Einsatz im Generatoranschlusskasten: Reihenklemmen für die Photovoltaik
Nicht selten schwanken die Temperaturen im Generatoranschlusskasten (GAK) zwischen Tag und Nacht um bis zu 100°C. Zum Schutz gegen Rückströme sind Strangdioden in vielen PV-Anlagen mit Dünnschicht-Modulen ein wichtiger Baustein. Spezielle PV-Anschluss-Leitungen haben zudem einen dicken Mantel und können nicht mit Standard-Reihenklemmen verdrahtet werden. Phoenix Contact bietet für diese Zwecke eine Reihenklemmen-Baureihe an, die auf PV-Anforderungen hin geprüft und abgestimmt ist.
Die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie ist zukunftsträchtig. Dächer von Hallen und Gebäuden oder Felder mit nahtlos aneinander gereihten Solarmodulen gehören heute vielerorts zum Landschaftsbild. Mittlerweile gibt es einschlägige Normen und technische Anschlussbedingungen, nach denen Planer und Monteure PV-Anlagen errichten. Für den Aufbau von Generatoranschlusskästen gilt die DIN VDE 0100-712 zur Errichtung von Niederspannungsanlagen, in der die Anforderungen für Betriebs-stätten, Räume und Anlagen besonderer Art beschrieben sind. Dabei bildet der GAK die Schnittstelle zwischen den Modulen und dem Wechselrichter.
Nicht an der falschen Stelle sparen
In einem Solarmodul sind die einzelnen Solarzellen in Serie geschaltet, damit eine nutzbare Spannung entsteht. Aufgrund der Stromquellen-Charakteristik von Solarzellen wird der Strom bei der Serienverschaltung durch die schwächste Zelle bestimmt. Je nach Hersteller und Typ kann damit eine Modulleerlauf-Spannung von bis zu 70V entstehen. Die Module eines Strangs werden in Reihe geschaltet. Im Bereich der Solarfelder versucht man allein schon aus Kostengründen sowie wegen der Leitungsverluste, möglichst viele Module in einem Strang in Reihe zu schalten. So entstehen Leerlaufspannungen von bis zu 1.000V pro Strang, und schon bald rechnet man mit Strangspannungen bis zu 1.500V. Im Fehlerfall können Leckströme in Strängen die Wirtschaftlichkeit der Anlage gefährden. Darum sollten Stränge einzeln trennbar oder über eine Diode gegen Rückströme gesichert sein. Als Schnittstelle zwischen Strängen und Wechselrichtern werden Generatoranschlusskästen installiert. Dort werden Potentiale gesammelt, indem die einzelnen Stränge parallel verschaltet werden. Hier ist der Einsatz von Trennstellen oder Dioden sinnvoll. In der Praxis wurde hier oft mit Standard-Reihenklemmen improvisiert. Die PV-tauglichen Reihenklemmen der ME-Baureihe von Phoenix Contact besitzen eine hohe Spannungsfestigkeit – bis 1.000V effektiv sowie eine einfache Brückbarkeit. Sie sind für eine Bemessungsspannung von 1.000V ausgelegt.
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Die ME-Baureihe umfasst Trennklemmen, Diodenklemmen, Distanzplatten und Durchgangsklemmen. Die Trennklemme dient als Trennmöglichkeit an den einzelnen Modul-Strängen bei Wartungs- und Reparaturarbeiten. Nachdem die PV-Anlage abgeschaltet wurde, kann über die Trennklemme ein einzelner Strang abgetrennt werden. Danach können die übrigen Stränge wieder in Betrieb genommen werden, unnötige Einbußen bei der Energiegewinnung werden vermieden. Messungen und Prüfungen über die Prüf- und Brückenschächte der Reihenklemme sind ebenfalls möglich. Steckbrücken fassen auch einzelne Stränge zusammen. Da ein PV-Modul permanent Energie liefert, ist die Trennklemme auch während der Installation der Anlage ein nützliches Bauteil. Die Trennung darf nicht unter Last vorgenommen werden – der Nennstrom über die Trennstelle beträgt 30A. Die Diodenklemme dient als Strangdiode. Diese wiederum dient als Entkopplungsdiode und verhindert, dass die einzelnen Strangmodule im Störungsfall – etwa bei Verschattung oder bei Defekten im Rückstrombereich – betrieben werden. Die Strangdioden sind dabei nicht zu verwechseln mit den Bypass-Dioden der einzelnen Module. Die Bypass-Dioden sind bei den meisten Modulen bereits integriert. Die Diodenklemmen sind standardmäßig mit Dioden des Typs P1000M bestückt. Auf Wunsch können hier jederzeit kundenspezifische Anpassungen vorgenommen werden. Aufgrund der entsprechenden Wärmeentwicklung von bis zu 140°C an der Oberfläche der Diode sollte die Diodenklemme bei einem Nennstrom von 5A betrieben werden. Die Bemessungsspannung beträgt 1.000V. Auch konstruktiv ermöglichen die Diodenklemmen der ME-Baureihe mit ihren Gehäuseöffnungen für die Diodenbeine eine gute Führung der Bauteile.
