie in Ihrer Solaranlage benötigen.

Fusion einer Solaranlage

Der National Electric Code ist in dieser Frage in NEC 690.9 (A) (Ausgabe 2020) ziemlich eindeutig und sagt (zur Verdeutlichung paraphrasiert):

Solaranlagen mit einer höheren Stromverfügbarkeit (parallele Solarmodulstränge) als die für das Modul angegebene maximale Nennleistung des Überstromschutzgeräts müssen vor Überstrom geschützt werden. AUSSER wenn die Kurzschlussströme aller Quellen die Strombelastbarkeit der Leitungen und die auf dem Typenschild des PV-Moduls angegebene maximale Nennleistung des Überstromschutzgeräts nicht überschreiten.

690.9 Überstromschutz.

(A) Stromkreise und Geräte. Gleichstromkreise und Wechselrichter-Ausgangsleiter sowie Geräte der PV-Anlage müssen gegen Überstrom geschützt sein. Stromkreise, die gemäß § 690.8(A)(2) dimensioniert sind, müssen mit Überstromschutzeinrichtungen gegen Überstrom geschützt sein. Ein Stromkreis muss gemäß § 690.9(A)(1), (A)(2) oder (A)(3) gegen Überstrom geschützt sein.

(1) Stromkreise, bei denen kein Überstromschutz erforderlich ist.

Überstromschutzeinrichtungen sind nicht erforderlich, wenn die beiden folgenden Bedingungen erfüllt sind:

(1) Die Leiter verfügen über eine ausreichende Strombelastbarkeit für den maximalen Stromkreisstrom.

(2) Die Ströme aus allen Quellen überschreiten nicht die maximale Nennleistung der für das PV-Modul oder den Clectron-Stromrichter angegebenen Überstromschutzeinrichtung.

WICHTIGSTE ERKENNTNIS: Das bedeutet, dass jedes parallel geschaltete Panel (oder jede Reihenschaltung) abgesichert werden muss, wenn der Kurzschlussstrom der gesamten Solaranlage GRÖSSER ist als die maximale Nennleistung der Seriensicherung auf dem Etikett des Solarpanels.

Das bedeutet, dass Sie zwei Dinge benötigen, um festzustellen, ob Ihre Solaranlage abgesichert werden muss:

•Der Kurzschlussstrom Ihrer Solaranlage.

• Die maximale Seriensicherungsleistung Ihres Solarmoduls.

Befolgen Sie anhand dieser beiden Informationen die Schritte in dieser Infografik, um festzustellen, ob Sie in Ihrer Solaranlage Sicherungen verwenden müssen:

Warum muss eine Solaranlage abgesichert werden?

Falls Ihre Solaranlage abgesichert werden muss, weil die Kurzschlussstromstärke der Anlage die maximale Nennleistung der Reihensicherung des Moduls übersteigt, müssen Sie die Anlage an der Verbindungsstelle der Module oder Reihenschaltungen absichern, um Brände oder Überhitzung durch defekte Module zu vermeiden. Folgendes passiert bei einem nicht abgesicherten Modul, wenn ein Kurzschluss im Modul auftritt:

Für den Fall, dass Panel Nr. 3 einen internen Kurzschluss oder Fehler irgendeiner Art entwickelt, würden die Panele Nr. 1 und Nr. 2 den Weg des geringsten Widerstands (den Punkt des Kurzschlusses) suchen, um ihre Stromkreise zu schließen. Dies bedeutet, dass 20,4 A zu Panel Nr. 3 fließen würden, kombiniert mit den 10,2 A VON Panel Nr. 3, wo POTENZIELL 30,6 A durch den Kurzschluss fließen könnten, was über 15 A über der maximalen Stromstärkenbewertung des Panels liegt und mehr Stromstärke darstellt, als das Panel verarbeiten kann.

Nun … Was wäre, wenn an jedem der Pluskabel jedes Solarmoduls dort, wo sie mit dem MC4-Combiner verbunden sind, Sicherungen angebracht wären?

Für den Fall, dass Panel Nr. 3 einen internen Kurzschluss oder Fehler irgendeiner Art entwickelt, würden die Panele Nr. 1 und Nr. 2 den Weg des geringsten Widerstands (den Punkt des Kurzschlusses) suchen, um ihre Stromkreise zu schließen. Dies bedeutet, dass 20,4 A zu Panel Nr. 3 fließen würden, AUSSER dass wir eine 15-A-Sicherung installiert haben, die den Stromkreis von Panel 3 schützt. Diese Sicherung würde durchbrennen und das problematische Panel auf einen Kurzschluss isolieren, der innerhalb der maximalen Kurzschlussparameter dieses Panels liegt.

Aus diesem Grund sind in diesem Array laut Vorschrift Sicherungen erforderlich.

