Generatoranschlusskästen der nächsten Generation

Hohe Qualitäts-Standards erhöhen Verfügbarkeit der PV-Anlage

Der Generatoranschlusskasten – auch kurz GAK genannt – verursacht mit circa 0,5% nur einen geringen Anteil an den Investitionskosten eines Solarkraftwerks. Mit seinen Funktionen Messen, Schützen und Anschließen ist der GAK das entscheidende Bindeglied zwischen wirtschaftlicher Auslegung und langjähriger Verfügbarkeit der PV-Anlage.

Der GAK et das zentrale Element zwischen der Anschlusstechnik der Strings und dem Schutz von PV-Anlage und Messsystem ? Ziel ist ein kostengünstiges Datennetzwerkkonzept im übergeordneten Park-Management (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Der GAK et das zentrale Element zwischen der Anschlusstechnik der Strings und dem Schutz von PV-Anlage und Messsystem ? Ziel ist ein kostengünstiges Datennetzwerkkonzept im übergeordneten Park-Management (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)


Bei der elektrotechnischen Ausstattung eines PV-Kraftwerks bildet der GAK das entscheidende Element – hier liegen die Grundsteine für Verfügbarkeit und Effizienz. Neben den Funktionen Sammeln und Schützen dient der GAK als wichtiger Baustein im Gesamtkonzept des übergeordneten Park-Managements, wo er als Datensammler und Überwachungsstation fungiert. Auf der Basis von Stromlieferverträgen und Verbindlichkeiten des Kraftwerk-Besitzers gegenüber dem Netzbetreiber werden alle Informationen aus dem PV-Kraftwerk zusammengeführt, um an zentraler Stelle Entscheidungen über Performance und ‚Gesundheitszustand‘ der Anlage zu treffen. Die notwendige technische Abstimmung zwischen dem Anschluss und Schutz von DC-Leitungen sowie der String-Monitoring-Technik im GAK sind von großer Bedeutung. Die überlagerte Steuerungstechnik – in Form der SPS – benötigt möglichst granulare und verlässliche Informationen aus der Anlage unter nahezu Echtzeit-Bedingungen. Der Verzicht auf Qualität beim GAK kann die Verfügbarkeit und Liefertreue von PV-Anlagen erheblich beeinträchtigen – stundenlange Fehlersuche und hohe Instandhaltungskosten sind dann unangenehme Begleiterscheinungen.
Thermografie des GAK: Ungünstig ausgelegter GAK mit deutlichen Hotspots in der Mitte des Aufbaus (links) sowie optimal ausgelegter GAK der neuen Generation mit gleichmäßiger Wärmeverteilung (rechts) (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Thermografie des GAK: Ungünstig ausgelegter GAK mit deutlichen Hotspots in der Mitte des Aufbaus (links) sowie optimal ausgelegter GAK der neuen Generation mit gleichmäßiger Wärmeverteilung (rechts) (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Mängelbehaftete PV-Anlagen und GAKs

Eine Umfrage der Zeitschrift ‚Photon‘ hat gezeigt, dass Sachverständige 70% der deutschen PV-Anlagen als mängelbehaftet bewerten (vgl. Photon, Januar 2013). Durch Montagefehler wird der prognostizierte Ertrag und damit der Return On Invest einer PV-Anlage erst zeitverzögert erreicht, und die erwartete Rückzahlung durch die Einspeise-vergütung wird dann nicht erzielt. Der GAK wird häufig erst als letzte Komponente in der Investitionskette der einzelnen Elemente bestellt – PV-Module, Modulrahmen und Wechselrichter kommen vorher. Planer und Installateure einer PV-Anlage müssen auf normenkonforme Produkte achten, diese bilden die Basis für sichere und qualitativ wertige GAKs. Für den GAK gilt die Schaltgerätenorm EN 61439-2 — sie beschreibt den Aufbau, die Auswahl der Komponenten und die erforderlichen Prüfungen. Die Norm fordert auch eine umfassende Dokumentation. Die jedem GAK beizulegende Information beschreibt die technischen Eigenschaften und Einsatzbedingungen – wie etwa die Umgebungstemperatur des gesamten GAK. Zusätzlich fordert die Norm Informationen zur richtigen Installation und Wartung. Alle Infos müssen dem GAK als Installationsanweisung in der Landesprache des Aufstellungsortes beigelegt werden.

Qualitativ hochwertiger GAK der neuen Generation - die sogenannten PV-SETs von Phoenix Contact bieten auch wärmetechnisch einen optimalen Aufbau. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Qualitativ hochwertiger GAK der neuen Generation – die sogenannten PV-SETs von Phoenix Contact bieten auch wärmetechnisch einen optimalen Aufbau. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Drei Verfahren für thermische Auslegung

Eine wichtige Rolle spielt auch die thermische Auslegung des GAK – die Schaltgerätenorm lässt hier drei unterschiedliche Verfahren zu. Neben dem Berechnen der maximalen Verlustleistung der einzelnen Komponenten ist auch das Ableiten der Verlustleistung aus vergleichbaren Aufbauten zulässig. Die Verlustleistung verursacht eine Erwärmung innerhalb des GAK. Diese ‚Heizleistung‘ muss kleiner sein als die zulässige Leistung, die durch das Gehäuse an die Umgebung abgegeben werden kann. Bei diesen beiden Verfahren liegt die Herausforderung darin, verlässliche Angaben der Verlustleistung jeder einzelnen Komponente zu ermitteln. Denn auch die Leitungen der internen Verdrahtung, die Leitungsanteile innerhalb des GAK der vor Ort angeschlossenen String-Eingangsleitungen sowie die Ausgangsleitung zum Wechselrichter spielen dabei eine Rolle. Die sogenannten Hotspots innerhalb des GAK – ein weiterer sensibler Punkt – können mit diesen beiden Methoden nicht aufgespürt werden. Als lokale Temperaturspitzen können die Hotspots die Funktion der Komponenten beeinträchtigen. Insbesondere bei Sicherungen spielt die Umgebungstemperatur eine wichtige Rolle. Je höher die Temperatur der Sicherung bereits durch die Umgebungstemperatur ist, desto geringer ist der Anteil der Eigenerwärmung durch den Strom der Sicherung. So kann die Sicherung bereits unter Nennbedingungen auslösen und der String ungewollt abgeschaltet werden.

Generatoranschlusskästen der nächsten Generation
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH


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