Normkonforme Lösungen
Ein weiterer Baustein ist die Distanzplatte, die als Abstandhalter zwischen den einzelnen Diodenklemmen im GAK gesetzt wird. Damit werden Dioden mit einer Baubreite von 7,5mm bei einer Klemmenbreite von 8,2mm zusätzlich auf Abstand gehalten. Für eine Nennspannung von 1.000V müssen 12,5mm Kriech- und 8mm Luftstrecke eingehalten werden. Außerdem dient die Distanzplatte einer besseren Wärmezirkulation und somit der Kühlung der Dioden. Zur Vermeidung einer Fehlverdrahtung sind die Distanzplatten im Anschlussbereich geschlossen. Über durchgehende Brückenschächte in der Distanzplatte können die Diodenklemmen dennoch mittels Steckbrücken problemlos verbunden werden. Umweltsimulations-Prüfungen der Reihenklemmen unterstützen zudem eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Je nach Applikation kann auch das einfache Sammeln der einzelnen Stränge mittels einfacher Durchgangsklemmen erfolgen. Einzelne Stränge werden dann mittels Steckbrücken einfach über die Brückenschächte zusammengefasst. Die Bemessungsspannung beträgt 1.000V und der Nennstrom 30A. Weil sich der GAK in einer PV-Anlage noch vor dem Wechselrichter im Gleichspannungsbereich befindet, gibt es die Reihenklemmen in verschiedenen Farben: etwa blau für den Minuspol, grau oder rot für den Pluspol des Strangs. Sinnvolle Beschriftungsmöglichkeiten bieten die Mittenmarkierung sowie die seitliche Beschriftungsnut.
Keinen Platz verschenken
Nach der DIN VDE 0100-712 müssen Kurz und Erdschlüsse auf ein Minimum reduziert werden. Seitens der Kabelhersteller geschieht das durch die Verwendung von besonders dick isolierten Leitungstypen. Bei den häufig verwendeten 6mm² starken Leitungen wird dabei schnell ein Außendurchmesser von 7,5mm erreicht. Bisher wurden deshalb Reihenklemmen des nächst größeren Bemessungsquerschnitts verwendet. Das führt aber nicht nur aufgrund der größeren Breite zu einem Platzproblem, sondern auch zu unnötigen Kosten. Die neuen PV-Reihenklemmen von Phoenix Contact wurden für genau diesen Einsatz im GAK mit einem einseitig geöffneten Leitereinführungsbereich konstruiert. Sie können bei einer Breite von 8,2mm problemlos 7,5mm starke Leitungen aufnehmen.
Umfangreiches Zubehörprogramm
Das Zubehörprogramm umfasst Deckel, Steckbrücke, Schaltsperre, Prüfadapter sowie Beschriftungsmaterial. Geeignetes Werkzeug für die Montage des GAK sowie Solarleitungen, Kabeleinführsysteme, Strangüberwachung und Überspannungsschutz ist ebenfalls verfügbar. Generatoranschlusskästen gibt es in vielen unterschiedlichen Konfigurationen, für alle bietet Phoenix Contact geeignete PV-Reihenklemmen. Das Produktprogramm wird ständig ausgebaut – auch andere Anschlusstechniken wie etwa Push-In-Technik (PIT) werden schon bald auf den Markt kommen. Durch die weltweite Zunahme der Photovoltaik-Installationen besteht hier ein hoher Bedarf an innovativen PV-Reihenklemmen.
