Was ist der Unterschied zwischen DC-Überspannungsschutzgeräten (SPD) des Typs 1 und des Typs 2, und wie wähle ich das richtige Gerät für meine PV-Anlage aus?

Dies ist ein entscheidender Unterschied, da die Verwendung des falschen Typs zu Sicherheitsrisiken oder unzureichendem Schutz führen kann. Typ 1 (Klasse I) SPD: Entwickelt für die Ableitung hochenergetischer transienter Ströme, typischerweise durch direkte Blitzeinschläge. Er ist durch die Wellenform 10/350 µs gekennzeichnet. Sie sind in Anlagen mit äußerem Blitzschutz (z. B. Blitzableiter auf demselben Gebäude) oder in großen Solarparks vorgeschrieben. Sie werden am Hauptverteilungspunkt installiert. SPD des Typs 2 (Klasse II): Sie sind für induzierte Überspannungen mit geringerer Energie (Schalttransienten und indirekte Blitzeinschläge) ausgelegt und zeichnen sich durch die Wellenform 8/20 µs aus. Diese SPDs werden am häufigsten in gewerblichen und privaten PV-Verteilerkästen und am DC-Eingang des Wechselrichters eingesetzt. Wie man sich entscheidet: Wenn sich Ihre PV-Anlage auf einem offenen Feld mit einem Blitzableiter befindet, benötigen Sie einen SPD vom Typ 1 am Hauptverteiler der Anlage. Wenn Sie eine Standard-Aufdachanlage ohne externen Blitzableiter installieren, ist ein SPD vom Typ 2 in der Regel ausreichend. Überprüfen Sie immer die örtlichen Elektrovorschriften (NEC 690.41 in den USA) auf verbindliche Anforderungen.

Wenn meine Gleichspannung 1000 V beträgt, das SPD-Datenblatt aber eine maximale Dauerbetriebsspannung (Ucpv) von 1100 V angibt, ist dieses SPD dann für mein System geeignet?

Ja, dieses SPD ist wahrscheinlich geeignet, und die Spannungsspanne ist in der Tat eine gute Praxis. Dies bezieht sich auf das Konzept der "vorübergehenden Überspannungen" (TOV). Das Prinzip: Die maximale Dauerbetriebsspannung (Ucpv oder Uc) ist die Spannung, die der SPD dauerhaft aushalten kann, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung kommt. In Photovoltaikanlagen ist die Spannung nicht vollkommen stabil. Sie schwankt mit der Temperatur und der Bestrahlungsstärke. Die Sicherheitsmarge: Sie sollten einen SPD wählen, dessen Uc-Wert mindestens das 1,2-fache der Leerlaufspannung des Systems (Voc stc) beträgt. Bei einem 1000-V-Gleichstromsystem beispielsweise liegt der empfohlene Uc-Wert in der Regel bei 1100 V DC oder höher. Warum die zusätzliche Marge? Wenn Sie einen SPD mit einem Uc-Wert wählen, der genau den 1000 V Ihres Systems entspricht, könnte ein Spannungsanstieg bei kalten Temperaturen (der die Spannung der Schalttafel erhöht) die Systemspannung über den Uc-Schwellenwert treiben, was dazu führt, dass der SPD unnötig arbeitet (Kurzschluss) oder vorzeitig ausfällt. Ein höherer Uc-Wert stellt sicher, dass der SPD diese normalen Spannungsschwankungen "übersteht" und nur bei einem echten Überspannungsereignis aktiviert wird.

Technisches Handbuch für DC-Überspannungsschutzgeräte

Ein DC-Überspannungsschutzgerät (SPD) begrenzt transiente Überspannungen und leitet Stoßströme von Betriebsmitteln ab. Bei Photovoltaikanlagen sind die entscheidenden Fragen, wo das Gerät installiert wird, ob es für die maximale Leerlaufspannung der PV-Anlage bei der niedrigsten zu erwartenden Temperatur ausgelegt ist und wie es mit dem Wechselrichter und anderen Schutzeinrichtungen koordiniert ist. Dieser Leitfaden konzentriert sich auf die DC-Seite von PV-Anlagen; Batterie-, EV- und Telekommunikations-DC-Systeme erfordern separate Anwendungsprüfungen.

Was bewirkt ein DC-SPD?

