DC SPD für Solarsysteme: Typ 1 vs. Typ 2 Anwendungen 2025

dc spd für photovoltaische Solaranlagen vor zerstörerischen Spannungstransienten, die durch Blitzeinschläge, Schaltvorgänge und Netzstörungen verursacht werden. Die Auswahl geeigneter SPD-Typen und Installationsorte erfordert das Verständnis der kritischen Unterschiede zwischen Geräten des Typs 1 und des Typs 2 und deren Koordination für einen umfassenden Systemschutz. Dieser detaillierte Leitfaden enthält alles, was Solarkonstrukteure und -installateure über die Implementierung eines effektiven DC-SPD-Schutzes wissen müssen.

Blitze stellen die größte Bedrohung für Solaranlagen dar. Direkte Einschläge mit Millionen von Volt und Tausenden von Ampere sind in der Lage, Wechselrichter, Module und andere Geräte sofort zu zerstören. Selbst nahegelegene Einschläge erzeugen durch elektromagnetische Kopplung mit den Leitern von PV-Anlagen, die als Antennen für transiente Energie wirken, schädliche induzierte Überspannungen.

Verstehen von dc spd für Solargrundlagen

Wovor DC SPDs schützen

Photovoltaik-Solarsysteme sind von mehreren Überspannungsquellen bedroht, die geschützt werden müssen. Direkte Blitzeinschläge in Anlagen oder nahegelegene Gebäude speisen enorme Energie in elektrische Systeme ein, während indirekte Einschläge in Hunderten von Metern Entfernung durch elektromagnetische Felder, die sich mit Leitern verbinden, schädliche Spannungen erzeugen. Transiente Schaltspannungen aus dem Betrieb des Versorgungsnetzes erzeugen weniger energiereiche, aber häufige Spannungsspitzen, die die Geräte im Laufe der Zeit kumulativ schädigen.

Die erhöhte Position von Dachanlagen macht sie besonders anfällig für Blitzeinschläge. Bei Anlagen auf hohen Gebäuden oder in offenen Bereichen ist die Einschlagswahrscheinlichkeit höher als bei bodennahen elektrischen Geräten. Lange Gleichstromleitungen zwischen Anlagen und Wechselrichtern dienen als Sammelantennen für direkte Einschlagenergie und elektromagnetisch induzierte Transienten von nahe gelegenen Einschlägen.

Der Gleichstrom-Überspannungsschutz unterscheidet sich vom Wechselstromschutz aufgrund der besonderen Eigenschaften von Gleichstromsystemen. Gleichstromlichtbögen erlöschen nicht wie Wechselstromlichtbögen beim Nulldurchgang, so dass SPDs mit erweiterten Unterbrechungsfähigkeiten für Folgeströme erforderlich sind. Höhere Gleichspannungen in modernen Solarsystemen - in der Regel 600 V bis 1500 V - erfordern SPDs, die für diese extremen Spannungspegel ausgelegt sind, die in Wechselstromsystemen selten vorkommen.

Wie der SPD-Schutz funktioniert

SPDs schützen Geräte, indem sie die Spannung begrenzen, die bei Überspannungsereignissen die geschützten Geräte erreicht. Unter normalen Bedingungen weisen SPDs eine extrem hohe Impedanz auf und belasten die Stromkreise nur minimal. Wenn Überspannungen die Schwellenspannung des SPDs überschreiten, schaltet das Gerät auf niedrige Impedanz um und leitet den Überspannungsstrom sicher zur Erde ab, bevor er geschützte Geräte erreicht.

Der wichtigste SPD-Leistungsparameter ist die Klemmspannung - die maximale Spannung, die bei Überspannungsereignissen an den geschützten Geräteanschlüssen auftritt. Niedrigere Klemmspannungen bieten einen besseren Schutz, erfordern aber SPDs mit engeren Toleranzen und ausgefeilteren Schutzelementen. Die Klemmspannung muss unterhalb des Isolationsniveaus der Geräte bleiben und gleichzeitig hoch genug über der normalen Betriebsspannung liegen, um Fehlauslösungen zu verhindern.

Metalloxid-Varistoren (MOVs) bilden die Grundlage der meisten Solar-DC-SPDs, die einen spannungsabhängigen Widerstand verwenden, der bei Überspannungen drastisch abnimmt. Silizium-Avalanche-Dioden bieten ein schnelleres Ansprechverhalten als MOVs und eine engere Spannungsbegrenzung, bewältigen aber weniger Energie pro Gerät. Gasentladungsröhren (GDTs) bieten die höchste Strombelastbarkeit, sprechen aber langsamer an und werden häufig in hybriden SPD-Konstruktionen mit mehreren Schutzstufen eingesetzt.

💡 Wichtige Erkenntnis: Beim SPD-Schutz handelt es sich nicht um ein einzelnes Gerät, das alle Überspannungen abfängt, sondern um koordinierte SPD-Installationen an mehreren Standorten, die einen umfassenden Schutz bieten. Jedes SPD behandelt Überspannungen entsprechend seinem Standort, wobei vorgelagerte Geräte Bedrohungen mit hoher Energie bewältigen und nachgelagerte Geräte feinen Schutz bieten.

Typ 1 vs. Typ 2 SPD-Klassifikationen

IEC 61643-31 Klassifizierungssystem

Die IEC 61643-31 legt standardisierte SPD-Klassifizierungen für Photovoltaikanlagen fest und definiert Geräte vom Typ 1, Typ 2 und Typ 3 auf der Grundlage ihrer geprüften Strombelastbarkeit und der vorgesehenen Installationsorte. Dieses Klassifizierungssystem hilft Planern bei der Auswahl geeigneter SPDs für verschiedene Positionen in Solaranlagen.

SPDs des Typs 1 werden mit 10/350μs Stromwellenformen getestet, die direkte Blitzstromimpulse simulieren. Diese Geräte müssen extrem hohe Energieinhalte verarbeiten - Prüfströme von typischerweise 25kA bis 100kA pro Leiter. Die Typ-1-Kennzeichnung zeigt an, dass das SPD der Energie eines direkten Blitzeinschlags standhalten kann, wodurch sich diese Geräte für die Installation an Netzeingängen und Array-Ausgangspunkten eignen, an denen direkte Einschlagenergie auftreten kann.

SPDs des Typs 2 testen mit 8/20μs-Wellenformen, die induzierte Stoßströme durch indirekte Blitzeinschläge oder Schalttransienten darstellen. Die Prüfströme liegen zwischen 10kA und 40kA - wesentlich niedriger als bei Typ 1, aber ausreichend für den Schutz vor Überspannungen, die bereits vorgelagerte Schutzelemente durchlaufen haben. Geräte des Typs 2 werden an Anlagenstandorten installiert und bilden die letzte Schutzstufe vor Wechselrichtern und anderer empfindlicher Elektronik.

