Transformatorlose Wechselrichter tauschen eine Barriere gegen Effizienz
Das Design von PV-Wechselrichtern hat sich hin zu transformatorlosen Topologien verlagert, weil der Wegfall des Netzfrequenz-Transformators den Wirkungsgrad erhöht und Größe, Gewicht und Kosten senkt. Derselbe Transformator stellte auch die galvanische Isolation zwischen dem PV-Array und dem Wechselstromnetz bereit, und seine Entfernung beseitigt diese passive Barriere – sobald sie weg ist, kann eine interne Isolationsdegradation zu einer Stromschlaggefahr statt zu einem eingegrenzten Fehler werden.
Die Isolationswiderstandsprüfung beim Anlauf schließt die Lücke
Ohne eine feste Isolationsbarriere muss ein transformatorloser Wechselrichter die Isolation aktiv verifizieren. Bevor er sich verbindet und beginnt, ins Netz einzuspeisen, misst der Controller den Isolationswiderstand zwischen der Gleichstromseite und Erde; er darf nur dann einschalten, wenn dieser Messwert den Schwellenwert überschreitet, und er muss den Start verweigern und einen Fehler melden, wenn die Isolation degradiert ist.
Der Schalter in dieser Messschleife hat eine enge Aufgabenbeschreibung: Er muss die volle Gleichstrom-Busspannung aushalten, praktisch keinen eigenen Leckstrom hinzufügen und die Messschaltung im Leerlauf vollständig trennen.
Wo ein versiegeltes Hochisolations-Reed-Relais passt
Die abgedichteten Hochspannungs-Reed-Relais mit hoher Isolation von SHR AUTOSENSOR erfüllen diese Aufgabe in drei Punkten:
- Kontakt-zu-Kontakt- und Kontakt-zu-Spule-Stehspannung bis 4000 VDC, was Wohn- und Gewerbe-PV-Busspannungen mit Reserve abdeckt.
- Isolationswiderstand bis 10 TΩ (1013 Ω), sodass Relaisleckströme genau die Isolationsmessung, die der Wechselrichter vornimmt, nicht verfälschen.
- Hermetisch dichte Kontakte, sodass Feuchtigkeit und Verunreinigungen über Jahre im Freien keinen Oberflächen-Leckstrompfad über einen offenen Kontakt aufbauen können.
Isolieren des MOSFET-Messarrays
Die Isolationsüberwachung wird üblicherweise um ein MOSFET-Messarray herum aufgebaut, und damit die Messung gültig ist, muss dieses Array bis zum Moment des Tests vollständig von Masse getrennt sein. Mit einem Offen-Kontaktwiderstand von 100 GΩ hält das Reed-Relais das Array vor der Freigabe schwebend; beim Selbsttest schließt es für die Messung und öffnet wieder, wodurch die Messschaltung in ihren isolierten Zustand zurückkehrt.
Zwei Parameter bestimmen die erreichbare Genauigkeit
Das Überwachungs-Frontend ist eine kleine analoge Kette: Eine Teiler- oder Einspeiseschaltung erfasst den Bus, der Pfad läuft durch eine Relaismatrix, und der Controller vergleicht das Ergebnis mit dem Schwellenwert in den anwendbaren Netz- und Sicherheitsstandards. Zwei Relaiskennzahlen dominieren. Ein Isolationswiderstand im Teraohm-Bereich bedeutet, dass das Relais eine vernachlässigbare parallele Leitfähigkeit hinzufügt, sodass der Messwert die wahre Isolation des Arrays widerspiegelt und nicht die des Schalters. Ein Offen-Kontakt-Widerstand von 100 GΩ bedeutet, dass ein ruhendes Erfassungs-Array wirklich getrennt ist, sodass Restbusspannung spätere Messwerte nicht verfälschen oder die Erfassungselektronik belasten kann. Da beide Eigenschaften von einer hermetischen Abdichtung herrühren, bleiben sie über Feuchtigkeit, Höhe und Außenalterung bestehen — die Bedingungen, unter denen ein offenes Bauteil Oberflächenleckströme entwickelt. Ein so aufgebautes Frontend kann einmal qualifiziert werden, statt mit dem Altern des Produkts neu bemessen zu werden.
Was es im Feld verändert
Der Wechselrichter behält die Effizienz- und Kostenvorteile eines transformatorlosen Designs und stellt gleichzeitig ein gleichwertiges Sicherheitsniveau wieder her, indem er die Isolation bei jedem Start verifiziert. Ein beschädigtes Kabel, Feuchtigkeitseintritt oder eine gerissene Modulrückseite wird vor der Einschaltung erkannt, was Installateure und Eigentümer schützt. Die Verwendung eines versiegelten mechanischen Kontakts statt eines Halbleiters im Isolationspfad hält diesen Pfad zudem über den gesamten Temperaturbereich linear und leckstromstabil. Für den Designer sind die relevanten Relaiswerte die 4000-VDC-Stehspannung und die 10-TΩ-Isolation; alles andere in der Überwachungsschleife wird um diese beiden herum aufgebaut.
Über SHR AUTOSENSOR
SHR AUTOSENSOR TECH LIMITED (SHR AUTOSENSOR) fertigt Hochspannungs-Reed-Relais, quecksilberbenetzte Relais und Hochspannungs-DC-Schütze. Kontakt: [email protected] | +86 13761571029 | www.reed-relay.com