Eine Überspannung kann durch Blitzeinschläge in der Nähe oder durch Schaltvorgänge induziert werden. Ein SPD, das zwischen die entsprechenden Leiter geschaltet ist, bleibt bei normaler Spannung nichtleitend und leitet während eines transienten Vorgangs, wodurch die am Gerät anliegende Spannung begrenzt wird. Es ist ein Teil eines Schutzsystems: Potenzialausgleich, Erdung, Leitungsführung und ein entsprechend bemessener Überstromschutz sind weiterhin wichtig. Ein SPD kann das Überleben bei einem direkten Blitzeinschlag nicht garantieren und ersetzt keine Sicherung oder keinen Leitungsschutzschalter.

DC surge protective device selection for photovoltaic systems

Wichtige Kenndaten auf dem Datenblatt

U_CPV / U_c: Maximale Dauerspannung. Vergleichen Sie diese bei einem PV-Generator mit der berechneten maximalen Leerlaufspannung des Strings, einschließlich des Anstiegs bei kalten Temperaturen. Wählen Sie das Gerät nicht allein auf Basis der Nennbetriebsspannung aus.
U_p: Spannungsschutzpegel unter den angegebenen Prüfbedingungen. Vergleichen Sie diesen mit der Stoßspannungsfestigkeit der Betriebsmittel und berücksichtigen Sie den Spannungsabfall an den Anschlussleitungen. Ein niedrigerer Wert ist nicht automatisch besser, wenn die Dauerspannungsfestigkeit ungeeignet ist.
I_n und I_max: Ableitvermögen unter der spezifizierten 8/20 μs Testwellenform. Vergleichen Sie Produkte nur, wenn Wellenform, Prüfklasse und Bemessungsgrundlage identisch sind.
I_imp: Stoßstrom-Bemessungswert für ein Gerät vom Typ 1/Klasse I, angegeben mit seiner Testwellenform. Er ist nicht austauschbar mit I_max.
Informationen zu Kurzschluss und Trennvorrichtung: Überprüfen Sie die vom Hersteller angegebene PV-Fehlerstromfestigkeit, den erforderlichen Vorsicherungsschutz, das Anschlussschema, die Statusanzeige und die Austauschhinweise.

PV-Normen und der Anwendungsbereich dieses Leitfadens

IEC 61643-31 spezifiziert die Prüfanforderungen für Überspannungsschutzgeräte (SPD) auf der Gleichstromseite von PV-Generatoren und Wechselrichtern mit Nennspannungen bis zu 1.500 V DC. Der Anwendungsbereich schließt PV-Systeme mit Energiespeichern aus. IEC 61643-32 bietet Anwendungsrichtlinien für die Auswahl, Installation und Koordination von PV-SPDs. Für Batterien oder andere Niederspannungs-Gleichstromanwendungen prüfen Sie die geltende Produktnorm und die genaue Gerätezertifizierung; eine reine PV-Deklaration ist kein Nachweis für die Eignung in diesem Stromkreis.

Typ 1 oder Typ 2: Entscheidungshilfe

Geräte vom Typ 1/Klasse I werden auf Blitzstromimpulse geprüft; Geräte vom Typ 2/Klasse II werden auf induzierte und schaltbedingte Überspannungen geprüft. Die erforderliche Klasse und Platzierung hängen vom Blitzschutzsystem des Gebäudes, dem Trennungsabstand, den örtlichen Installationsvorschriften und der Risikobewertung des Projekts ab. Eine Dachanlage erfordert nicht automatisch einen Typ 1, und eine Freiflächenanlage macht nicht automatisch ein bestimmtes Gerät oder eine bestimmte Position zur richtigen Wahl. Nutzen Sie das Blitzschutzkonzept des Projekts und die Koordinationsanweisungen des Herstellers.

Wo ist der Schutz in einer PV-Anlage zu installieren?

Betrachten Sie die Seite des Solargenerators bzw. des Generatoranschlusskastens, den DC-Eingang des Wechselrichters und die AC-Seite des Wechselrichters als separate Schutzpunkte. Die Anzahl und Position der Überspannungsschutzgeräte (SPD) hängen von den Leitungslängen, der Erdungskonfiguration und der Spannungsfestigkeit der Betriebsmittel ab. Halten Sie die SPD-Anschlüsse kurz und verlegen Sie die Leiter gemäß den Installationsanweisungen; lange Leitungen können die am Gerät ankommende Spannung erhöhen. Siehe unseren Leitfaden zum Schutz von Solarwechselrichtern und Übersicht zum PV-Schutz für den breiteren Planungshintergrund.

Kann ein AC-SPD in einem DC-Stromkreis verwendet werden?