Warum muss eine Solaranlage NICHT abgesichert werden?

Wenn der Kurzschlussstrom der Solaranlage geringer ist als die maximale Seriensicherung des Solarmoduls, muss die Anlage NICHT abgesichert werden. Eine Absicherung dieser Art von Anlage bietet keinen zusätzlichen Schutz oder Nutzen. Und zwar aus folgenden Gründen:

Das obige Diagramm zeigt drei in Reihe geschaltete 200-W-Module. Jedes Solarmodul hat einen Kurzschlussstrom von 10,2 A, einen Betriebsstrom von 9,8 A und eine maximale Seriensicherungsleistung von 15 A.

Da die maximale Nennleistung der Seriensicherung 15 A beträgt, wissen wir, dass die Kabel, Dioden, Anschlüsse und anderen internen Komponenten des eigentlichen Solarpanels maximal 15 A aushalten können.

Sollte es in einem der Solarmodule zu einem Kurzschluss oder einer anderen Fehlfunktion kommen, so kann man angesichts der Tatsache, dass der Kurzschlussstrom des Arrays 10,2 A beträgt, davon ausgehen, dass das Modul selbst für diesen Kurzschluss ausgelegt ist, da der Kurzschlussstrom die maximale Sicherungsleistung des Moduls nicht überschreiten kann.

Nun … Was wäre, wenn Sie „nur zur Sicherheit“ eine Sicherung hinzufügen wollten:

Letztendlich… würde es nichts bewirken… Im Falle eines Kurzschlusses würden 10,2 Ampere fließen. Im Normalbetrieb fließen 9,8 Ampere. Sicher, eine 10-A-Sicherung läge tatsächlich zwischen diesen beiden Werten, aber der Unterschied von 0,2 Ampere in beide Richtungen würde entweder:

• Lassen Sie niemals zu, dass die Sicherung durchbrennt, oder …

• Sorgen Sie dafür, dass die Sicherung unter normalen Betriebsbedingungen ständig durchbrennt.

Aus diesem Grund ist in diesem Szenario laut Vorschrift keine Sicherung erforderlich.

Diskrepanzen zwischen elektrischen Vorschriften und der realen Welt

Manchmal kommt es zu Abweichungen zwischen dem, was in der Praxis passieren würde, und den Anforderungen der Vorschriften. Halten Sie sich in diesem Fall IMMER an die elektrischen Vorschriften. Diese sind manchmal etwas konservativer, aber das hat seinen Grund.

Hier ist ein Beispiel für eine Konfiguration, bei der Sicherungen NICHT von Vorteil wären, die aber gemäß den elektrischen Vorschriften Sicherungen erfordern.

Dieses Szenario WÜRDE tatsächlich den Einsatz von Sicherungen in diesem Array erfordern, da der Array-Kurzschlussstrom von 20,4 größer ist als die maximale Seriensicherungsleistung von 15 A der verwendeten Panele.

Falls Panel Nr. 2 einen internen Fehler aufweist, sucht sich der in Panel Nr. 1 erzeugte Strom den Weg des geringsten Widerstands und fließt in Panel Nr. 2. Dies würde bedeuten, dass im betroffenen Bereich des Panels potenziell 20,2 Ampere fließen würden.

Obwohl sich an den richtigen Stellen 15-A-Sicherungen befinden, würde der Strom, der von Panel Nr. 1 in Panel Nr. 2 fließt, nicht ausreichen, um eine dieser Sicherungen durchbrennen zu lassen.

Obwohl dies nicht ideal ist, lässt es sich bei der Verwendung von zwei Modulen oder zwei parallel geschalteten Reihenschaltungen kaum vermeiden. Diese Konfiguration ist durch den National Electric Code NICHT verboten. Es ist also eine dieser Sachen, bei denen man sich einfach zurücklehnen und sagen kann: Es ist ok. Wenn es NICHT ok wäre … gäbe es eine elektrische Vorschrift oder Norm, die etwas dazu sagt.

Sicherung einer Wohnmobil-Solaranlage – Abschließende Gedanken

Fehler in Solarmodulen sind recht selten. Die meisten Solarmodule enthalten Dioden, die die oben genannten Szenarien verhindern. Eine Sicherung ist für den Fall eines Diodenausfalls oder eines anderen Problems mit dem Modul erforderlich. Ein Solarmodul besteht im Wesentlichen nur aus mehreren Siliziumzellen, die zwischen Verbundglas verschmolzen und mit Dioden und Kabeln verbunden sind. Selbst wenn eine Zelle durchbrennt, funktioniert das Modul in der Regel noch. Da der National Electric Code (NEC) jedoch ausdrücklich die Sicherung von Solarmodulen vorschreibt, sollten wir uns bei der Entwicklung und dem Bau eines hochwertigen elektrischen Systems für Wohnmobile unbedingt daran halten.