Solar-Trennschalter erklärt: Typen, Auswahl und Installationstipps

Was ist eine Solartrennung und warum ist sie so wichtig?

Ein Solartrennschalter ist im Grunde ein Schalter. Ein manueller, einfacher Schalter. Er funktioniert nicht subtil: Er unterbricht buchstäblich den Stromfluss zwischen zwei Punkten. Die Frage ist nicht so kompliziert, sondern wo er sich befindet und warum er benötigt wird. Das „Warum“ ist eine Frage der Sicherheit. Sobald Solarmodule dem Licht ausgesetzt sind, wird Gleichstrom erzeugt. Die Sonne hat keinen „Aus“-Knopf. Diese unaufhörliche Produktion stellt eine große und anhaltende Bedrohung dar.

Denken Sie an den Feuerwehrmann der örtlichen Feuerwehr, der auf einem Dach versucht, ein brennendes Gebäude zu lüften. Denken Sie an den Techniker, der einen Wechselrichter repariert. Denken Sie an den Installateur an einem Transformator auf der Straße. Alle diese Personen benötigen eine sichere, überprüfbare und erreichbare Möglichkeit, die Stromkreise, die sie berühren, stromlos zu machen. Ein Solar-Trennschalter bietet genau das. Er ist ein unverzichtbares Element der Wartung, die erste Verteidigungslinie im Notfall, beispielsweise bei einem Brand, und ein obligatorisches Element jedes Systems, um von der zuständigen Behörde (AHJ) als konform eingestuft zu werden und die lokalen Vorschriften zu erfüllen.

Es geht nicht um Komfort, sondern um vollständige Kontrolle. Diese Geräte sind im National Electrical Code (NEC) vorgeschrieben, insbesondere in den sehr spezifischen Artikeln 690.13 und 690.15. Kernpunkt ist das Prinzip der elektrischen Trennung. Ein Techniker sollte in der Lage sein, einen Schalter manuell zu öffnen, ihn in der Aus-Position zu verriegeln (ein Verfahren namens Lockout/Tagout oder LOTO) und mit dem Wissen weiterzuarbeiten, dass der Stromkreis spannungsfrei ist. Andernfalls besteht bei jeder Solaranlage ständig Hochspannungsgefahr. Dass es hier fehlt, ist kein Konstruktionsfehler, sondern ein Konstruktionsfehler aller Art.

Die beiden Haupttypen verstehen: AC-Trennschalter vs. DC-Trennschalter

„Solartrennschalter“ ist ein verwirrender Begriff, da es sich nicht um ein einzelnes Gerät handelt. Er besteht aus zwei oder mehr grundsätzlich unterschiedlichen Elementen, die nicht austauschbar verwendet werden können. Die Unfähigkeit, zwischen ihnen zu unterscheiden, ist ein weit verbreiteter und gefährlicher Fehler. Der Wechselrichter ist die Trennlinie – das Gerät, das den Gleichstrom der Module in Wechselstrom für Ihr Haus oder das Stromnetz umwandelt. Auf der Gleichstromseite (vor dem Wechselrichter) befindet sich ein Trennschalter, auf der Wechselstromseite (nach dem Wechselrichter) ein Trennschalter. Sie können nicht austauschbar verwendet werden.

AC-Trennung: Der netzseitige Sicherheitsschalter

Der AC-Trennschalter wird nach dem Wechselrichter zwischen diesem und der Hauptschalttafel des Gebäudes oder, häufiger, dem Stromzähler installiert. Er kommt nicht Ihnen zugute, sondern dem Energieversorger als Hauptnutznießer. Wenn ein Installateur das Netz reparieren muss, muss er zweifelsfrei sicher sein, dass Ihre Solaranlage, die technisch gesehen ein Miniaturkraftwerk ist, keinen Strom in die Leitungen zurückspeist, an denen er arbeitet. Dieser äußerst gefährliche Effekt, bekannt als Inselbildung, führt dazu, dass Ihre Anlage weiterhin ein sogenanntes „totes“ Netz mit Strom versorgt. Der Sicherheitsschalter ist der AC-Trennschalter. Es handelt sich dabei fast immer um einen robusten, abschließbaren Schalter in einem wetterfesten Gehäuse. Die Vorschriften des Energieversorgers schreiben in der Regel vor, dass er an einem für das Personal jederzeit zugänglichen Ort installiert werden muss, üblicherweise an einer Außenwand in der Nähe Ihres Hauptstromzählers. Seine technischen Daten hängen von der AC-Leistung Ihres Wechselrichters ab und er ist ein relativ einfaches Gerät, wie andere AC-Schalter auch.

