Dimensionierung einer geeigneten 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, was wiederum die Leistung der Sicherung, die Leiterauswahl und die Dimensionierung beeinflusst. Außerdem erzeugen PV-Module im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltkreisen, deren Dimensionierung normalerweise auf Dauerlasten basiert, Dauerströme, was zu zusätzlichen Überlegungen bei der Dimensionierung von Sicherungen führt. Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen ist eine einzigartige Methode zur Dimensionierung von Sicherungen in PV-Systemen erforderlich.

WANN SOLLTE EINE SICHERUNG VERWENDET WERDEN, WANN NICHT

Die Anforderung, Photovoltaiksysteme vor Überstrombedingungen zu schützen, ist in Artikel 690.9(A) des NEC definiert. Sicherungen sind erforderlich, um Kabel und PV-Module vor Leitung-Leitung-, Leitung-Erde- und Fehlanpassungsfehlern zu schützen. Der einzige Zweck besteht darin, Feuer zu verhindern und einen fehlerhaften Stromkreis sicher zu öffnen, wenn ein Überstromereignis auftreten sollte. Es gibt jedoch einige Situationen, in denen keine Sicherung erforderlich ist und wie folgt definiert ist:

Einzelner Serienstrang (Absicherung nicht erforderlich)

Zwei parallele Stränge (Absicherung nicht erforderlich)

Drei oder mehr parallele Stränge (Absicherung erforderlich)

Wählen Sie geeignete Sicherungen für Teile des Systems aus.
Normalerweise kann in einem vollständigen Solarstromsystem die Sicherung zwischen verschiedenen Komponenten hinzugefügt werden, beispielsweise zwischen Solarpanel-Array und Laderegler, Regler-Batteriebank, Batteriebank-Wechselrichter.

Für die einzelnen Geräteteile können die Anforderungen an die Sicherungen unterschiedlich sein. Die genauen Nennwerte hängen von der Stromstärke ab, die von den Geräten und Leitungen kommt.

Sicherung von Solarmodulen

Normalerweise haben Solarmodule über 50 Watt 10-Gauge-Kabel, die bis zu 30 Ampere Strom verarbeiten können. Wenn Sie mehr als 3 parallel geschaltete Module haben, die jeweils bis zu 15 Ampere verarbeiten können, kann ein Kurzschluss in einem Modul alle 40-60 Ampere zu diesem kurzgeschlossenen Modul ziehen. Dies führt dazu, dass die zu diesem Modul führenden Kabel 30 Ampere weit überschreiten, was dazu führen kann, dass dieses Kabelpaar Feuer fängt. Bei parallel geschalteten Modulen ist für jedes Modul eine 30-Ampere-Sicherung erforderlich. Wenn Ihre Module weniger als 50 Watt haben und nur 12-Gauge-Kabel verwenden, sind 20-Ampere-Sicherungen erforderlich.

Sicherung von Parallel-/Combiner-Boxen

In einem Parallelsystem wird eine Combiner-Box verwendet, die die Sicherungen/Unterbrecher für jedes Modul enthält. Bei der Dimensionierung dieser „kombinierten“ Sicherung/Unterbrecher müssen wir zunächst den schlimmsten Strom bestimmen, der basierend auf unseren spezifischen Modulen fließen wird.

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

Der National Electrical Code (NEC) verlangt außerdem, dass bei Dauerlast ein Faktor von 25 % hinzugefügt wird, sodass die Zahl auf 15,28 Ampere pro Panel ansteigt. Wenn dieser Parallelsatz 4 Panels enthält, kann der kombinierte Strom theoretisch bis zu 61,15 Ampere betragen.

Ein 8-AWG-Kabelsatz (mindestens) von der Combiner-Box zum Laderegler in unserem Beispiel reicht aus, da dieser 60 Ampere verarbeiten kann. In diesem Fall sollte eine 60-Ampere-Sicherung oder ein 60-Ampere-Unterbrecher verwendet werden, um diesen Kabelsatz zu schützen. 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 übereinstimmen können. Wir empfehlen beispielsweise eine 60-Ampere-Sicherung/-trennschalter für den 60-A-PWM-Laderegler, die zwischen dem Gerät und der Batteriebank platziert wird.

Batteriesicherung/-schalter zum Wechselrichter

Die Verkabelung und Absicherung von der Batterie zum Wechselrichter ist entscheidend, da hier der meiste Strom fließt. Ähnlich wie beim Laderegler sollten die empfohlenen Kabel und Absicherungen dem Handbuch des Wechselrichters entnommen werden. Wir haben bereits einen Sicherungshalter am Pluskabel vorbereitet, der 50 Ampere Strom aufnehmen kann. Ein typischer 600-Watt-12-V-Wechselrichter mit reiner Gleichstromwelle zieht kontinuierlich bis zu 50 Ampere, in diesem Fall ist ein Kabel erforderlich, das 55-60 A aufnehmen kann. Sie benötigen mindestens ein 6-AWG-Kabel.