Solarstrom-Netzeinspeisung Relais in selbsttätigen Schaltstellen mit Trennfunktion

In Anbetracht der Verknappung der fossilen Energieressourcen und der daraus resultierenden stetigen Steigerung der Energiekosten hat das Thema „Alternative Energien“ und insbesondere die Nutzung der Solarenergie stark an Bedeutung gewonnen.

Fotovoltaische Solarenergiesysteme bestehen aus dem PV-Generator (Solarmodul) und einem Wechselrichter mit Netzanschluss. Genau an der Stelle der Netzeinspeisung kommen Relais zum Einsatz.

Aus Sicherheitsgründen ist zwischen der Erzeugungsanlage und der Netzeinspeisestelle eine selbsttätige Schaltstelle mit Trennfunktion Vorschrift (Bild 1). Diese Schaltstellen müssen der Norm DIN V VDE V 0126-1-1 entsprechen.

Trennung mit zwei oder vier Relais

Die selbsttätige Schaltstelle wird derzeit überwiegend in die 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 bedeutet für PV-Anlagen mit galvanischer Trennung und einphasiger Wechselstromeinspeisung den Einsatz von mindestens zwei Relaisschließerkontakten, je einer für L und N.

Bei PV-Anlagen ohne galvanische Trennung sind beide Serienschalter elektromechanisch zu betätigen. Die Trennung muss dann durch vier Relaiskontakte, zwei für L und zwei für N, erfolgen. Abhängig von der Leistung der Anlage und der Einspeisungsart werden Dauerströme von bis zu 26 A, beispielsweise bei 6 kWp und einphasiger Einspeisung, gefordert.

Aus dieser Norm werden jedoch weitere Forderungen an Relais oder Schütze für den Einsatz in der selbsttätigen Schaltstelle des Wechselrichters generiert. So beispielsweise die Notwendigkeit einer verstärkten Isolation zwischen Spule und Kontaktsystem und einer Kontaktöffnung von minimal 1,5 mm an mindestens einem der Serienkontakte je Pol.

Geringe Leistungsaufnahme im Dauerbetrieb

Eine weitere Forderung der Hersteller gilt der Optimierung des Wirkungsgrades der Wechselrichter. Die Relais dürfen deshalb nur eine geringe Leistungsaufnahme im Dauerbetrieb haben. Auf Grund der definierten Schaltstellung nach einem Spannungsausfall werden monostabile Relais bistabilen Relais gegenüber bevorzugt. Da verbleibende Verlustleistungen von 4 bis 6% der Spitzenleistung die Geräte aufheizen, müssen Innentemperaturen von 70 °C einkalkuliert werden.

Tyco Electronics hat für diese Anwendungen ganz speziell ein leistungsstarkes Relais entwickelt: Das RoHS-konforme Leistungsrelais PCFN Solar (Aufmacherbild). Es benötigt eine sehr niedrige Halteleistung von nur 200 mW und eine Erregerleistung von 1,5 W. Der Kontaktabstand beträgt 1,5 mm und der Nennstrom 26 A. Die erforderliche Leiterplattenfläche beträgt minimale 510 mm2, der Arbeitskontakt des Solar Relais ist einpolig und für einen Betriebstemperaturbereich von –25 bis 75 °C (bzw. 85 °C bei 22 A) ausgelegt.

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