DC-Trennschalter (PV Isolator): Der Array-seitige Sicherheitsschalter

Der DC-Trennschalter, auch bekannt als PV Der Isolator oder Array-Trennschalter befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Wechselrichters. Er wird zwischen den Solarmodulen selbst (dem Array) und dem Gleichstromeingang des Wechselrichters platziert. Er dient einem ganz anderen Zweck: dem Schutz der Ausrüstung und des Technikers, der daran arbeitet. Um einen Zentralwechselrichter zu warten, zu reparieren oder auszutauschen, muss er von der vom Dach gelieferten Hochspannungsgleichspannung isoliert werden können. Dies ist technisch eine schwierige Aufgabe, da es viel schwieriger und gefährlicher ist, Hochspannungsgleichspannung zu unterbrechen als Wechselspannung. Gleichspannung, insbesondere die für moderne Arrays typischen 600 bis 1500 V, lässt sich nicht unterbrechen. Im Gegensatz zur Sinuswelle von Wechselspannung, die 120 Mal pro Sekunde die Null durchläuft (was natürlich einen Lichtbogen löscht), ist Gleichspannung ein kontinuierlicher, unaufhaltsamer Stromfluss ohne Nulldurchgang, der diese Unterbrechung erleichtern könnte. Das Unterbrechen eines stromführenden Hochspannungsgleichstromkreises bildet somit einen anhaltenden Hochtemperatur-Plasmalichtbogen. Deshalb kann die Bedeutung hochwertiger, speziell angefertigter DC-Trennschalter nicht hoch genug eingeschätzt werden. Es muss sich um ein hochspezialisiertes technisches Gerät handeln, das sorgfältig für die ständige Gleichstrom-Hochspannung ausgelegt ist und über interne Lichtbogenlöscheinrichtungen verfügt, um den gefährlichen Lichtbogen sicher und schnell zu löschen. Die Platzierung eines AC-Schalters an dieser Stelle ist ein sicheres Risiko für einen Ausfall; der Schalter neigt dazu, unter Belastung zu verschweißen, zu schmelzen oder sogar zu explodieren.

So wählen Sie den richtigen Solar-Trennschalter für Ihr System aus

Die Wahl einer Trennung ist keine Annäherung. Sie ist eine genaue Einschätzung der unverzichtbaren Anforderungen Ihres Arrays und der Anforderungen Ihrer Umgebung. Eine falsche Entscheidung ist kein kleiner Fehler; sie ist die Entwicklung eines Systems, das nicht funktioniert oder im Test spektakulär zusammenbricht. Es handelt sich um eine systematische Checkliste und kein Ratespiel.

Berechnung der Nennspannung (Voc)

Erstens, die Spannung. Der Schalter sollte für die maximale Spannung ausgelegt sein, die Ihr Array erzeugen kann. Dies ist nicht die Betriebsspannung (Vmp), sondern die Leerlaufspannung (Voc), die im Datenblatt Ihres Solarmoduls angegeben ist. Um Ihre String-Voc zu erhalten, müssen Sie die Voc aller Module in einem in Reihe geschalteten String addieren. Aber das ist nicht alles. Die Spannung von Photovoltaikmodulen steigt mit sinkenden Temperaturen. Der NEC verlangt eine Berechnung der Temperaturkorrektur (NEC-Tabelle 690.7) in Abhängigkeit von der niedrigsten zu erwartenden Umgebungstemperatur an Ihrem Installationsort. Diese an kaltes Wetter angepasste Voc ist Ihre niedrigstmögliche Spannungsanforderung. Ein Array mit nominell 600 V kann in einem kalten Klima leicht über 700 V liegen und erfordert einen Schalter mit 1000 V Nennspannung, keinen mit 600 V. Hier sind keine Kompromisse möglich, eine zu niedrige Spannung stellt ein großes Brandrisiko dar.

Bestimmung der Stromstärke (Isc)

Zweitens, die Stromstärke. Der Schalter muss so ausgelegt sein, dass er dem maximalen Strom standhält, dem er ausgesetzt sein kann. Dieser Wert basiert auf dem Kurzschlussstrom (Isc) Ihrer Solarzellen. Bei mehreren parallelgeschalteten Zellen (z. B. in einem Kombinationskasten) müssen die Isc-Werte addiert werden. Da Solarstromkreise als Dauerstromquelle gelten (d. h. mindestens drei Stunden lang mit voller Leistung betrieben werden können), schreibt der NEC (National Electrical Code) einen Sicherheitsfaktor von 1.25 (125 %) für den maximalen Strom des Stromkreises vor. Die Stromstärke Ihres Trennschalters muss mindestens 125 % des berechneten Maximalstroms betragen. Dies ist keine Empfehlung. Die Vermeidung von Überhitzung, Bauteilbeschädigung und Brand ist eine Grundvoraussetzung. Weitere Informationen zu Hardwareoptionen finden Sie in unserem Leitfaden. DC-Trennschalter.

