Schnellabschaltung - eine wunderbare Anforderung an die elektrische Sicherheit

Wenn Sie gerade eine Solaranlage installiert haben oder sich Bilder davon ansehen, fällt Ihnen vielleicht ein Kasten mit einem Ein-/Ausschalter auf, auf dem "Schnellabschaltung" steht. Aber was bedeutet eine Schnellabschaltung? Warum ist sie für Solarmodulsysteme wichtig?

Wie wir alle wissen, entwickelt sich die Photovoltaik (PV) schnell weiter, und es werden immer mehr PV-Anlagen auf Dächern von Wohn- und Geschäftshäusern installiert. PV-Anlagen müssen zwar für die Sicherheit gegen Aufprall- und Brandrisiken zertifiziert werden, aber diese Zertifizierungen berücksichtigen nicht alle spezifischen Wechselwirkungen mit Feuerwehrleuten, die bei der Brandbekämpfung in der Nähe der Anlagen arbeiten.

Viele Länder haben erkannt, wie wichtig Sicherheitsmaßnahmen sind, um einen sicheren Solarbetrieb zu gewährleisten und Feuerwehrleuten und anderen Einsatzkräften einen sicheren Zugang zu den Dachflächen zu ermöglichen. An dieser Stelle kommt die Schnellabschaltung ins Spiel.

Eine Einführung in Rapid Shutdown

Es handelt sich dabei um eine elektrische Sicherheitsanforderung, die im National Electrical Code (NEC) für Solarmodulsysteme festgelegt ist. Einfach ausgedrückt, bietet sie eine schnelle Möglichkeit, ein Aufdach-Solarpanelsystem abzuschalten.

Die National Fire Protection Association (NFPA) hat die Anforderung der Schnellabschaltung in den NEC aufgenommen, um die Sicherheit der Einsatzkräfte zu gewährleisten. Hoffentlich fängt Ihr Haus nie Feuer und Sie müssen sich keine Gedanken über die Schnellabschaltung machen - aber wenn das passiert, kann die Feuerwehr die Schnellabschaltung nutzen, um Ihr Solarsystem abzuschalten, falls sie auf Ihr Dach gelangen muss. Überraschenderweise ist dies beim einfachen Ausschalten eines Solarwechselrichters nicht immer der Fall: Bei einigen Einstellungen von Solarwechselrichtern können Drähte und Schaltkreise auch dann noch Energie führen, wenn der Solarwechselrichter ausgeschaltet ist, was das Risiko eines Stromschlags für Feuerwehrleute erhöht, die auf Dächern oder Dachböden arbeiten. Mit einem Schnellabschaltschalter können Feuerwehrleute den Schalter in weniger als einer Minute betätigen und so die Spannung des Solarmodulsystems auf ein sicheres Niveau reduzieren.

Die Schnellabschaltungsanforderung, mit der Installateure heute am meisten vertraut sind, wurde erstmals 2014 eingeführt; die Vorschrift legt unter anderem einen Standard für die schnelle Reduzierung der Spannung eines Leiters (d. h. des Materials in einem durchlaufenden Draht oder Kabel) fest, wenn sich diese Leiter mehr als 10 Fuß außerhalb der Anordnung oder mindestens 5 Fuß lang innerhalb eines Gebäudes befinden. Die neuesten Vorschriften, NEC 2017, gehen noch einen Schritt weiter: Die neuen Vorschriften reduzieren die Anforderungen für das Schließen von Grenzen auf alle Leiter, die sich innerhalb von 1 Fuß von Ihrer Solaranlage oder mehr als 3 Fuß lang in Ihrem Haus befinden.

Die NEC-Änderungen von 2017 sehen nämlich vor, dass eine Schnellabschaltung nur bei einem einzelnen Solarmodul und nicht bei einer ganzen Solaranlage erfolgen muss. Wichtig ist, dass der NEC kein Bundesgesetz ist - einzelne Staaten können ihn übernehmen und einhalten, ebenso wie einzelne Städte oder Gemeinden. Das bedeutet, dass sich die Anforderungen Ihres Staates an die Schnellabschaltung von denen benachbarter Staaten unterscheiden können (wir werden später mehr darüber sprechen).

Was sind die rechtlichen Voraussetzungen für eine Schnellabschaltung?

