Wie man den richtigen Überspannungsschutz für PV-Kombinationsboxen auswählt

Ich erinnere mich noch gut an den Tag, als ein einziger Blitzschlag die Hälfte unserer Anlage zerstörte.
Innerhalb von zehn Sekunden verloren wir vierzig Wechselrichter, eine Meile Gleichstromkabel und den Gewinn eines ganzen Monats.

Damals pflegte ich Überspannungsschutzgeräte nach Markenname.
Nach fünfzehn Jahren in diesem Beruf vertraue ich nur noch drei Zahlen – Kennlinie der maximalen Gleichspannung, des Stoßstroms und der ThermosicherungDie

Wenn diese drei Parameter mit den Spezifikationen Ihrer Anlage übereinstimmen – beispielsweise 1000 V DC, Imax 40 kA und ein eingebauter thermischer Trennschalter – reduzieren Sie Feldausfälle um 90 % und halten Ihren Stromabnahmevertrag bankfähig.

Lesen Sie weiter und ich zeige Ihnen die genauen Zahlen, die ich verwende, die Tests, die ich von den Fabriken verlange, und den einen Fehler, der mehr Budgets verschlingt als der Blitz selbst.

Die Rolle des Überspannungsschutzes in der Sicherheit von PV-Kombinationsboxen

Ich habe einmal einen Kombinationskasten geöffnet, der durch einen 6-kV-Rückprall zugeschweißt worden war.

Der Lack hatte Blasen geworfen, die Kupfersammelschiene war zu einem einzigen Klumpen verschmolzen – und die Anlage war sechs Wochen lang offline.
Der Versicherer nannte es „höhere Gewalt“. Ich nannte es einen fehlenden Sachschaden.

Mittlerweile installiere ich in jedem Verteilerkasten einen Überspannungsschutz.
Sie begrenzen den Überspannungsstoß auf 1,5 kV, halten die Brandschutzklasse bei UL 94 V-0 und ermöglichen es dem Wechselrichter, weiterhin Strom zu verkaufen, während der Sturm noch tobt.
Das ist die günstigste Versicherung, die ich je abgeschlossen habe.

Was die Überspannung im Inneren der Box tatsächlich bewirkt

Ein Gleichstrom-Lichtwellenleiterkabel ist im Prinzip eine 200 Meter lange Antenne.
Bei einem Blitzeinschlag innerhalb von zwei Kilometern kann das Kabel eine Spannungsspitze von 4 kV aufnehmen.
Ohne Überspannungsschutzgerät (SPD) überspringt dieser Spannungsstoß den Sicherungshalter, lässt die 15-A-Sicherung schmelzen und springt zur Gehäusewand über.
Bei 6000 °C verkohlt die Farbe und die Kiste wird zur Brandquelle.

Ich bewahre noch immer Fotos von drei Brandstellen auf, bei denen in den Brandberichten von einem „elektrischen Lichtbogen“ die Rede ist.
Nachdem wir dem gleichen Design SPDs hinzugefügt hatten, hieß es im nächsten Bericht lediglich: „Kein Schaden“.

Wie ich die SPD an die Box anpasse

Nach jahrelangen Versuchen und Fehlschlägen habe ich meinen Auswahlprozess auf drei Faktoren vereinfacht:

System-Gleichspannung– muss Voc bei −20 °C überschreiten.

Nennentladestrom (In)– 20 kA für milde Klimazonen, 40 kA für Küsten- oder Blitzgebiete.

Spannungsschutzstufe (Oben)– die Impulsbelastbarkeit des Wechselrichters (üblicherweise 2 kV) nicht überschreiten.

So sehen diese Zahlen in der Praxis aus:

Ich kaufe niemals ein SPD ohne die Gleichstrom-Lichtbogenlöschstromist im Datenblatt aufgeführt.
Das bedeutet, dass es den Folgestrom unterbrechen kann, ohne auf das Relais des Wechselrichters zu warten.
Ich bestehe außerdem auf dem/der/dem ...den Testbericht für den Mittelstift— Es beweist, dass das Modul unter Belastung sicher ausfällt.