Klassifizierung	Test Wellenform	Typischer Strom	Primärer Standort
Typ 1	10/350μs	25-100kA	Service-Eingang, Array-Ursprung
Typ 2	8/20μs	10-40kA	Standorte der Geräte, Wechselrichtereingänge
Typ 3	Kombinierte Welle	1-10kA	Individuelle Ausstattung, spezielle Anwendungen

Antragsbasierte Auswahlkriterien

Wählen Sie die SPD-Typen auf der Grundlage des Installationsortes und der zu erwartenden Bedrohungslage aus und nicht einfach die Geräte mit der höchsten Einstufung. SPDs vom Typ 1 kosten erheblich mehr als Geräte vom Typ 2 und sind möglicherweise nicht an allen Installationspunkten erforderlich. Die Kenntnis des Bedrohungsniveaus an verschiedenen Anlagenstandorten ermöglicht einen optimierten Schutz, bei dem Kosten und Wirksamkeit in einem ausgewogenen Verhältnis stehen.

Gleichstrom-Hauptverteiler an den Ursprüngen von Schaltanlagen erfordern in der Regel SPDs des Typs 1, wenn die Schaltanlagen an exponierten Stellen montiert werden, die für direkte Einschläge anfällig sind. Diese Punkte stellen die erste Schutzstufe dar, in der die maximale Überspannungsenergie auftritt, bevor sie von Leitern oder anderen Geräten abgeschwächt wird. Geräte des Typs 1 an den Array-Anfängen schützen die nachgeschaltete Verkabelung und die Geräte vor katastrophaler Energie durch direkte Einschläge.

An den DC-Eingängen von Wechselrichtern werden in der Regel SPDs vom Typ 2 verwendet, die die letzte Schutzstufe für empfindliche Elektronik darstellen. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Überspannungsenergie die Wechselrichter erreicht, haben die vorgelagerte Leiterimpedanz und SPDs des Typs 1 die Bedrohungswerte auf Bereiche reduziert, in denen Geräte des Typs 2 ausreichenden Schutz bieten. Die Installation von Geräten des Typs 1 an jedem Ort ist Geldverschwendung, ohne die Schutzwirkung zu verbessern.

⚠️ Wichtig: Die einfache Installation von mehr SPDs garantiert keinen besseren Schutz - eine falsche Auswahl oder Platzierung von SPDs kann den Schutz sogar verschlechtern, indem Erdschleifen entstehen, Störungen eingeführt werden oder die Schutzkoordination versagt. Befolgen Sie systematische Entwurfsansätze, die Bedrohungsbewertung, SPD-Fähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Installation ausgleichen.

Das Diagramm zeigt die DC-SPD-Schutzzonen in einer PV-Anlage mit Überspannungsschutzgeräten des Typs 1 am Array Combiner und am Hauptschalter, die energiereiche Schläge abfangen, und mit einem SPD des Typs 2 am Wechselrichtereingang, der die Endgeräte schützt

Typ-1-EPPD-Anträge

Array Combiner und String Boxen

Kombinatoren stellen kritische SPD-Installationspunkte des Typs 1 dar, da sie sich an der Schnittstelle zwischen freiliegenden PV-Anlagen und den elektrischen Systemen des Gebäudes befinden. Kombinatoren fassen mehrere String-Stromkreise in einem einzigen Gehäuse zusammen, das oft im Freien an exponierten Stellen montiert ist. Dadurch sind sie sowohl für direkte Blitzeinschläge als auch für induzierte Überspannungen durch nahe gelegene Einschläge anfällig.

Installieren Sie SPDs des Typs 1 in Array-Kombinatoren mit dreipoligen (positiv, negativ, Erde) Konfigurationen für nicht geerdete PV-Systeme oder zweipolig (positiv, Erde) für fest geerdete negative Systeme. Für jeden Pol ist eine angemessene Stromstärke erforderlich, die auf der Bewertung der Blitzeinwirkung beruht - mindestens 25 kA pro Pol für Standorte mit mäßiger Blitzeinwirkung, 50 kA oder mehr für Gebiete mit hoher Blitzeinwirkung.

Koordinieren Sie die SPD-Installation mit dem Überstromschutz, um sicherzustellen, dass die Sicherungen oder Unterbrecher die SPD-Stromkreise schützen, ohne den normalen SPD-Betrieb bei Überspannungen zu beeinträchtigen. Für den Kurzschlussschutz gemäß NEC 690.35 werden für SPD-Stromkreise in der Regel 15-20A-Sicherungen oder Unterbrecher verwendet. In einigen SPDs sind thermische Trennschalter integriert, die ausgefallene Geräte ohne externen Überstromschutz trennen.

Der Montageort beeinflusst die Wirksamkeit von SPDs erheblich. Montieren Sie SPDs mit möglichst kurzen Leitungen zu den zu schützenden Geräten. Lange Leitungen zwischen SPDs und Geräten führen zu Induktivität, die den Schutz beeinträchtigt, da sie bei schnell ansteigenden Überspannungen ein Überschwingen der Spannung ermöglichen. Idealerweise sollten die SPD-Klemmen direkt mit den Klemmen der zu schützenden Geräte verbunden werden, ohne dazwischen liegende Leiter.

Standorte der DC-Hauptunterbrechung

Ein weiterer geeigneter Standort für SPDs des Typs 1 sind DC-Haupttrennschalter, die die gesamten Ausgänge des Arrays steuern. Diese Punkte befinden sich in der Regel zwischen Array-Kombinatoren und Wechselrichter-Geräteräumen und stellen den Gebäudeeingangspunkt dar, an dem NEC 690.35 ausdrücklich Überspannungsschutz vorschreibt, wenn die Stromkreisleiter eine bestimmte Länge überschreiten.

SPDs des Typs 1 an den Haupttrennschaltern bieten redundanten Schutz, der die SPDs des Array Combiners ergänzt und einen umfassenden Schutz bietet. Die beiden Stufen teilen sich die Blitzenergie, wobei die Array-SPDs den größten Teil der Energie abfangen und die SPDs am Hauptschalter einen Backup-Schutz sowie Schutz vor Überspannungen bieten, die über den DC-Stromkreis aus Richtung des Wechselrichters oder des AC-Systems eindringen.

In Wohngebäuden mit kurzen Leitungswegen kann der Haupttrennschalter der einzige Installationspunkt für ein SPD des Typs 1 sein und sowohl als Schutz für die Anlage als auch für den Gebäudeeingang dienen. Ein einziger Schutzpunkt ist ausreichend, wenn die Leitungslängen kurz und die Blitzeinwirkung moderat sind. An Orten mit hoher Blitzeinwirkung oder bei Systemen mit langen Leitungswegen sind mehrere Typ-1-SPD-Installationen von Vorteil.

Bei der Installation von SPD-Hauptschaltern müssen höhere Dauerbetriebsspannungen an dieser Stelle berücksichtigt werden als bei der Installation von Strings oder Combinern. Mehrere parallel geschaltete Strings reduzieren die Spannungswelligkeit an den Combiner-Ausgängen, aber der Haupttrennschalter sieht die volle maximale Leistungspunktspannung des Arrays. Wählen Sie SPDs mit einer maximalen Dauerbetriebsspannung (MCOV), die über der MPP-Spannung des Systems liegt, um eine vorzeitige Degradation der SPDs zu verhindern.