Dies ist eine Anforderung des National Electrical Code (NEC). Alle drei Jahre gibt der NEC einen aktualisierten Satz von Anforderungen für sichere elektrische Systeme heraus. Der NEC ist nicht auf Bundesebene vorgeschrieben, und jeder Staat nimmt den Code nach eigenem Ermessen an. Einige Staaten entscheiden sich für einen separaten landesweiten Elektrokodex.

Wenn Sie in einem Staat leben, in dem der NEC 2014 oder höher gilt, muss Ihr Solarsystem die NEC-Schnellabschaltanforderungen erfüllen, um die Endabnahme Ihres Systems zu bestehen und es an die Strom- und Wasserversorgung anzuschließen.

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die verschiedenen Ausgaben des National Electrical Code zum schnellen Herunterfahren:

NEC 2014

Als 2014 die ersten Vorschriften erlassen wurden, die vorschreiben, dass jeder Leiter (d. h. jedes Material in einem Draht oder Kabel, das durch die Anlage fließt) mehr als einen Meter außerhalb der Anlage oder mindestens einen Meter innerhalb eines Gebäudes liegen muss, gab es einen Schnellabschaltschalter, der im Notfall eine schnelle Spannungsreduzierung erforderte.

NEC 2017

Die Vorschrift wurde 2017 überarbeitet und um Abschaltungen auf der Ebene der einzelnen Solarmodule und nicht auf der Ebene der gesamten Solaranlage erweitert. Diese Änderung der Vorschrift bedeutet, dass jeder Leiter in einem Abstand von 1 Fuß von der Anlage innerhalb von 30 Sekunden mit einem Schnellabschalter auf 80 Volt heruntergefahren werden muss, statt wie in der NEC 2014 in einem Bereich von 10 Fuß.

NEC 2020

Mit den jüngsten Aktualisierungen der Rechtsvorschriften hat sich nicht viel geändert. Die bemerkenswerteste Änderung sind die Richtlinien für die gesamte Anlage. Anstelle eines UL-gelisteten oder vor Ort gekennzeichneten Schnellabschaltsystems wird nun ein UL-gelistetes oder vor Ort gekennzeichnetes Photovoltaik-Gefährdungskontrollsystem (PVHCS) gefordert.

Drei Möglichkeiten, die NEC-Anforderungen für 2017 zu erfüllen

Installieren Sie ein "gelistetes" oder vor Ort gekennzeichnetes Schnellabschaltsystem

Das Wort "listed" stammt von dem ursprünglichen Namen des UL-Zertifizierungsprogramms vor einem Jahrhundert. Der National Electrical Code verwendet das Wort "listed", sagt aber nicht ausdrücklich, dass Produkte und Systeme von UL zertifiziert sein müssen - stattdessen wird über die Hauptmerkmale von Organisationen gesprochen, die Zertifizierungsdienste anbieten. Natürlich ist UL der Meinung, dass Hersteller UL-zertifiziert sein sollten, damit ihre Produkte schnell abgeschaltet werden können, aber das gilt auch für andere staatlich anerkannte Prüflabors.

UL hat bei der Ausarbeitung dieser Anforderungen sehr aktiv mit der Industrie und anderen Interessengruppen, wie z. B. den Notfalleinsatzkräften, zusammengearbeitet und versucht, den Notfalleinsatzkräften, die mit diesen Systemen interagieren, das gleiche Vertrauen zu geben, während sie ihre lebenswichtige Aufgabe zum Schutz der Gesellschaft, der Menschen und des Eigentums erfüllen, und UL möchte sie so sicher wie möglich machen.

Auf der Solar Energy International 2019 haben viele Hersteller von Solarwechselrichtern und Schnellabschaltgeräten ihre SunSpec-Zertifizierung vorgestellt. SunSpec hat wichtige Protokolle für die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten bei Schnellabschaltungen entwickelt, ist aber keine öffentliche Einrichtung wie UL. Der bloße Anblick des SunSpec-Labels sagt dem Installateur nicht, dass das Produkt nach NEC 2017 Rapid Shutdown zertifiziert ist.

Ein weiterer Teil der ersten Konformitätsoption, die Standortkennzeichnung, bezieht sich auf eine begrenzte technische Bewertung, die nach der Installation an einem bestimmten Standort durchgeführt wird. Wenn die Installation die Anforderungen des NEC 2017 erfüllt, kann sie als Schnellabschaltsystem gekennzeichnet werden, sofern dies vom AHJ erlaubt ist.

Installieren Sie ein System, das die Spannung in 30 Sekunden auf 80 V reduzieren kann.