Mit Sicherung oder ohne Sicherung: Was brauchen Sie?

Diese Option wird durch die Auslegung des Systems und den Standort des Überstromschutzes (OCPD) bestimmt.

• Nicht abgesicherte Trennung: Dies ist ein einfacher Ein-/Ausschalter. Er bietet keinen Überstromschutz. Er dient ausschließlich der Trennung. Dies ist sinnvoll, wenn der OCPD anderweitig angeboten wird. Beispielsweise ist ein DC-Trennschalter eines Single-String-Wechselrichters häufig nicht abgesichert, da der Wechselrichter selbst den erforderlichen Schutz bietet.
• Sicherungstrennschalter: Bei diesem Typ sind Sicherungen im Schaltergehäuse integriert. Er bietet Überstromschutz und Isolierung. Dies ist in Systemen mit drei oder mehr parallelen Strängen erforderlich, die in einen Combiner-Kasten einspeisen. Die Stränge sollten separat abgesichert werden, um sicherzustellen, dass sie im Fehlerfall nicht durch die anderen Stränge einem Rückstrom ausgesetzt werden. Zwischen einem Batteriespeicher und einem Wechselrichter kann zusätzlich ein Haupttrennschalter mit Sicherung erforderlich sein.

Denken Sie nicht, dass eines immer besser ist; sie werden für unterschiedliche Designzwecke verwendet.

Auswahl des richtigen Gehäuses (NEMA/IP-Schutzart)

Die inneren Teile des Schalters sind nutzlos, wenn das Gehäuse, in dem sie untergebracht sind, zusammenbricht. In Nordamerika wird das Gehäuse nach NEMA (National Electrical Manufacturers Association) oder international nach IP (Ingress Protection) bewertet.

• NEMA 3R: Dies ist das Minimum der meisten Außeninstallationen. Es ist wetterbeständig und hält fallendem Regen und Schneeregen stand.
• NEMA 4/4X: Dies stellt eine deutliche Verbesserung dar. NEMA 4 ist wasserdicht, d. h. es widersteht direktem Wasserstrahl. Dies ist in Regionen unerlässlich, in denen der Regen vom Wind verweht wird oder die Ausrüstung bespritzt werden kann. 4X bietet Korrosionsbeständigkeit und ist daher in Küsten-, Industrie- und Landwirtschaftsanwendungen unerlässlich.
• IP-Bewertungen: IP65 ist staubdicht und strahlwassergeschützt. IP66 ist strahlwassergeschützt. Dies sind typische internationale Entsprechungen zum Schutz nach NEMA 4.

Das Gehäuse wird durch die Umgebung bestimmt. Bei der Auswahl eines für den Innenbereich geeigneten Gehäuses (NEMA 1) für den Einsatz im Außenbereich kann es aufgrund von eindringendem Wasser schnell zu Gehäuseausfällen kommen.

Erfüllung von Code- und Zertifizierungsanforderungen (NEC, UL, IEC)

Schließlich gibt es keine relevanten Spezifikationen, wenn das Gerät nicht von einem staatlich anerkannten Prüflabor (NRTL) zertifiziert ist. Diese Zertifizierung ist Ihre einzige unabhängige Garantie dafür, dass der Schalter tatsächlich unter den angegebenen Fehlerbedingungen funktioniert. In den USA ist hierfür ein UL-Zeichen (z. B. UL 98 oder UL 508) erforderlich. In Europa bedeutet dies IEC-Konformität und CE-Kennzeichnung. Ein nicht aufgeführtes, nicht zertifiziertes Bauteil stellt ein großes Risiko dar. Es besteht Ihre Elektroprüfung nicht, führt wahrscheinlich zur Kündigung Ihrer Gebäudeversicherung und stellt eine erhebliche und inakzeptable Spekulation über die Sicherheit Ihres Systems dar. Es ist einer der ungeeignetsten Orte, um zu versuchen, Geld zu sparen.

Wie Sie sehen, ist die Wahl des passenden Trennschalters nicht nur eine Frage der Nennleistung. Zertifizierung und Sicherheitsmerkmale sind dabei unverzichtbar. Ein richtig ausgelegter DC-Trennschalter sollte Lichtbögen schnell unterdrücken und unter Last absolut zuverlässig arbeiten. Professionelle DC-Schutzschalterhersteller wie BENY ihr Fachwissen in die Praxis umzusetzen.

Für ein besseres Verständnis der Grundlagen lesen Sie bitte unsere Anleitung 101 zum Trennen von Solarmodulen und fordern Sie weitere Informationen an.

