Auszug aus Bericht an BfE, Januar 1994

3 kW- Solarwechselrichter ohne galvanische Netztrennung
Prof. V Crastan, Ph. Müller, Ingenieurschule Biel


Zusammenfassung

Theoretische Überlegungen und die langjährige Erfahrung mit der Entwicklung von netzgekoppelten Solarwechselrichtern haben zu einem neuen Wechselrichter-Konzept für die Leistungsebene von 3 kW geführt. Gesucht wurde eine möglichst einfache, kostengünstige, technisch überzeugende, den heutigen Charakteristiken der Solarmodule angepasste Lösung. Hauptmerkmal des neuen Wechselrichters ist der Verzicht auf die galvanische Trennung zwischen Solarzellenfeld und Netz. Durch den wegfall des Transformators werden Kosten eingespart und der Wirkungsgrad verbessert.

Bis heute wurde die galvanische Trennung von Solarseite und netz mehr oder weniger stillschweigend als notwendig erachtet, zumindest für kleine Leistungen. Vor einigen Jahren besassen die meisten Solarmodule relativ schlechte Isolationsfestigkeiten. Die ersten Solarmodule wurden zur Ladung von 12 V-Batterien verwendet, wobei die Isolationsfestigkeit von geringer Bedeutung war. Beim einstufigen Wechselrichter ohne galvanische Trennung kann auf der DC-Seite eine Leerlaufspannung bis 750 V entstehen. Die entsprechende vorgeschriebene Prüfspannung ist 2500 V (provisorische Sicherheitsvorsc
hriften des Starkstrominspektorats über photovoltaische Energieerzeugungsanlagen von Juni 1990: Uprüf = 2 * UDCmax + 1000 V). Die meisten Solarmodulhersteller garantieren heute diese Prüfspannung. In Zukunft wir sogar eine modul-Prüfspannung von 6 kV angestrebt (Sonderisolierung).

Hohe Eingangsspannungen bringen u.a. den Vorteil eines kleineren Verdrahtungsaufwandes. Bei einer 3 kW-Anlage sind nur 2 parallele Stränge notwendig. Der Aufwand im Klemmenkasten für 2 Stränge ist gering. Die Kupferquerschnitte betragen höchstens 2.5 mm2.

Die
höhere Spannung erfordert andererseits besondere Beachtung des Personenschutzes auf der DC-Seite. Durch den einbau eines Differentialschutzes wurde diesem Umstand Rechnung getragen. Auf die Lösung  mit Fehlerstromschutzschalter auf der AC-Seite (Jahresbericht 93) wurde verzichtet wegen der häufig auftretenden wetterbedingten Ausschaltungen (Abschnitt 6). Einer möglichen Gleichstrombeeinflussung des Wechselstromnetzes wird durch eine empfindliche Messung der Gleichstomkomponente entgegengetreten.

Die Feldtests sind gut bis sehr gut verlaufen. Die Arbeiten der Ingenieurschule Biel sind abgeschlossen. Die Firma Sputnik Engineering AG,Biel wird noch konstruktive Änderungen sowie weitere Dauer-Feldtests vornehmen. Der Wechselrichter wird als Seriegerät ab Früjahr 94 auf den Markt kommen.