Mikrowechselrichter werden oft als von Natur aus für eine Schnellabschaltung geeignet angesehen, da sie eine Hochspannungs-Gleichstromversorgung in eine sicherere Wechselstromquelle mit niedrigerer Spannung umwandeln, die innerhalb von 30 Sekunden auf 80 V abfallen kann. Laut Boyce werden Mikrowechselrichter im NEC 2017 jedoch nicht speziell als Möglichkeit zur Erfüllung der Schnellabschaltungsanforderungen diskutiert.

Einige Mikrowechselrichter sind so konstruiert, dass sie am vorderen Ende des Stromkreises eine Kapazität aufweisen. Solange der Prüfer also keine Spannungsmessung vornimmt, gibt es keine Möglichkeit festzustellen, ob der Grenzwert von 80 V unterschritten wird. UL hat diese Tests proaktiv durchgeführt, um zu überprüfen, ob einige Mikrowechselrichter den 80-V-Grenzwert einhalten können, aber die Prüfung nach der Installation des Solarwechselrichters ist eine Herausforderung.

BIPV-Installation: Vermeiden Sie Metallkomponenten und geerdetes Metall

Installieren Sie bei der Installation des BIPV-Systems keine Metallteile, keine freiliegenden Leiter und keine geerdeten Metallteile im Umkreis von einem Meter.

Solarschindeln, Dachziegel oder andere gebäudeintegrierte Photovoltaiksysteme (BIPV), die keine Metallteile oder blanken Leiter enthalten oder sich nicht in der Nähe von geerdetem Metall befinden, können die Anforderungen des NEC 2017 erfüllen. Diese Systeme sind von der Erdung und den leitenden Komponenten isoliert.

Was macht ein Schnellabschaltsystem aus?

Ein Schnellabschaltsystem besteht aus einigen wichtigen Komponenten:

Das erste ist ein Schnellabschaltgerät (Rapid Shutdown Device, RSD). Schnellabschaltgeräte sind eine Art von Leistungselektronik auf Modulebene (MLPE) oder Mikrowechselrichter, die auf der Rückseite von Solarmodulen installiert werden. Sie sind mit einer Technologie ausgestattet, die die Spannungsabgabe im gesamten Solarsystem abschalten und reduzieren kann, um die PV-Schnellabschaltvorschriften einzuhalten. Ein Beispielprodukt ist der Tigo TS4-A-F oder 2F, unser MLPE mit Rapid Shutdown-Konformität, aber Tigo bietet mehrere MLPE-Optionen mit Rapid Shutdown-Konformität.

Eine weitere Komponente ist ein Initiator. Ein Schnellabschaltinitiator tut genau das, was der Name schon sagt. Dieses Gerät hat in der Regel die Form eines Not-Aus-Schalters, der sich in einem Wechselrichter befindet. Die Schnellabschaltung kann in der Regel auf zwei Arten eingeleitet werden, entweder manuell (durch einen Not-Aus-Schalter) oder automatisch (bei Stromausfall aus dem Netz).

Schließlich benötigen Sie für ein Schnellabschaltsystem einen Solarwechselrichter. Ein Solarwechselrichter ist ein Gerät, das den von den Solarmodulen erzeugten Strom in nutzbare Energie für Ihr Haus umwandelt (weitere Informationen zu diesem Prozess finden Sie in unserem vorherigen Blog). Viele Schnellabschaltungsauslöser befinden sich im Inneren des Solarwechselrichters.

Diese drei Komponenten werden als Photovoltaic Rapid Shutdown Equipment (PVRSE) bezeichnet. Dabei handelt es sich um Geräte, die in einem Schnellabschaltsystem verwendet werden, das die Spannung auf ein sicheres Niveau reduziert. Der US National Electrical Code schreibt vor, dass PVRSE und PVRSS für die Zwecke der Schnellabschaltung UL-gelistet sein müssen.

Haben alle Wechselrichter eine Schnellabschaltungsfunktion?

Einige Solarwechselrichtersysteme sind von Haus aus mit der Schnellabschaltung auf Modulebene kompatibel (NEC 2017 und später), während andere zusätzliche Komponenten für die Schnellabschaltung benötigen.

Mikrowechselrichter und Leistungsoptimierungssysteme sind in den Vereinigten Staaten die beliebtesten Solarwechselrichter für private Solaranlagen. Glücklicherweise werden sowohl der Mikrowechselrichter als auch der Leistungsoptimierer im Feld auf der Batterieplatine betrieben und verfügen über eine eingebaute Schnellabschaltfunktion.

