Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat einen modularen Prüfstand entwickelt, auf dem Solarwechselrichter mit integrierten Lichtbogendetektoren getestet werden. Diese im Wechselrichter integrierten Warnsysteme erhöhen die Sicherheit von Solaranlagen, da sie bei Lichtbögen automatisch stromlos schalten. Denn Lichtbögen führen zu einem Stromsprung im Wechselrichter oder zu einem charakteristischen breitbandigen Rauschen. Diese Charakteristik machen sich Lichtbogendetektoren in Wechselrichtern zu Nutze. „Nationale und internationale Studien haben gezeigt, dass Lichtbögen in Photovoltaikanlagen mit einer hohen Installationsqualität sehr selten auftreten. Auf freiwilliger Basis bieten jedoch auch Hersteller auf dem europäischen Markt Lichtbogendetektoren an. Einige Gebäudeversicherer haben aus Brandschutzgründen darauf gepocht“, weiß Felix Kulenkampff vom Fraunhofer ISE.
Lichtbogen realistisch nachstellen
Er hat in der Normungskommission gemeinsam mit Vertretern aus Industrie, Prüfgesellschaften und Wissenschaft eine neue Norm IES 63027 für Lichtbogendetektoren sowie am Freiburger Institut den Prüfstand mitentwickelt. „Ein realitätsnaher Prüfaufbau kann das Risiko von nicht erkannten Lichtbögen und Fehlauslösungen deutlich senken“, sagt Kulenkampff. „Im Test sollte der Lichtbogen möglichst realistisch und unter wiederholbaren Bedingungen gezündet werden können.“
Für den Test gemäß IEC-Norm 63027 wird anstelle echter Solarmodule eine elektronische DC-Quelle als Simulator für eine Photovoltaikanlage eingesetzt. Der Strom fließt vom Simulator über eine präzise trennbare Kontaktstelle in den Wechselrichter. Als Kontaktstelle dienen zwei Elektroden aus Wolfram in Form eines Kugelgelenks. Dieses werden mit einer definierten Geschwindigkeit auseinandergezogen. So wird ein charakteristischer Lichtbogen gezündet.
Innerhalb von 2,5 Sekunden abschalten
Damit kann die Zeit bis zum Abschalten der Wechselrichter unter immer gleichen Bedingungen gemessen werden. Dieses Zeit ist maßgeblich für das ordnungsgemäße Funktionieren des Lichtbogendetektors. Je kürzer ein Lichtbogen brennt, desto geringer ist der Energieeintrag in die fehlerhafte Kontaktstelle. In der Praxis bedeutet dies, dass kurze Abschaltzeiten eine Brandentstehung sicher verhindert. Deshalb hat der Detektor bestanden, wenn er bei einer Energie zwischen 200 und 750 Joule in weniger als 2,5 Sekunden abschaltet. Danach darf der Wechselrichter automatisch innerhalb von 24 Stunden nur vier Mal wieder zuschalten. Sollte der Detektor dann abermals auslösen, darf der Wechselrichter nur manuell wieder zugeschaltet werden. Doch in einem solchen Fall sollte der Solargenerator vorher kontrolliert werden, was den Lichtbogen auslöst.
Verschiedene Szenarien testen
Am neuen Prüfstand kann das Fraunhofer ISE dank eines modularen Aufbaus verschiedene Testszenarien für Stringwechselrichter mit unterschiedlich verschalteten Solarmodulstrings testen. Auch die Prüfung von Modul-wchselrichtern und Strangsammlern ist möglich. Der Prüfstand ist für Gleichstromspannungen am Wechselrichter bis 1.500 Volt geeignet. Er verfügt über drei DC-Eingänge für bis zu 16 Ampere und einen DC-Eingang für bis zu 32 Ampere. (su)