Schutz von bodenmontierten Arrays

Freiflächenanlagen sind einer extremen Blitzeinwirkung ausgesetzt, insbesondere in Regionen mit hoher Gewitterhäufigkeit. Diese Anlagen profitieren von SPDs des Typs 1 an den Reihenverteilern und zusätzlichem Schutz am Hauptsammelpunkt der Anlage. Der verteilte Schutzansatz begrenzt die Energiekonzentration an einem einzelnen SPD und verbessert so die Überlebensfähigkeit des gesamten Systems.

Ziehen Sie Blitzableiter (herkömmliche Blitzableiter) an den Standorten von Bodenanlagen in Betracht, insbesondere bei Anlagen, die über das umliegende Gelände hinausragen. Richtig konzipierte Fangeinrichtungen mit direkter Erdung fangen einige Blitzeinschläge ab, bevor sie in die PV-Anlage einschlagen. Fangeinrichtungen schützen jedoch nur durch direktes Abfangen - sie beseitigen keine induzierten Überspannungen von nahe gelegenen Einschlägen, die einen SPD-Schutz erfordern.

Die Verlegung von Leitern beeinflusst die Anfälligkeit für Überspannungen in Erdungsanordnungen. Verlegen Sie Gleichstromleiter in metallischen Rohren, die mit dem Erdungssystem des Arrays verbunden sind, um eine Abschirmung zu schaffen, die elektromagnetisch induzierte Überspannungen reduziert. Wo ein Kabelkanal nicht möglich ist, bündeln Sie positive und negative Leiter zusammen und minimieren so die Schleifenfläche, die mit elektromagnetischen Feldern koppelt. Große Leiterschleifen wirken wie Empfangsantennen für Überspannungsenergie.

Typ-2-EPPD-Anträge

Schutz des DC-Eingangs des Wechselrichters

Die DC-Eingänge von Wechselrichtern stellen den kritischsten Anwendungspunkt für SPD des Typs 2 dar. Die Elektronik von Wechselrichtern - insbesondere die Schaltungen zur Nachführung des maximalen Leistungspunkts und die DC-DC-Wandler - enthält Niederspannungs-Halbleiter, die extrem empfindlich auf Überspannungsschäden reagieren. SPDs vom Typ 2 an den Wechselrichtereingängen bilden die letzte Schutzstufe für diese empfindlichen Komponenten.

Montieren Sie SPDs vom Typ 2 direkt an den DC-Klemmen des Wechselrichters, nicht in Verteilerkästen oder Combinern, die Wechselrichter speisen. Das Ziel ist es, die Spannung direkt am zu schützenden Gerät zu halten und zu verhindern, dass eine Leiterlänge zwischen SPD und Wechselrichter einen induktiven Spannungsanstieg bei schnellen Stoßströmen verursacht. Viele moderne Wechselrichter verfügen über integrierte SPDs, so dass keine externe SPD-Montage erforderlich ist.

Wählen Sie die SPD-Spannungswerte des Typs 2 sorgfältig aus - Wechselrichter arbeiten je nach Bedingungen mit unterschiedlichen Gleichspannungen von der minimalen MPPT-Spannung bis zur Leerlaufspannung. Die maximale Dauerbetriebsspannung (MCOV) des SPD muss unter allen Bedingungen die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters übersteigen und gleichzeitig eine Klemmspannung liefern, die niedrig genug ist, um die Wechselrichterschaltungen zu schützen. Dieses Gleichgewicht erfordert eine sorgfältige Spezifikation unter Berücksichtigung der temperaturkorrigierten maximalen VOC.

Mehrere Wechselrichter in großen Anlagen erfordern jeweils einen individuellen SPD-Schutz vom Typ 2. Der kollektive Schutz von Wechselrichtern mit einem einzigen SPD am DC-Hauptschalter bietet keinen ausreichenden Schutz, da die Leitungen von diesem Punkt zu den einzelnen Wechselrichtern einen Spannungsanstieg verursachen, der die Wirksamkeit des SPD zunichte macht. Planen Sie SPDs vom Typ 2 für jeden Wechselrichter als wesentliche Schutzkomponenten ein.

🎯 Profi-Tipp: Überprüfen Sie die Garantiebedingungen für Wechselrichter in Bezug auf den Überspannungsschutz - viele Hersteller heben die Garantie auf, wenn Schäden auftreten und ein unzureichender SPD-Schutz festgestellt wird. Dokumentieren Sie SPD-Installationen mit Fotos und Spezifikationen, um den Nachweis eines ordnungsgemäßen Schutzes während der Garantiezeit aufrechtzuerhalten.

Combiner Box Sekundärer Schutz

Während Array-Kombinatoren in der Regel mit SPDs des Typs 1 als Primärschutz ausgestattet sind, können zusätzliche Geräte des Typs 2 in stark exponierten Installationen eine zusätzliche Sicherheitsmarge bieten. SPDs des Typs 2 an den Ausgängen von Combinern schützen vor Überspannungen, die die Fähigkeiten von SPDs des Typs 1 überschreiten oder über unerwartete Pfade eintreten. Dieser redundante Schutz kostet relativ wenig und erhöht die Zuverlässigkeit des Systems erheblich.

Die Kombination aus Typ 1 und Typ 2 an Combinern erfordert eine angemessene Koordination, damit die Geräte bei Überspannungsereignissen nicht gegeneinander kämpfen. Halten Sie zwischen den SPDs vom Typ 1 und Typ 2 mindestens 10-15 Meter Leitungslänge ein, um eine ausreichende Impedanz für die Koordination zu gewährleisten, oder verwenden Sie SPDs, die speziell für den koordinierten Betrieb in unmittelbarer Nähe ausgelegt sind. Eine unsachgemäße Koordinierung führt zu einem vorzeitigen Ausfall der SPDs und einer geringeren Schutzwirkung.

Combiner-Installationen, die mehrere Wechselrichter speisen, profitieren von Typ-2-SPDs am Ausgang des Combiners und zusätzlichen Typ-2-SPDs an jedem Wechselrichtereingang. Der Schutz auf Combiner-Ebene schützt die Abzweigstromkreise, während der Schutz auf Wechselrichter-Ebene einen lokalen Schutz bietet. Dieser mehrstufige Ansatz spiegelt die besten Praktiken in kommerziellen AC-Verteilungssystemen wider, wo SPDs auf mehreren Schutzebenen eingesetzt werden.

Überwachungs- und Kommunikationsschaltungen

Überwachungssysteme, Wetterstationen und Kommunikationsgeräte, die an PV-Anlagen angeschlossen sind, benötigen einen Überspannungsschutz, der der Empfindlichkeit der modernen Elektronik entspricht. SPDs vom Typ 2, die für Niederspannungs-Datenstromkreise ausgelegt sind, schützen diese empfindlichen Komponenten vor Überspannungen, die durch Überwachungskabel einkoppeln. Ethernet-, RS-485- und analoge Sensorschaltungen benötigen alle einen angemessenen Überspannungsschutz.

SPDs für Kommunikationsschaltungen werden an der Schnittstelle zwischen Sensoren/Geräten im Außenbereich und Überwachungssystemen im Innenbereich installiert. Kabel, die zwischen Solaranlagen und Überwachungsräumen verlaufen, wirken wie Antennen, die Überspannungsenergie auffangen, die in die Überwachungselektronik eindringt und Netzwerkkarten, Datenerfassungssysteme und Computer zerstört. Selbst kleine Überspannungen, die PV-Anlagen nicht beschädigen würden, können empfindliche Kommunikationselektronik zerstören.

