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| Pressemitteilung 06 vom 23.09.2009 |
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Ressort: Relais |
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Elektromechanische Bauelemente für Solarwechselrichter - Nicht jedes Relais ist geeignet |
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Wechselrichter für Photovoltaikanlagen müssen speziellen Anforderungen genügen, wenn sie mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden sind. Diese lassen sich praktisch nur mit elektromechanische Relais erfüllen. Dass diese Bauelemente darüber hinaus Einfluss auf den Wirkungsgrad des regenerativen Energieerzeugers haben, erläutern in diesem Beitrag die Spezialisten des Relais-Distributors Intertec Components. |
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Photovoltaische Solarenergiesysteme bestehen üblicherweise aus Solarmodulen und einem Wechselrichter für den Netzanschluss. An der Schnittstelle zum Netz liegt das wichtigste Anwendungsgebiet elektromechanischer Relais: Aus Sicherheitsgründen muss zwischen der Erzeugungsanlage und der Netz-Einspeisestelle eine selbsttätige Schaltstelle mit Trennfunktion vorgesehen sein. Diese muss der Norm DIN V VDE V 0126-1-1 von 02.2006 entsprechen. Der wichtigste Punkt ist hier der geforderte Kontaktabstand von 1,5 mm je geschaltetem Pol.
Die selbsttätige Schaltstelle wird in der Regel in den Wechselrichter der PV-Anlagen integriert. Dabei sind je Pol zwei Schalter in Serie vorgeschrieben. Mindestens einer der Serienschalter muss zwingend als Relais oder Schützkontakt ausgeführt sein. Dies erfordert für PV-Anlagen mit galvanischer Trennung und einphasiger Wechselstromeinspeisung mindestens zwei Relaisschließerkontakte, je einer für Phasenleiter L und Neutralleiter N.
Bei PV-Anlagen ohne galvanischer Trennung sind beide Serienschalter elektromechanisch auszuführen. Im Sonderfall kann ein Kontakt je Pol auch von einer PV-Feldabschaltung übernommen werden. Die Trennung muss in jedem Fall mit vier elektromechanischen Kontakten, zwei für L und zwei für N, erfolgen. Dreiphasige Anlagen benötigen eine entsprechend höhere Anzahl von Kontakten. Je nach Schaltungskonzept und Prüfalgorithmen sind auch Ausführungen mit gleichzeitig betätigten Kontakten, z.B. zwei Wechslerrelais mit einem Kontakt für L und einem für N-Trennung, denkbar. Je nach Leistung der Anlage und Art der Einspeisung werden Kontakte für Dauerströme von bis zu 26 A benötigt. 6 KWp und einphasiger Einspeisung ist beispielsweise eine typische Obergrenze für Kleinanlagen auf Einfamilienhäusern.
Zu den speziellen Anforderungen an Wechselrichtern gehört ein möglichst hoher Wirkungsgrad und damit die Minimierung der Verlustleistung im Gerät. Für höchste Effizienz der gesamten Anlage wird um jedes Prozent Wirkungsgrad gerungen. Auch wegen beschränkter Innentemperatur im Gerät sollte die Verlustleistung so gering wie möglich sein. Deshalb sollten auch die Relais im Wechselrichter im Dauerbetrieb mit geringer Leistung zur Ansteuerung der Spulen auskommen. Wegen der definierten Schaltstellung im Einschaltmoment und bei Spannungsausfall werden monostabile Relais bevorzugt, die für diese Anwendung spezielle Konstruktionsmerkmale und Dimensionierung erfordern.
Entscheidend ist die Ansteuerschaltung, um sowohl die Leistungsmerkmale beim Schalten bis zu hohen Umgebungstemperaturen als auch die Möglichkeiten der Verlustleistungsreduktion der Spule zu nutzen. Lösungen sind hier die Absenkung der Haltespannung, bei der die Spule anfangs für 100 ms mit Nennspannung angesteuert wird, die anschließend im Dauerbetrieb auf etwa 75 % abgesenkt werden kann. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Kontakte dabei niedrigere Schwing- und Schockanforderungen erfüllen.
Eine andere Lösung ist Pulsbreitenmodulation, bei de die Spule zunächst mit einem 100 ms langen Impuls angesteuert wird und bei gleicher Amplitude das Tastverhältnis der folgenden Impulse verringert wird. Hierbei sollten eventuelle Auswirkungen auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) geprüft werden.
Beispiele für Relais, die speziell für die Anwendung in Solar-Wechselrichtern konzipiert wurden, sind die bei Intertec erhältlichen Typen PCFN Solar von Tyco Electronics sowie ALFG von Panasonic.
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