Wo ich es montiere

Ich montiere den Überspannungsschutz auf der gleichen DIN-Schiene wie die Sicherungen, halte die Drahtlänge unter 30 cm und verdrill die beiden Drähte, um die Induktivität zu eliminieren.
Jeder zusätzliche Zentimeter erhöht die Spannung um etwa 10 V bei 1 kA/µs, sodass 50 cm Spielraum eine 1,5 kV-Klemme in ein 2 kV-Desaster verwandeln können.

Ich füge daneben einen kleinen 3-A-Leistungsschalter hinzu.
Ein Standort in Texas tauscht mittlerweile eine defekte SPD in weniger als vier Minuten aus.
Der benachbarte Standort muss noch komplett abgeschaltet werden – und verliert dadurch drei Stunden Sonnenscheineinnahmen.

Erläuterung der Nennspannungen und Schutzstufen für Gleichspannung

Ich habe einmal einem Überspannungsschutzgerät mit der Aufschrift „1000 V“ vertraut, ohne den Temperaturfaktor zu überprüfen.
Dieser Fehler hat zwei Wechselrichter zerstört und mich mehr gekostet als mein erstes Auto.

Ich bewerte nun jeden Überspannungsschutz (SPD) 20 % über der Leerlaufspannung (Voc) bei Kälte und achte darauf, dass seine Klemmspannung mindestens 30 % unter der Impulsbelastbarkeit des Wechselrichters liegt.
Dank dieser Zwei-Schritte-Regel habe ich seit fünf Jahren in Folge keine Garantieansprüche mehr geltend machen müssen.

Warum Voc bei −20 °C wichtig ist

Die Siliziumspannung steigt um 0,3 % pro Grad unterhalb von 25 °C.
Eine Spannungskette, die bei 25 °C 950 V anzeigt, erreicht bei −20 °C einen Wert von 1090 V.
Wenn der Uc-Wert Ihres Überspannungsschutzgeräts nur 1000 V beträgt, beginnt es zu lecken, erhitzt sich und fällt aus.
Diese Lektion musste ich in Ontario auf die harte Tour lernen, wo zwölf Module über Nacht ausfielen.

Wie man Up, Uc und In ohne Doktortitel lesen kann

Uc– maximale Gleichspannung, die der Überspannungsschutz dauerhaft tolerieren kann.

Hoch– die Restspannung während einer Überspannung.

In– den Strom kann es fünfzehn Mal überstehen, ohne Schaden zu nehmen.

Ich schreibe diese drei Zahlen auf einen gelben Aufkleber in jeden Kombinationskasten.
Jeder Techniker kann die Übereinstimmung in Sekundenschnelle bestätigen.

Die versteckte Falle: Kabellänge nach dem Überspannungsschutz

Die Klemmung erfolgt an den SPD-Anschlüssen, aber Ihr Wechselrichter sieht nur das plus den Kabelabfall.
Einmal habe ich am Überspannungsschutzgerät 1,8 kV gemessen, am 35 m entfernten Wechselrichter jedoch 2,4 kV.
Jetzt füge ich einen zweiten Überspannungsschutz am Wechselrichter hinzu, sobald die Gleichstromstrecke 20 m überschreitet.
Es kostet etwa 42 US-Dollar und spart einen Wechselrichter im Wert von 12.000 US-Dollar.

SPD Typ 1 vs. Typ 2 – Was ist der Unterschied?

Einmal schickte mir ein Lieferant Teile des Typs „Typ 2“ für eine rahmenmontierte Box.
Der erste Schadenfall traf ein, und im Versicherungsbericht hieß es „falsche Klasse“ – der Anspruch wurde abgelehnt.

Heute verwende ich Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1 für Verteilerkästen, die an einen Blitzschutzrahmen angeschlossen sind, und Geräte vom Typ 2 für Verteilerkästen, die mehr als zwanzig Meter entfernt sind.
Dieser eine Unterschied entscheidet darüber, ob die Überspannung draußen abebbt oder direkt in Ihren Wechselrichterraum eindringt.

Die Testwelle, die wirklich zählt

Typ 1– getestet mit einer 10/350 µs Welle (25 C Ladung), simuliert einen direkten Treffer.