Wenn Sie den Serienantrieb selbst installieren, müssen Sie möglicherweise auch eine Leistungselektronik auf Modulebene (MLPE) installieren, um dem NEC 2017 oder NEC 2020 zu entsprechen. Die Kopplung des Leistungsoptimierers mit einem String-Solarwechselrichter sollte dies ermöglichen. Leistungsoptimierer sind jedoch nicht die einzige Option für eine Schnellabschaltung - da immer mehr Staaten den NEC 2017 einführen, haben viele Hersteller von String-Solarwechselrichtern oder andere Solarunternehmen neue MLPE-Technologien mit Schnellabschaltfunktionen entwickelt. In vielen Fällen können diese MLPEs, die speziell für die Schnellabschaltung entwickelt wurden, eine wirtschaftlichere Option sein als die Installation eines Leistungsoptimierers oder Mikrowechselrichters.

Warum brauchen Sie eine Schnellabschalteinrichtung?

Sie ist für auf Dächern installierte Solaranlagen unerlässlich. Auch wenn die Leitungen von Panel zu Panel völlig sicher sind, kann es in Einzelfällen vorkommen, dass diese Leitungen durch die Sonne beschädigt werden. In diesem Fall könnten Personen, die sich in der Nähe der Anlage aufhalten, unter Spannung stehen, was zu einer gefährlichen Situation führen könnte. Mit Hilfe einer Schnellabschaltfunktion können die Einsatzkräfte die Stromzufuhr zu diesen Leitungen jedoch schnell unterbrechen, so dass sie einen sicheren Zugang zu den Orten rund um die Solaranlage erhalten.

Die Leiter des Solarmodulsystems werden bei jeder Sonneneinstrahlung aufgeladen. Ohne diese Vorrichtung gibt es keine sichere Möglichkeit, den Strom, der durch diese Leiter fließt, abzuschalten.

Die meisten Leute denken, dass sie den Strom einfach abschalten können, indem sie den Solarwechselrichter ausschalten, aber das ist nicht der Fall. Die Solarmodule erzeugen weiterhin Strom. Die Kabel der Solarmodule erzeugen immer noch Strom.

Dieser geladene Strom birgt die Gefahr eines Stromschlags für jeden, der mit einem Solarmodulsystem in Berührung kommt, einschließlich Ersthelfern, die bei Notfällen auf dem Dach Ihres Hauses tätig werden.

Feuerwehrleute sind besonders gefährdet, da sie häufig brennende Gebäude belüften, indem sie Löcher in Dächer oder Wände bohren, wodurch sie direkt mit den Leitern oder Drähten von Solarmodulen in Kontakt kommen können.

Solar Rapid Shutdown löst dieses Problem, indem es das Solarmodulsystem innerhalb einer Minute ausschaltet und so das Risiko eines Stromschlags auf dem Dach ausschließt.

Schlussfolgerung

Zum Schutz von Feuerwehrleuten, die in der Nähe von PV-Anlagen arbeiten, werden weltweit Schnellabschaltungsanforderungen eingeführt. Nach NEC muss die Spannung auf ein sicheres Niveau reduziert werden, indem eine Reihe von Geräten (PVRSE) verwendet wird, die ein Schnellabschaltsystem (PVRSS) bilden. Wechselrichter, Starter und Schnellabschaltgeräte wie MLPEs oder Mikrowechselrichter sind notwendige Komponenten für die Einhaltung der NEC-Vorschriften.

Es handelt sich um eine Sicherheitsanforderung des U.S. National Electrical Code (NEC), die Schalter an Solarmodulen vorschreibt, die den Stromfluss durch das System unterbrechen können. Durch eine schnelle Abschaltung wird die Spannung der Leiter in den Drähten und Kabeln reduziert, so dass Ihr Haus nicht so schnell in Brand geraten kann.

Darüber hinaus schützt es Ersthelfer wie Feuerwehrleute, da sie den Strom in den Leitungen schnell abschalten können, um sicher in die Nähe des Systems zu gelangen.

Die Schnellabschaltung der Solaranlage ist nur geeignet für Solarsysteme auf dem Dach installiert. Wenn Sie daran interessiert sind, eine Solaranlage auf Ihrem Haus zu installieren, hat Ihnen dieser Tweet hoffentlich geholfen, die Schnellabschaltung zu verstehen und die Sicherheit Ihrer Solaranlage zu verbessern.