Schaltlichtbögen sind zu vermeiden

Hauptschwierigkeit bei Anwendungen im PV-Bereich ist, dass sich PV-Quellen anders als übliche DC-Spannungsquellen verhalten und über weite Bereiche der Kennlinie eher einer Konstantstromquelle gleichen. Beim Ausschalten eines Kurzschlusses wird der Strom, während des bestehenden Lichtbogens im Schaltvorgang, trotz ansteigender Lichtbogenspannung nahezu konstant weiter getrieben, bis er ungefähr ab dem Punkt maximaler Leistung (MPP) einbricht. Somit wird die gesamte Schalteinrichtung bei PV-Anwendungen im Gegensatz zu herkömmlichen DC-Anwendungen thermisch erheblich belastet.
Daraus lässt sich ableiten, dass der Einsatz von schnellen Schaltgeräten mit weitgehender Vermeidung eines Schaltlichtbogens und somit niedrigen Schaltenergien von Vorteil ist. Zudem kann man nicht einfach vorhandene AC-Systeme für DC-Anwendungen adaptieren. Sogar Schaltgeräte, welche für normale DC-Kreise ausgewiesen sind, müssen nicht zwingend für PV-Generatoren geeignet sein. Für höhere Leistungsklassen gibt es am Markt bisher nur wenige praxisgerechte und realitätsnahe Nachbildungen der Strom- und Spannungscharakteristik von PV-Quellen für Laboranwendungen. Deswegen ist es fast unvermeidbar, nach der Entwicklung und ersten (kleineren) Prüfungen im Labor, Tests beziehungsweise Schaltversuche an realen PV-Testanlagen durchzuführen, um die Praxistauglichkeit nachzuweisen.
Die PV-Testanlage von E-T-A hat insgesamt elf Stränge mit unterschiedlich vielen Modulen, welche zudem mit verschiedenen Wechselrichtertypen betrieben werden können (Bild 2). Durch den zentralen Schaltschrank besteht die Möglichkeit, diese Stränge je nach Anforderungsprofil zu verschalten. Die hierdurch entstehenden Testszenarien ergeben ein breites Portfolio zur Beurteilung von PV-Komponenten. Vergleichend wurden hier herkömmliche Schaltgeräte sowie Hybridsysteme, wie oben beschrieben, getestet. Insbesondere die problematischen kleinen Ströme waren hierbei von Interesse. Die Ergebnisse (Bild 3) verdeutlichen die großen Unterschiede der Trenner in Bezug auf die zu schaltende Energie. Vor allem im Hybridsystem ist die Schaltenergie niedrig, was ein langlebiges und verschleißarmes Kontaktsystem ermöglicht. Die rein mechanischen Systeme werden hingegen deutlich mehr belastet, da der Lichtbogen bei kleineren Strömen länger im Kontaktsystem verharrt.