Wenn die Sonne scheint, produziert die Solaranlage Strom. Das soll sie auch – in der Regel. Doch wenn es brennt und das Gebäude unter Wasser steht, wird es unangenehm für die Rettungskräfte. Denn auch wenn der Wechselstromkreis abgeschaltet ist, liefern die Module immer noch Strom. Die Lösung sind Trennschalter – so sie denn funktionieren. Dass das nicht immer der Fall ist, haben die Prüfer vom TÜV Rheinland herausgefunden und in den vergangenen zwei Jahren zusammen mit ihren Kollegen von E-T-A Elektrotechnische Apparate, Eaton Industries und SMA entsprechende technische Anforderungen für solche Schalter definiert. „Für Schaltgeräte, insbesondere für sogenannte Modulschalter, die in solchen Anlagen installiert sind, gab es bislang keine hinreichend spezifischen technischen Anforderungen“, begründet Ralf Martin Müller, Geschäftsfeldleiter beim TÜV Rheinland und Leiter des Projekts. „Das hat sich nach Abschluss unseres Forschungsprogramms geändert.“
Fehler und Risiken identifizieren
Das Ziel: Schaltanlagen an Photovoltaikanlagen sollen fehlerfrei funktionieren und zwar über die gesamte Lebensdauer des Generators. Das sichert nicht nur die Investition, sondern verbessert auch die Akzeptanz von Solaranlagen bei skeptischen Kunden. „Wir haben mit den Projektpartner die verschiedenen Fehlerfälle und Risiken identifiziert, analysiert und hinsichtlich ihrer Auswirkungen bewertet“, beschreibt Müller die Arbeit der Forschergruppe. Unter anderem haben die Forscher Fehler wie Kurzschluss des gesamten Strings, Installationsfehler durch Verpolung der Stecker, induzierte sogenannte Stoßspannung durch Blitzeinschlag oder asynchrones Schaltverhalten von Modulschalter untersucht. Dabei ging es um mögliche Belastungen für Freischalteinrichtungen wie Rückströme, Spannungsverdopplungan den Kontakten oder transiente Überströme, die durch solche Fehler auftreten können.
Das eigentliche Problem ist, dass es für viele der von den Forschern identifizierten Fehlerrisiken bisher noch verfügbaren technischen Normen gibt, die eine brauchbare Lösung bieten können. „Im Vergleich zu klassischen Gleichstromsystemen können in Photovoltaikanlagen spezielle Belastungen und Fehlerfälle entstehen“, begründen die Forscher die fehlenden Normen und Lösungen. Das soll sich mit den von den Projektpartnern entwickelten Anforderungen jetzt ändern. Diese sollen in die Arbeit der Normungsgremien einfließen, betonen sie.
Tests entwickelt
Um zu diesen Anforderungen zu kommen, mussten die Forscher aber erst einmal die gesamte Lebensdauer einer Solaranlage simulieren. „Um die Fehlerfälle nachzubilden, haben wir Versuchsprogramme entwickelt“, beschreibt Müller das Vorgehen. „In den einzelnen Programmen wurden die Schaltgeräte entsprechend verschiedener Kriterien geprüft. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse haben wir ausgewertet und im nächsten Schritt eine Prüfmethode definiert. Aus den Ergebnissen sind nun entsprechende Prüfanforderungen entstanden, um Herstellern von Schaltgeräten die Möglichkeit zu geben, sichere und zuverlässige Schalter und Trenner zu konstruieren.“ Die Hersteller sollen auf der Basis der Prüfanforderungen aus dem Projekt ihre Geräte entsprechend testen, um deren Zuverlässigkeit zu sichern. Entsprechende Tests haben die Forscher entwickelt, indem sie die von ihnen eingesetzten Geräte und Anlagen einer Dauerlastprüfung unter verschiedenen Umwelt- und Temperatureinflüssen unterzogen. „Damit die Laborversuche später wirtschaftlich vertretbar durchgeführt werden können, wurden unter anderem verschiedene Fehlerfälle zu einzelnen Testszenarien zusammengefasst“, erklären die Projektpartner. (Sven Ullrich)