Koordinieren Sie die SPD-Erdung mit der Erdung der Geräte. Alle SPDs an einem bestimmten Standort sollten sich auf denselben Erdungspunkt beziehen, um zu verhindern, dass Potentialunterschiede in der Erde einen Stoßstromfluss durch geschützte Geräte verursachen. Wenn entfernte Geräte lokale Erdungselektroden verwenden, installieren Sie SPDs für Kommunikationsschaltungen an beiden Enden der Kabel, um Potentialunterschiede durch Blitzstromfluss durch die Erde auszugleichen.

Entscheidungsbaum-Flussdiagramm für die Auswahl von DC-SPDs, das die Bestimmung des Typs 1 gegenüber dem Typ 2 auf der Grundlage der Anforderungen an die Koordinierung der Energieexposition am Installationsort und die Auswahl der Nennspannung für photovoltaische Solaranwendungen zeigt

SPD-Installationsanforderungen

Richtige Erdungsanschlüsse

Der wirksame Betrieb von SPDs hängt vollständig von einer ordnungsgemäßen Erdung ab - SPDs leiten den Stoßstrom zur Erde ab, so dass niederohmige Erdverbindungen für die Schutzleistung entscheidend sind. Verbinden Sie alle Erdungsanschlüsse der SPDs direkt mit der Haupterdungselektrode des Systems und verwenden Sie möglichst kurze Leiter. Lange, gewundene oder verschlungene Erdungsleitungen führen zu einer Impedanz, die den Schutz verschlechtert, da sie bei Überspannungsereignissen einen Spannungsanstieg ermöglichen.

NEC 690.35 erfordert SPD-Erdungsleiter, die gemäß NEC 250.166 bemessen sind, in der Regel mindestens 14 AWG Kupfer für SPDs des Typs 2 und mindestens 6 AWG für Geräte des Typs 1. Die Einhaltung der Mindestanforderungen garantiert jedoch keine optimale Leistung - ziehen Sie 10 AWG für Typ-2- und 4 AWG für Typ-1-Installationen an stark exponierten Standorten in Betracht. Die geringfügig höheren Kosten lohnen sich für die verbesserte Handhabung des Stoßstroms.

Verbinden Sie die SPD-Erdung mit demselben Elektrodensystem, das für die Erdung der PV-Anlage verwendet wird. Mehrere getrennte Erdungen an verschiedenen Orten führen bei Überspannungsereignissen zu einem Anstieg des Erdpotenzials, wodurch Überspannungsströme durch die Geräte zwischen den Erdungspunkten fließen. Ein einziges gemeinsames Erdungssystem stellt sicher, dass alle Geräte und SPDs auf dasselbe elektrische Potential bezogen sind, wodurch Überspannungsströme zwischen den Geräten vermieden werden.

Vermeiden Sie scharfe Biegungen in SPD-Erdungsleitern - Biegungen führen zu einer induktiven Impedanz, die den Spannungsabfall bei schnell ansteigenden Stoßströmen erhöht. Machen Sie sanfte Kurven, wenn die Verlegung Richtungsänderungen erfordert. Einige Installationen profitieren von der Verwendung von flachen Kupferbändern anstelle von Drähten für SPD-Erdungen, da Bänder eine geringere Induktivität aufweisen als runde Drähte mit gleichem Querschnitt.

⚠️ Wichtig: Die Erdungsimpedanz ist für die SPD-Leistung wichtiger als der Erdungswiderstand. Eine Erdungselektrode mit einem Widerstand von 25Ω, aber kurzen geraden Leitern, bietet eine bessere SPD-Leistung als eine Elektrode mit einem Widerstand von 5Ω, die durch 10 Meter gewundenen Draht erreicht wird.

Minimierung der Leitungslänge

Die Leitungslänge zwischen SPDs und geschützten Geräten hat einen entscheidenden Einfluss auf die Schutzleistung. Jeder Meter Leiter führt zu einer Induktivität von etwa 1μH und verursacht einen Spannungsanstieg von etwa 1 kV pro Meter bei einem Stoßstrom di/dt von 1 kA/μ - eine typische Blitzstoßanstiegszeit. Dieser Spannungsanstieg erhöht die SPD-Klemmspannung, wodurch der Schutz beeinträchtigt wird oder sogar eine Spannung entsteht, die ausreicht, um geschützte Geräte trotz SPD-Betrieb zu beschädigen.

Installieren Sie SPDs möglichst in einem Abstand von 0,5 Metern von geschützten Geräteanschlüssen. Dies kann die Montage von SPDs innerhalb von Gerätegehäusen oder auf unmittelbar benachbarten Verteilerkästen erfordern, anstatt sie an abgelegenen Stellen an der Wand zu montieren. Die Unannehmlichkeiten einer nahen Montage lohnen sich für eine deutlich verbesserte Schutzwirkung.

Wenn eine Trennung zwischen SPDs und Geräten nicht vermieden werden kann, sollten die positiven und negativen SPD-Leitungen verdrillt verlegt werden, um die magnetische Schleifenfläche zu minimieren. Die Verdrillung von Leitern verringert die Induktivität, da Vor- und Rückstrompfade nahezu den gleichen Raum einnehmen und sich ihre Magnetfelder weitgehend aufheben. Parallele Leiter, die selbst durch kleine Abstände getrennt sind, erzeugen größere Schleifenbereiche mit proportional höherer Induktivität.

Einige SPD-Hersteller bieten Anschlussklemmen mit geringer Induktivität an, die für flache Kupferschienen- oder -bandverbindungen anstelle von herkömmlichen Drähten ausgelegt sind. Diese Systeme minimieren die parasitäre Induktivität und ermöglichen eine SPD-Montage in etwas größerer Entfernung von den geschützten Geräten ohne übermäßigen Spannungsanstieg. Ziehen Sie diese hochwertigen Designs für kritische Installationen in Betracht, bei denen sich eine SPD-Montage in der Nähe als schwierig erweist.

Abschalt- und Meldefunktionen

SPDs fallen mit der Zeit aufgrund der akkumulierten Überspannungsenergie oder der Alterung der Komponenten aus und müssen ersetzt werden. Qualitäts-SPDs verfügen über visuelle Anzeigen, die den Betriebsstatus anzeigen - in der Regel grüne LEDs oder Indikatoren, die den SPD-Zustand anzeigen, und rote Indikatoren, die einen SPD-Ausfall anzeigen und einen Austausch erfordern. Überprüfen Sie die Anzeigen während der Routinewartung, um ausgefallene SPDs zu identifizieren, bevor Schäden an der Anlage auftreten.

Thermische Abschaltfunktionen isolieren ausgefallene SPDs automatisch und verhindern so Brandgefahren durch Ausfälle von SPD-Komponenten. Ausgefallene MOVs schließen manchmal kurz, anstatt offen auszufallen, und ziehen übermäßigen Strom, der Brände im Gehäuse verursachen kann. Thermische Trennschalter erkennen erhöhte Temperaturen und trennen ausgefallene SPD-Elemente mechanisch, bevor das Feuer ausbricht. NEC 690.35(B) fordert Trennvorrichtungen an SPDs in Photovoltaikanlagen.