Gehen Sie nicht davon aus, dass ein reiner AC-Überspannungsschutz (SPD) für einen PV-DC-String geeignet ist. Die Dauerspannung, das Abschaltverhalten, der verfügbare Fehlerstrom und die Zertifizierung müssen alle auf die DC-Anwendung abgestimmt sein. Lesen Sie unseren AC-SPD in DC-Systemen Artikel zu den Fehlermodi und Auswahlkriterien.

Eine praktische Checkliste zur Auswahl von PV-Überspannungsschutzgeräten

Berechnen Sie die maximale Leerlaufspannung des PV-Strings bei der niedrigsten Auslegungstemperatur des Standorts.
Bestätigen Sie, dass das SPD für die PV-DC-Anwendung vorgesehen und zertifiziert ist und dass U_CPV die berechnete Spannung abdeckt.
Wählen Sie die Prüfklasse und die Ableitvermögen basierend auf dem Blitzschutzkonzept und den örtlichen Installationsvorschriften aus.
U vergleichen_p mit der Stoßspannungsfestigkeit der geschützten Betriebsmittel und unter Berücksichtigung der installierten Leitungen.
Erdungskonzept, Polarität und den Anschlussplan des Herstellers prüfen.
Vorsicherung, Fehlerstromgrenzwerte, Trennvorrichtung/Statusanzeige und Schutzart des Gehäuses bestätigen.
Geräte an mehreren Schutzpunkten gemäß den Herstelleranweisungen koordinieren; die Koordination nicht allein aus den kA-Werten ableiten.

Wie sieht es mit Batterien, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und Telekommunikations-Gleichstrom aus?

Diese Systeme weisen unterschiedliche Spannungsbereiche, Quellenverhalten und Fehlerstrombedingungen auf. Übertragen Sie eine PV-SPD-Spezifikation nicht automatisch auf ein Batterierack oder einen DC-Bus für das Laden von Elektrofahrzeugen. Ermitteln Sie die deklarierte Anwendung und den Prüfstandard des Geräts, prüfen Sie die maximale Dauerspannung sowie den Fehlerstrom und befolgen Sie das Schutzdesign des Systemintegrators. Für weitere Informationen siehe unseren Artikel zu EV-Ladestationen und Energiespeichern.

Preis und Beschaffung

Ein zuverlässiger Preisvergleich erfordert die gleiche Anwendung, Nennspannung, Prüfklasse, Ableitvermögen, Polkonfiguration, Gehäuseart und Zertifizierungsunterlagen. Allgemeine Online-Preisspannen belegen nicht, dass ein Gerät für eine bestimmte Installation geeignet ist. Fordern Sie beim Lieferanten das modellspezifische Datenblatt, die Konformitätserklärung oder den Prüfbericht, den Schaltplan, die Anforderungen an den Vorsicherungsschutz sowie ein Angebot an.

Häufig gestellte Fragen

Ist ein 1.100 V DC Überspannungsschutzgerät (SPD) für ein 1.000 V PV-System geeignet?

Die Nennspannung des Systems allein ist nicht ausreichend. Berechnen Sie die maximale Leerlaufspannung des Solargenerators bei der niedrigsten Auslegungstemperatur und vergleichen Sie diese mit der angegebenen U_CPV. Überprüfen Sie zudem das Anschlussschema, die Fehlerstrombedingungen und die Herstelleranweisungen. Es gibt keinen universellen 1,2-fachen Multiplikator, der diese Berechnung ersetzen kann.

Bedeutet ein höherer kA-Wert immer einen besseren Schutz?

Nein. Vergleichen Sie die gleiche Prüfwellenform und -klasse und berücksichtigen Sie dann den Spannungsschutzpegel, die Dauerspannungsfestigkeit, den Installationsort und die Koordination. Ein höherer Einzelwert kann eine ungeeignete Nennspannung oder eine fehlerhafte Verdrahtung nicht ausgleichen.

Schlussfolgerung

Der sicherste Weg zur Auswahl eines DC-SPD besteht darin, vom tatsächlichen Stromkreis und den zu schützenden Geräten auszugehen und anschließend die Gerätenennwerte, den Anwendungsbereich und die Installationsanweisungen zu prüfen. Verwenden Sie für PV-Projekte die Produktdokumentation nach IEC 61643-31 und die Anwendungsrichtlinien nach IEC 61643-32 sowie die geltenden lokalen Vorschriften. Erkunden Kuangya DC-Überspannungsschutzgeräte (SPD) und fordern Sie modellspezifische technische Unterlagen an, bevor Sie ein Gerät spezifizieren.