Häufige Fehler bei der Installation von Solar-Trennschaltern, die Sie vermeiden sollten

Die Theorie ist elegant. Die Praxis ist chaotisch. Eine ansonsten gut gewählte Trennung kann durch eine unüberlegte Installation unbrauchbar oder sogar gefährlich werden. Die Kriterien sind aus gutem Grund anspruchsvoll. Im Folgenden sind die häufigsten und vermeidbaren Fehler aufgeführt.

• Umgekehrte Polarität (DC-Trennungen): Dies ist wahrscheinlich der schlimmste und gefährlichste Fehler. Die Anschlüsse „Leitung“ und „Last“ sind bei einem Gleichstrom-Trennschalter keine Empfehlungen. Die Stromquelle (die Solarmodule) sollte an die Leitungsseite angeschlossen werden. Das Gerät (der Wechselrichter) sollte an die Lastseite angeschlossen werden. Dies liegt daran, dass der Lichtbogenlöschmechanismus des Schalters gerichtet ist. Das Umkehren der Polarität macht diese wichtige Sicherheitsmaßnahme zunichte und führt praktisch dazu, dass sich der Schalter selbst verschweißt oder unter Belastung versagt.
• Unangemessener Standort und Zugänglichkeit: Der NEC schreibt vor, dass Trennschalter „leicht zugänglich“ sein müssen. Das bedeutet nicht, dass sie mit einer 20 Meter langen Leiter und einem Lageplan erreichbar sein müssen. Sie müssen leicht zugänglich, nicht durch Geräte verdeckt und für Ersthelfer oder Techniker sichtbar sein. Verstecken Sie Ihre Trennschalter nicht auf dem Dachboden, in einem Kriechkeller oder hinter einer verschraubten Verkleidung. Beachten Sie bei Wechselstrom-Trennschaltern die örtlichen Vorschriften, die fast immer einen dafür vorgesehenen Standort im Freien in der Nähe des Zählers vorschreiben.
• Falsches Leiterdrehmoment: Die Anschlussfahnen eines Schalters haben ein bestimmtes Drehmoment in Zoll-Pfund, das auf der Seite aufgedruckt ist oder in der Installationsanleitung steht. „Fest und fest“ ist keine technische Spezifikation. Zu locker und Sie erzeugen einen hochohmigen Punkt; dieser Punkt erzeugt große Hitze, die Isolierung schmilzt und einen Brand verursacht. Zu fest und Sie durchtrennen die Litzen des Leiters und die Fahne selbst, was ebenfalls einen hochohmigen Fehler verursacht. Verwenden Sie einen kalibrierten Drehmomentschlüssel. Jedes Mal.
• Anwendung von AC-bewerteten Komponenten in DC-Anwendungen: Dies muss wiederholt werden, da es der schwerwiegendste Fehler des Laien ist. Ein Gleichstrom-Leistungsschalter, insbesondere Hochspannungs-PV, kann nicht an einem im Baumarkt erhältlichen Wechselstrom-Leistungsschalter betrieben werden. Er verfügt nicht über die Fähigkeit, einen Gleichstromlichtbogen zu löschen. Er funktioniert nicht. Er funktioniert nicht und entzündet wahrscheinlich einen Brand. Verwenden Sie nur Komponenten mit Gleichspannungs- und Stromstärkenangaben und entsprechenden Zertifizierungen.
• Schwaches Gehäusemanagement: Ein NEMA 4X-Gehäuse ist nutzlos, wenn Sie die Kabeleinführungen oben anbringen und das Wasser direkt auf die Klemmen leiten. Kabeleinführungen sollten immer seitlich oder besser noch unten erfolgen. Stellen Sie sicher, dass alle Muffen und Verbindungsstücke NEMA-konform und gut abgedichtet sind. Für eine fehlerfreie Installation lesen Sie bitte unsere Hinweise. Solar-Trennschalter erklärt: Typen, Auswahl und Installationstipps.

Fazit

Der Solartrennschalter ist letztlich ein komplexes Gerät mit einfachen Regeln. Er ist kein Anhang und auch kein Teil, an dem man Ecken und Kanten abschneiden kann. Er ist der Hauptschutz für die Sicherheit Ihrer Anlage, Ihres Eigentums und des Personals, das damit umgehen muss. Da der Unterschied zwischen Wechsel- und Gleichstromtypen offensichtlich ist und die Berechnung von Spannung und Stromstärke Genauigkeit erfordert, ist Sorgfalt die einzig akzeptable Methode. Die Anforderungen von NEC und UL sind kein bürokratischer Aufwand; sie sind die geballte Erfahrung, die oft zu einem sehr hohen Preis erworben wurde. Behandeln Sie sie auch so.

Häufig gestellte Fragen