Installieren Sie einen externen Überstromschutz für SPDs, wenn die thermischen Trennschalter nicht in das Gerät integriert sind. Sicherungen von typischerweise 15-20 A schützen die SPD-Stromkreise, ohne die Behandlung des Stoßstroms zu beeinträchtigen. Die Sicherungsleistung muss den maximalen Impulsstrom übersteigen, den die SPDs während der Koordinationsprüfung durchlassen, aber einen zuverlässigen Kurzschlussschutz bieten, wenn die SPDs ausfallen. In einigen Ländern sind für SPD-Stromkreise verriegelbare Trennvorrichtungen vorgeschrieben, die einen sicheren Austausch ermöglichen.

Fernüberwachungsfunktionen erweisen sich als wertvoll bei großen oder abgelegenen Solaranlagen, bei denen häufige Besuche vor Ort nicht praktikabel sind. Moderne SPDs mit Netzwerkanbindung melden ihren Betriebsstatus an Gebäudemanagement- oder Überwachungssysteme und generieren Warnungen, wenn Ausfälle auftreten. Diese Funktion gewährleistet einen schnellen Austausch der SPDs, so dass ein kontinuierlicher Schutz aufrechterhalten wird und nicht erst bei der nächsten geplanten Wartung festgestellt werden muss.

Einhaltung von NEC 690.35

Obligatorische SPD-Installationsanforderungen

NEC 690.35(A) schreibt Überspannungsschutzgeräte für Gleichstromkreise von Photovoltaikanlagen vor, wenn die Leiter des Stromkreises bestimmte Abstände zu den zu schützenden Geräten überschreiten. Der Code zielt darauf ab, durch Blitzschlag verursachte Überspannungsschäden zu reduzieren, indem er einen Schutz vorschreibt, wenn die Leiterbahnen ein erhebliches Überspannungspotenzial erzeugen. Wenn man diese Anforderungen versteht, kann man sicherstellen, dass die Anlagen den Vorschriften entsprechen und Inspektionsausfälle vermieden werden.

Anlagen mit Gleichstromkreisleitern, die sich mehr als 2 Meter von der PV-Anlage entfernt befinden, müssen nach dem NEC 2020 über einen SPD-Schutz verfügen. Diese relativ kurze Entfernung bedeutet, dass praktisch alle Solaranlagen mit Ausnahme von Mikro-Wechselrichtersystemen DC-SPDs benötigen - selbst Wohnanlagen mit Wechselrichtern direkt unter dem Montagepunkt der Anlage überschreiten aufgrund der Leitungsführung oft 2 Meter.

Das SPD muss an der ersten leicht zugänglichen Stelle des Gleichstromkreises installiert werden. Bei vielen Installationen bedeutet dies Array-Kombinatoren oder DC-Hauptschalter an Gebäudeeingängen. Einige Systeme installieren SPDs an Wechselrichtereingängen, wenn dies die erste zugängliche Stelle ist, obwohl die beste Praxis oft zusätzliche SPDs an Array-Standorten vorsieht, die mehrere Schutzstufen bieten.

Typ 1 vs. Typ 2 Anforderungen

Der NEC spezifiziert nicht ausdrücklich die Anforderungen an SPDs vom Typ 1 bzw. Typ 2, sondern verweist auf entsprechende Normen wie UL 1449 und IEC 61643-31. In 690.35(D) werden jedoch je nach Installationsort und erwarteter Bedrohung bestimmte Überspannungsstromstärken gefordert. Standorte, die einem direkten Blitzeinschlag ausgesetzt sind, benötigen Typ-1-Fähigkeiten, während für Anlagenstandorte Typ-2-Geräte verwendet werden können.

Der Code schreibt für den Standort und die Anwendung geeignete SPD-Werte vor, überlässt aber die Festlegung der spezifischen Werte dem Urteil der Konstrukteure auf der Grundlage einer technischen Analyse. Diese Flexibilität ermöglicht eine standortspezifische Schutzauslegung, überträgt den Konstrukteuren aber auch die Verantwortung, die Bedrohungen richtig einzuschätzen und angemessene SPD-Werte festzulegen. Ein unzureichender Schutz aufgrund unzureichender SPD-Werte wird bei einer Inspektion erst dann festgestellt, wenn Schäden an der Anlage auftreten.

Die Behörden, die für die Einhaltung der Vorschriften zuständig sind, haben unterschiedliche Auslegungen bezüglich der spezifischen SPD-Bewertungen, die erforderlich sind. Einige Gerichtsbarkeiten verlangen standardmäßig überall SPDs des Typs 1, während andere ordnungsgemäß ausgeführte Anwendungen des Typs 2 an Anlagenstandorten akzeptieren. Besprechen Sie das SPD-Konzept frühzeitig mit den örtlichen Elektroinspektoren, um kostspielige Änderungsaufträge oder Installationsverzögerungen aufgrund unerwarteter Anforderungen zu vermeiden.

Anforderungen an die Auflistung und Kennzeichnung

NEC 690.35(C) schreibt vor, dass SPDs für die jeweilige Anwendung gelistet sein müssen - typischerweise nach UL 1449 für allgemeine SPDs oder nach IEC 61643-31 evaluierte Produkte für solarspezifische Geräte. Die Listungsanforderung stellt sicher, dass die SPDs einer Prüfung durch Dritte unterzogen werden, bei der die Leistungsansprüche und Sicherheitseigenschaften überprüft werden. Vor Ort gefertigte Überspannungsschutzgeräte oder nicht gelistete Geräte erfüllen die Anforderungen der Vorschriften nicht, auch wenn sie theoretisch geeignet sind.

Die ordnungsgemäße Kennzeichnung muss die Nennwerte der SPDs angeben, einschließlich der maximalen Dauerbetriebsspannung (MCOV), der Spannungsschutzklasse (VPR) oder der Klemmspannung und des Nennentladestroms (In) oder des maximalen Entladestroms (Imax). Die Etiketten müssen während der gesamten Lebensdauer des SPD dauerhaft angebracht und lesbar sein. Einige Gerichtsbarkeiten verlangen zusätzliche kundenspezifische Etiketten, die SPDs als Teil des Überspannungsschutzes von Photovoltaikanlagen kennzeichnen.

Der Überstromschutz von SPD-Stromkreisen muss gemäß 690.35(B)(2) deutlich gekennzeichnet sein. Wenn externe Sicherungen oder Unterbrecher SPD-Stromkreise schützen, müssen diese Schutzvorrichtungen mit ihrer Funktion und den korrekten Ersatzwerten gekennzeichnet werden. Dadurch wird ein versehentlicher Austausch mit falschen Nennwerten der Überstromschutzgeräte verhindert, die die SPDs nicht schützen oder die ordnungsgemäße Überspannungskoordination beeinträchtigen könnten.