Typ 2– getestet mit einer 8/20 µs Welle, simuliert eine induzierte Überspannung.

Ich füge beide Wellenformen in jede Bestellung ein.
Einmal versuchte mir ein Lieferant „Typ 1+2“-Teile zu verkaufen, bei denen nur der 8/20 µs-Test aufgeführt war.
Ich habe die Sendung zurückgewiesen, bevor sie den Zoll erreichte.

Die Kostendifferenz in realen Dollar

Bei einer Anlage mit einer Leistung von 200 MW entspricht das einer Differenz von 64.000 USD – allerdings kostet ein defekter Wechselrichterstrang 120.000 USD.
Mein Kompromiss: Typ 1 beim ersten Kombinierer jeder Zeile, Typ 2 bei den restlichen.
Es spart 42 % des Budgets und erfüllt dennoch alle Versicherer.

Wie man einen gefälschten Hybrid erkennt

Auf manchen Etiketten prangt die Aufschrift „T1+T2“, aber im Inneren handelt es sich lediglich um einen 40 kA 8/20 µs Varistor.
Ich überprüfe immer IimpUnd spezifische Energie (MJ)Werte im Datenblatt.
Wenn sie fehlen, gehe ich weg.
Während der Verkäufer noch spricht, überprüfe ich dann online die UL 1449-Dateinummer.

Installationstipps für Solar-Überspannungsschutzgeräte

Ich habe einmal bei einem neuen Überspannungsschutzgerät die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung vertauscht und dabei beobachtet, wie der Varistor durch das Gehäuse sprang.
Der Knall war so laut, dass dem Wachmann der Kaffee herunterfiel.

Ich verdrahte jetzt jeden Überspannungsschutz mit 10 AWG-Litze aus Kupfer, halte die Schleifenfläche unter 5 cm² und füge einen 32-A-DIN-Leistungsschalter hinzu, damit das Team ihn vor Ort im laufenden Betrieb austauschen kann.
Durch diese Gewohnheiten verkürzt sich unsere durchschnittliche Reparaturzeit auf nur noch acht Minuten.

Die schrittweise Montage bringe ich jedem Lehrling bei.

1Den Stromkreis mit dem Gleichstromschalter unterbrechen und warten, bis Voc

2Montieren Sie den Überspannungsschutz (SPD) neben den Sicherungen, mit der Eingangsbuchse oben.

3Entfernen Sie nur 6 mm der Isolierung – der Luftspalt muss erhalten bleiben.

4Anzugsmoment 1,2 Nm – lose Schrauben verursachen zusätzliche Wärme von 50 °C.

5Fügen Sie einen 32-A-Leistungsschalter mit der Bezeichnung hinzu. SPD-ISOLATORin Englisch und Spanisch.

Ich fotografiere jede einzelne Verbindung und lade das Foto in unseren Cloud-Ordner hoch.
Wenn Versicherer einen Nachweis verlangen, schicke ich den Link noch vor dem Mittagessen.

Der Erdungstrick, den niemand aufschreibt

Verlegen Sie ein separates 6 mm² grünes und gelbes Kabel von der Erdung des Überspannungsschutzgeräts direkt zur Erdungsschiene des Verteilerkastens.
Schalten Sie niemals andere Geräte in Reihe – das erhöht den Widerstand um 0,5 Ω und hebt die Klemme bei 1 kA um 500 V an.
Ich habe dies mit einem 50-MHz-Oszilloskop bestätigt; die Zahlen lügen nicht.

Werkzeuge, die ich im LKW aufbewahre

Nach jedem Auftrag scanne ich den QR-Code des SPD und trage das Datum ein.
Die App erinnert mich daran, im zweiten Jahr erneut nachzusehen.
Seit ich diese Routine begonnen habe, haben wir keine unerwarteten AusfälleDie

Abschluss

Wählt man einmal die richtige SPD, verschlaft man jeden Sturm.
Senden Sie mir bitte Ihre Array-Spannung und den Standort —
Ich sorge dafür, dass Sie genau den Überspannungsschutz erhalten, den Sie benötigen, bevor sich die nächste Gewitterwolke bildet.