Da DC-Überspannungsschutzgeräte für PV-Installationen so ausgelegt sein müssen, dass sie dem Sonnenlicht vollständig ausgesetzt sind, sind sie sehr anfällig für die Auswirkungen von Blitzen. Die Kapazität einer PV-Anlage steht in direktem Zusammenhang mit ihrer exponierten Oberfläche, sodass die potenziellen Auswirkungen von Blitzereignissen mit der Systemgröße zunehmen. Wo es häufig zu Blitzeinschlägen kommt, können ungeschützte PV-Systeme wiederholt und erheblichen Schaden an Schlüsselkomponenten erleiden. Dies führt zu erheblichen Reparatur- und Austauschkosten, Systemausfallzeiten und Umsatzeinbußen. Richtig entworfene, spezifizierte und installierte Überspannungsschutzgeräte (SPDs) minimieren die potenziellen Auswirkungen von Blitzereignissen, wenn sie in Verbindung mit technischen Blitzschutzsystemen verwendet werden.
Langfristige Einwirkung von Transienten geringerer Stärke verschlechtert das Dielektrikum und das Isolationsmaterial in PV-Anlagen, bis es zu einem endgültigen Ausfall kommt. Außerdem können in Mess-, Steuer- und Kommunikationsschaltkreisen Spannungstransienten auftreten. Diese Transienten können als fehlerhafte Signale oder Informationen erscheinen und zu Fehlfunktionen oder Abschaltungen von Geräten führen. Die strategische Platzierung von SPDs mildert diese Probleme, da sie als Kurzschluss- oder Klemmvorrichtungen fungieren.
Technische Eigenschaften von SPDs
Die in PV-Anwendungen am häufigsten verwendete SPD-Technologie ist der Metalloxid-Varistor (MOV), der als Spannungsbegrenzungsvorrichtung fungiert. Andere SPD-Technologien umfassen die Silizium-Avalanche-Diode, gesteuerte Funkenstrecken und Gasentladungsröhren. Die beiden letzteren sind Schaltgeräte, die als Kurzschluss oder Brechstange erscheinen. Jede Technologie hat ihre eigenen Eigenschaften, wodurch sie für eine bestimmte Anwendung mehr oder weniger geeignet ist. Kombinationen dieser Vorrichtungen können auch koordiniert werden, um optimalere Eigenschaften bereitzustellen, als sie einzeln bieten.
Ein SPD muss in der Lage sein, für die kurze Zeit, in der eine Transiente vorhanden ist, den Zustand schnell genug zu ändern und die Größe des Transientenstroms fehlerfrei zu entladen. Das Gerät muss außerdem den Spannungsabfall über dem SPD-Kreis minimieren, um die angeschlossenen Geräte zu schützen. Schließlich sollte die SPD-Funktion die normale Funktion dieser Schaltung nicht beeinträchtigen.
SPD-Betriebseigenschaften werden durch mehrere Parameter definiert, die derjenige verstehen muss, der die SPDs auswählt. Dieses Thema erfordert weitere Details, die hier behandelt werden können, aber die folgenden Parameter sollten berücksichtigt werden: maximale Dauerbetriebsspannung, AC- oder DC-Anwendung, Nennentladungsstrom (definiert durch eine Größe und Wellenform), Spannungsschutzpegel (der Klemmenspannung, die vorhanden ist, wenn das SPD einen bestimmten Strom entlädt) und temporäre Überspannung (eine kontinuierliche Überspannung, die für eine bestimmte Zeit angelegt werden kann, ohne das SPD zu beschädigen).
SPDs mit unterschiedlichen Komponententechnologien können in denselben Schaltkreisen platziert werden. Sie müssen jedoch sorgfältig ausgewählt werden, um eine energetische Koordination zwischen ihnen zu gewährleisten. Die Komponententechnologie mit der höheren Entladeleistung muss den größten Betrag des verfügbaren Übergangsstroms entladen, während die andere Komponententechnologie die Resttransientenspannung auf eine niedrigere Größe reduziert, da sie einen geringeren Strom entlädt.
Das SPD muss über eine integrierte Selbstschutzvorrichtung verfügen, die es vom Stromkreis trennt, falls das Gerät ausfällt. Um diese Trennung deutlich zu machen, zeigen viele SPDs ein Flag an, das den Trennungsstatus anzeigt. Die Anzeige des SPD-Status über einen integrierten Hilfskontaktsatz ist eine verbesserte Funktion, die ein Signal an einen entfernten Standort senden kann. Ein weiteres wichtiges Produktmerkmal, das es zu berücksichtigen gilt, ist, ob das SPD ein berührungssicheres, abnehmbares Modul verwendet, mit dem ein ausgefallenes Modul einfach und ohne Werkzeug ausgetauscht werden kann, oder ob der Stromkreis stromlos geschaltet werden muss.