SPD-Koordinierung und Schutzniveaus

Mehrstufiges Schutzkonzept

Ein umfassender Schutz von Solarsystemen besteht aus mehreren SPD-Stufen, die eine tiefgreifende Verteidigung ermöglichen. Der Primärschutz besteht in der Regel aus SPDs des Typs 1 an den Array-Ursprüngen, die hochenergetische Gleichströme verarbeiten. Der Sekundärschutz besteht aus SPDs des Typs 2 an den Anlagenstandorten, die eine feine Klemmspannung für empfindliche Elektronik bereitstellen. Jede Stufe behandelt Überspannungen, die für ihren Standort geeignet sind, wobei der Energiegehalt über die Stufen hinweg schrittweise abgeschwächt wird.

Eine ordnungsgemäße Koordinierung zwischen den Stufen erfordert eine angemessene Trennung der Leiterimpedanz oder eine bewusst koordinierte SPD-Konstruktion. Wenn SPDs des Typs 1 und des Typs 2 zu nahe beieinander installiert werden, kann die niedrige Leiterimpedanz zwischen ihnen dazu führen, dass das Gerät des Typs 2 mit der niedrigeren Spannung zuerst klemmt, wodurch es gezwungen wird, Energie über seine Nennleistung hinaus zu verarbeiten, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt. Halten Sie einen Abstand von mindestens 10-15 Metern zwischen den Stufen ein oder verwenden Sie SPDs, die speziell für die Koordination in unmittelbarer Nähe entwickelt wurden.

Einige Hersteller bieten koordinierte SPD-Systeme an, bei denen Geräte des Typs 1 und des Typs 2 speziell dafür ausgelegt sind, auch in unmittelbarer Nähe zusammenzuarbeiten. Diese Systeme verwenden SPDs mit sorgfältig ausgewählten Klemmspannungen und Strombegrenzungseigenschaften, die sicherstellen, dass das Gerät vom Typ 1 zuerst aktiviert wird und den Großteil der Überspannungsenergie bewältigt. Ziehen Sie diese erstklassigen Systeme in Betracht, wenn das Gebäudelayout eine Trennung der Stufen erschwert.

Die Entwicklung bei der Energieverarbeitung geht von hochenergetischen Geräten des Typs 1 zu Geräten des Typs 2 mit geringerer Energie, aber stärkerer Klemmung. SPDs des Typs 1 klemmen bei relativ hohen Spannungen - typischerweise 800 V bis 1500 V - und können so massive Energie ohne Schaden verarbeiten. SPDs des Typs 2 klemmen bei niedrigeren Spannungen - 500 V bis 1000 V - und bieten einen besseren Schutz der Geräte, nachdem Geräte des Typs 1 die Überspannungsenergie auf ein handhabbares Niveau reduziert haben.

Überlegungen zum Backup-Schutz

Der Ausfall von SPDs bei Überspannungsereignissen kann dazu führen, dass Geräte gefährdet sind, wenn kein Backup-Schutz vorhanden ist. Redundante SPD-Installationen an kritischen Standorten - insbesondere bei teuren Wechselrichtern oder komplexen Überwachungssystemen - bieten kontinuierlichen Schutz, wenn die primären SPDs ausfallen. Die relativ geringen Kosten für zusätzliche SPDs des Typs 2 an den Standorten der Geräte erweisen sich oft als lohnend im Vergleich zu den Kosten für den Austausch der Geräte nach einem ungeschützten Überspannungsereignis.

Der Überstromschutz für SPD-Stromkreise bietet einen Backup-Schutz durch Isolierung ausgefallener SPDs. Wenn SPDs einen Kurzschluss verursachen, wird die Überstromschutzeinrichtung aktiviert und entfernt das ausgefallene Gerät. Diese Sicherung kommt jedoch zu spät, um vor der Überspannung zu schützen, die den Ausfall des SPD verursacht hat - die Geräte könnten bereits beschädigt sein. Der Überstromschutz beugt Brandgefahren und Dauerfehlern vor, ersetzt aber nicht den ordnungsgemäß bemessenen SPD-Erstschutz.

Ziehen Sie zusätzliche Schutzelemente wie Überspannungssicherungen in String-Schaltungen in Betracht, die einen zusätzlichen Schutz speziell für PV-Module bieten. Standard-GPV-Sicherungen schützen vor Überstrom, aber überspannungsfeste Varianten bieten auch einen begrenzten Überspannungsschutz, der die Module vor Gleichtaktüberspannungen schützt. Dieser zusätzliche Schutz ergänzt den SPD-Schutz, anstatt ihn zu ersetzen.

Häufige Fehler bei der Installation und Verstöße gegen die Vorschriften

❌ Verwendung von SPDs mit Wechselspannung in Gleichstromanwendungen

Problem: Installation von SPDs, die nur für den AC-Betrieb ausgelegt sind, in DC-Solaranwendungen ohne Überprüfung der DC-Fähigkeit.

Häufige Szenarien:
- Unter der Annahme, dass AC-Spannungswerte für DC-Systeme gelten
- Verwendung von Standard-Gebäude-AC-SPDs in PV-Anlagen
- Fehlende Überprüfung der Gleichstrom-Nennwerte auf der SPD-Kennzeichnung

Berichtigung: Spezifizieren Sie SPDs, die ausdrücklich für den Gleichstrombetrieb bei den Systemspannungspegeln gemäß IEC 61643-31 oder UL 1449 DC-Bewertungen ausgelegt sind. Die Anforderungen an den AC- und DC-Überspannungsschutz unterscheiden sich erheblich - AC-SPDs verfügen nicht über die für den DC-Betrieb erforderliche Folgestromunterbrechungsfähigkeit und können katastrophal ausfallen. Vergewissern Sie sich, dass jedes installierte SPD über die für die jeweilige Anwendung geeigneten Gleichspannungs- und Stromwerte verfügt.

❌ Übermäßige SPD-zu-Geräte-Leitungslängen

Problem: Installation von SPDs in einiger Entfernung von geschützten Geräten mit langen Anschlussleitern.

Häufige Szenarien:
- Wandmontage der SPDs in einigem Abstand zu den Wechselrichtern für ein sauberes Erscheinungsbild
- Installation von SPDs in Verteilerkästen statt direkt an Geräteanschlüssen
- Verlegung von SPD-Leitungen durch komplexe Kabelkanäle anstelle von geraden Verbindungen

Berichtigung: Montieren Sie SPDs innerhalb von 0,5 Metern von geschützten Geräten und verwenden Sie möglichst kurze Leitungen. Jeder Meter Leitung führt zu einem zusätzlichen induktiven Spannungsanstieg bei Überspannungen, der die Schutzwirkung beeinträchtigt. Geben Sie der Schutzleistung den Vorrang vor der Ästhetik der Installation. Die Akzeptanz von etwas unordentlicheren Installationen mit dicht montierten SPDs lohnt sich für einen deutlich verbesserten Schutz der Geräte.

❌ Unsachgemäße oder fehlende Erdungsverbindungen

Problem: SPD-Erdverbindungen mit ungeeigneten Leitergrößen, übermäßigen Längen oder mehreren separaten Erdungselektroden.

Häufige Szenarien:
- Verwendung des Mindestdrahtdurchmessers anstelle von optimalen größeren Leitern
- Schaffung von Umwegen anstelle von kürzesten direkten Wegen
- Erdung verschiedener SPDs an getrennten Elektroden, wodurch Erdschleifen entstehen

Berichtigung: Verwenden Sie mindestens 10 AWG für SPDs des Typs 2 und 4 AWG für Geräte des Typs 1 mit geraden, direkten Leitungen zum gemeinsamen Erdungselektrodensystem. Verbinden Sie alle SPDs und Geräte mit einem einzigen Elektrodensystem, um Erdpotentialunterschiede zu vermeiden, die Stoßströme zwischen den Geräten verursachen. Ziehen Sie flache Kupferbänder für hochwertige Installationen in Betracht, um die induktive Impedanz gegenüber Runddraht zu verringern.

❌ Keine SPD-Statusüberwachung oder Wartung

Problem: Installation von SPDs ohne Statusanzeige oder ohne Überprüfung des Betriebszustands.

Häufige Szenarien:
- Unter der Annahme, dass SPDs während der gesamten Lebensdauer des Systems kontinuierlichen Schutz bieten
- Keine routinemäßige Überprüfung der SPD-Statusindikatoren
- Defekte SPDs, die jahrelang ohne Ersatz in den Systemen verbleiben

Berichtigung: Spezifizieren Sie SPDs mit visueller Statusanzeige, die den Betriebszustand anzeigt. Nehmen Sie die SPD-Inspektion in die Routinewartung auf - überprüfen Sie die Anzeigen vierteljährlich in stark exponierten Gebieten oder jährlich in gemäßigten Gebieten. Tauschen Sie ausgefallene SPDs sofort aus, anstatt sie aufzuschieben - ein Betrieb ohne Überspannungsschutz kann in der nächsten Blitzsaison zu teuren Geräteschäden führen. Erwägen Sie die Fernüberwachung von SPDs für kritische oder unzugängliche Installationen.

Besondere Anwendungserwägungen

Freistehende und geerdete PV-Systeme

Freistehende (ungeerdete) PV-Anlagen, bei denen kein Leiter absichtlich mit der Erde verbunden ist, haben andere SPD-Anforderungen als geerdete Anlagen. Freistehende Systeme benötigen dreipolige SPDs, die gleichzeitig den positiven, negativen und geerdeten Leiter schützen. Geerdete Systeme können einen zweipoligen Schutz verwenden, wenn der negative Leiter fest mit der Erde verbunden ist, obwohl dreipolige Designs einen robusteren Schutz bieten.

Die maximale Dauerbetriebsspannung (MCOV) des SPD muss die Konfiguration der Systemerdung berücksichtigen. Bei erdfreien Systemen entwickelt sich die Spannung auf den positiven und negativen Leitern im Verhältnis zur Erde gleichmäßig. Bei einem 600-V-Gleichstromsystem kann jeder Leiter ±300 V im Verhältnis zur Erde erreichen. SPDs für jeden Leiter benötigen MCOV-Werte, die für diese Spannung geeignet sind, was möglicherweise die Verwendung von Geräten mit niedrigerer Spannung als bei geerdeten Systemen ermöglicht, bei denen die volle Spannung auf dem ungeerdeten Leiter auftritt.

Die Erdschlusserkennung steht in Wechselwirkung mit der Installation von SPDs sowohl in geerdeten als auch in erdfreien Systemen. SPDs erzeugen im Betrieb absichtlich leitende Pfade zur Erde, was dazu führen kann, dass Erdschlusserkennungssysteme bei Überspannungsereignissen auslösen. Wählen Sie GFD-Systeme, die mit dem Vorhandensein von SPDs kompatibel sind, und verwenden Sie Erkennungsschwellen, die über den SPD-Ableitströmen liegen, aber niedrig genug sind, um gefährliche Erdschlüsse zu erkennen.

Hochspannungssysteme (>1000V DC)

Solarsysteme, die mit mehr als 1000 V Gleichstrom betrieben werden - und die in Großanlagen immer häufiger vorkommen - erfordern spezielle SPDs, die für extreme Spannungspegel ausgelegt sind. Die Verfügbarkeit von Komponenten ist bei diesen Spannungen eingeschränkt, da nur wenige Hersteller geeignete Produkte anbieten. Eine frühzeitige SPD-Spezifikation und -Beschaffung erweist sich als entscheidend, um Projektverzögerungen aufgrund langer Vorlaufzeiten oder begrenzter Lieferantenoptionen zu vermeiden.

Hochspannungs-SPD-Installationen erfordern erhöhte Sicherheitsvorkehrungen wie größere Kriech- und Luftabstände, geschlossene SPD-Module, die eine versehentliche Berührung verhindern, und umfassende Warnhinweise. Mitarbeiter, die an Hochspannungsanlagen arbeiten, benötigen eine spezielle Ausbildung, die über die Standardqualifikationen im Bereich Elektrotechnik hinausgeht. Dokumentieren Sie SPD-Installationen gründlich, einschließlich Schaltplänen und Wartungsprozeduren speziell für Hochspannungsanlagen.

Erwägen Sie hybride SPD-Technologien für Hochspannungsanwendungen. Gasentladungsröhren gepaart mit Metalloxidvaristoren bieten die Hochspannungsfähigkeit von GDTs mit der engen Spannungsbegrenzung von MOVs. Silizium-Avalanche-Dioden bieten eine ultraschnelle Reaktion zum Schutz empfindlicher Hochspannungselektronik, erfordern jedoch Serien-Parallel-Anordnungen, um eine anhaltende Leistung zu bewältigen. Wenden Sie sich an einen Überspannungsschutzspezialisten, wenn Sie ein Hochspannungssystem entwerfen wollen, anstatt von Erfahrungen mit niedrigeren Spannungen auszugehen.

Standorte mit extremer Blitzexposition

In Regionen mit außergewöhnlich hoher Blitzdichte - über 10 Blitze pro Quadratkilometer pro Jahr - kann ein erhöhter Schutz erforderlich sein, der über die Mindestanforderungen der Vorschriften hinausgeht. Energieversorgungsanlagen in Florida, an der Golfküste oder in Gebirgsregionen sind extremen Blitzbelastungen ausgesetzt, die einen robusten Schutz mit großzügigen Sicherheitsreserven erfordern.

Ziehen Sie an extrem exponierten Standorten externe Blitzschutzsysteme mit Luftanschlüssen und Ableitungen in Betracht, die von den elektrischen PV-Systemen getrennt sind. Ein ordnungsgemäßes Blitzschutzsystem (LPS) gemäß NFPA 780 oder IEC 62305 fängt einige Einschläge ab, bevor es an die PV-Anlage angeschlossen wird, obwohl SPDs für den Schutz vor induzierten Überspannungen weiterhin erforderlich sind. Die LPS- und SPD-Systeme arbeiten zusammen und bieten einen umfassenden Schutz, der sowohl direkte Einschläge als auch induzierte Überspannungen abfängt.

Fernüberwachung und schnelle SPD-Austauschprotokolle erweisen sich in stark exponierten Regionen als besonders wichtig. Planen Sie den jährlichen Austausch von SPDs auch ohne beobachtete Ausfälle ein - die kumulative Belastung durch zahlreiche Überspannungsereignisse unterhalb der Schwellenwerte verschlechtert die SPD-Leistung allmählich, bis es zu einem katastrophalen Ausfall kommt. Ein proaktiver Austausch, der sich an der Exposition orientiert, anstatt auf Ausfälle zu warten, sorgt für optimalen Schutz und verhindert teure Geräteschäden.

Vollständiges DC-SPD-Installationsschema für eine Photovoltaikanlage mit Überspannungsschutzgeräten des Typs 1 am Array Combiner und am Hauptschalter mit SPDs des Typs 2 an den Wechselrichtereingängen und gemeinsamen Erdungselektrodenanschlüssen

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Hauptunterschied zwischen SPDs vom Typ 1 und Typ 2 für Solaranwendungen?

SPDs des Typs 1 schützen vor direkter Blitzenergie, die mit 10/350μs-Wellenformen bei 25-100kA getestet wurde, und eignen sich daher für den Ursprung von Arrays und Service-Eingänge. SPDs des Typs 2 schützen vor induzierten Überspannungen und gedämpften Blitzen, die mit 8/20μs-Wellenformen bei 10-40kA getestet werden, und eignen sich für Anlagenstandorte nach vorgeschaltetem Schutz. Geräte des Typs 1 werden dort installiert, wo die maximale Überspannungsenergie auftritt, während Geräte des Typs 2 die letzte Schutzstufe für empfindliche elektronische Geräte darstellen, nachdem die Überspannungsenergie durch Leiter und vorgelagerte SPDs teilweise abgeschwächt worden ist.

Wo genau sollte ich SPDs vom Typ 1 bzw. Typ 2 in meiner Solaranlage installieren?

Installieren Sie SPDs des Typs 1 an Array-Kombinatoren oder String-Boxen, wo die Leiter von freiliegenden PV-Arrays ausgehen, sowie an DC-Haupttrennschaltern an Gebäudeeingängen. Diese Stellen sind der höchsten Überspannungsenergie durch direkte oder nahe Blitzeinschläge ausgesetzt. Installieren Sie SPDs vom Typ 2 an den DC-Eingangsanschlüssen von Wechselrichtern, um die empfindliche Leistungselektronik endgültig zu schützen. Große Systeme profitieren von Typ 1 an den Combinern und dem Haupttrennschalter plus Typ 2 an jedem Wechselrichter, wodurch ein dreistufiger, koordinierter Schutz entsteht.

Brauche ich DC-SPDs, wenn meine Solaranlage bereits über einen AC-Überspannungsschutz verfügt?

Ja, DC- und AC-Überspannungsschutz sind auf unterschiedliche Bedrohungen in verschiedenen Systemabschnitten ausgerichtet. DC-SPDs schützen PV-Anlagen, String-Verkabelung, Combiner und Wechselrichter-DC-Eingänge vor Überspannungen, die über den DC-Stromkreis eintreten - AC-SPDs können diese Komponenten nicht schützen. Blitzeinschläge in PV-Anlagen oder Blitzeinschläge in der Nähe, die Überspannungen in DC-Leitern verursachen, erfordern DC-SPDs zum Schutz. AC-SPDs schützen den AC-Ausgang des Wechselrichters und das elektrische System des Gebäudes vor Überspannungen, die über die Netzanschlüsse eintreten, und erfüllen damit eine völlig andere Schutzfunktion als DC-SPDs.

Wie erkenne ich, wann meine SPDs ersetzt werden müssen?

Qualitäts-SPDs verfügen über visuelle Indikatoren, die den Betriebsstatus anzeigen - in der Regel grün für normalen Betrieb und rot für einen Ausfall, der einen Austausch erfordert. Überprüfen Sie die Anzeigen vierteljährlich an besonders exponierten Orten oder jährlich an anderen Orten. Einige SPDs verfügen über Fernüberwachungskontakte, die den Status an das Gebäudemanagementsystem melden. Ersetzen Sie jedes SPD, das einen Ausfall anzeigt, sofort. In Regionen mit extremer Blitzeinwirkung sollte ein proaktiver Austausch alle 5-7 Jahre in Erwägung gezogen werden, unabhängig vom Status der Anzeige, da eine kumulative Überspannungseinwirkung unterhalb der Schwellenwerte die Leistung auch ohne offensichtliche Ausfälle allmählich verschlechtert.

Kann ich dasselbe SPD sowohl für 600V- als auch für 1000V-DC-Solarsysteme verwenden?

Nein, die SPD-Spannungswerte müssen der maximalen System-Leerlaufspannung einschließlich Temperaturkorrektur entsprechen oder diese übersteigen. Ein 600-V-System könnte SPDs mit einem Nennwert von 800 V DC erfordern, während 1000-V-Systeme einen Nennwert von 1200-1500 V DC benötigen. Die Verwendung von SPDs mit einem zu niedrigen Nennwert führt zu einem vorzeitigen Ausfall oder lässt zu, dass eine zu hohe Spannung die geschützten Geräte erreicht. Die maximale Dauerbetriebsspannung (MCOV) der SPDs muss über der maximalen Punktspannung des Systems liegen, während der Spannungsschutzwert unter dem Isolationsniveau der Geräte bleiben muss. Spezifizieren Sie SPDs immer explizit für Ihre Systemspannung mit angemessener Sicherheitsmarge.

Was passiert, wenn ich keine SPDs vom Typ 1 an den Anlagenstandorten installiere und nur SPDs vom Typ 2 an den Wechselrichtern verwende?

SPDs des Typs 2 an Wechselrichtern können ausfallen, wenn sie energiereichen Überspannungen ausgesetzt sind, die normalerweise von vorgeschalteten Geräten des Typs 1 bewältigt werden. Blitzeinschläge oder nahegelegene Einschläge können Energiemengen einspeisen, die die Nennwerte des Typs 2 übersteigen, was zu einem katastrophalen Ausfall der SPDs führt und die volle Überspannungsenergie in die Wechselrichter gelangen lässt. Selbst wenn SPDs des Typs 2 die erste Überspannung überstehen, werden sie durch die Belastung allmählich abgebaut und müssen häufig ersetzt werden. Für einen ordnungsgemäßen Schutz werden an jedem Standort geeignete SPD-Typen verwendet - Typ 1, wo die hohe Energie auftritt, und Typ 2 für den Endgeräteschutz nach der Energiedämpfung.

Wie nahe müssen SPD-Erdungsanschlüsse an geschützten Geräten liegen?

SPD-Erdungsleiter sollten so kurz wie möglich sein - idealerweise weniger als 1 Meter - und direkt mit dem Haupterdungssystem verbunden werden. Jeder Meter Erdungsleiter führt eine Induktivität von etwa 1μH ein, die bei schnellen Stoßströmen einen Spannungsanstieg von etwa 1 kV verursacht. Dieser Spannungsanstieg addiert sich zur SPD-Klemmspannung und kann trotz SPD-Betrieb zu schädlichen Spannungen führen. Verwenden Sie gerade, direkte Erdungspfade und vermeiden Sie Spulen oder unnötige Biegungen. Bei hochwertigen Installationen sollten Sie flache Kupferbänder statt runder Drähte verwenden, um die Induktivität zu verringern. Verbinden Sie alle SPDs und Geräte mit einer einzigen gemeinsamen Erdungselektrode, um Erdschleifenströme zu vermeiden.