AFCI-Leistungsschalter in PV: Wichtige Anwendungen und Vorteile

Heutzutage boomt die PV-Branche, aber ein verstecktes Risiko ist besorgniserregender als alles andere: Lichtbogenfehler! Diese Gefahr ist normalerweise schwer zu erkennen, aber wenn sie einmal auftritt, kann ihre extrem hohe Temperatur innerhalb von Minuten die Drahtisolierung und die Wärmeisolationsbaumwolle entzünden, was nicht nur zu Schäden an der Ausrüstung führt, sondern auch eine ernsthafte Bedrohung für die Sicherheit von Menschen darstellt. Glücklicherweise ist der AFCI-Leistungsschalter (Arc Fault Circuit Interrupter) (ein spezieller Lichtbogenschutz-Leistungsschalter) inzwischen zu einem „Sicherheitsstandard“ für PV-Systeme geworden. Heute werfen wir einen detaillierten Blick darauf, wo AFCI-Leistungsschalter in PV-Systemen eingesetzt werden und welche Vorteile sie bieten, damit Sie verstehen, warum sie so wichtig sind.

Was ist ein AFCI-Leistungsschalter?

Ein AFCI-Leistungsschalter (Arc-Fault Circuit Interrupter) ist ein „intelligentes“ Gerät, das gefährliche Lichtbogenzustände erkennt und dann die Stromversorgung des Stromkreises abschaltet, um Brände zu verhindern. Im Gegensatz zu Standard-Leistungsschaltern, die vor Überströmen schützen, verwenden AFCIs Elektronik, um die spezifischen elektrischen Rausch- und Funkeneigenschaften eines Stromkreises zu überwachenLichtbogenfehler, eine Gefahr, die herkömmliche Leistungsschalter nicht erkennen können. Diese Unterbrecher sind erforderlichNational Electrical Code (NEC)an bestimmten Stellen innerhalb von Wohngebäuden zuden Brandschutz erhöhen. 

Woher kommen Störlichtbögen?

Die meisten Lichtbogenfehler entstehen durch alternde Drähte, lose Anschlüsse oder beschädigte Isolierung. Wenn der Strom von seinem normalen Weg abweicht und zufällig „funkt“, setzt er extrem hohe Temperaturen frei. Befinden sich brennbare Materialien in der Nähe, entsteht sofort ein Brand.

Bei PV-Systemen ist besondere Vorsicht geboten: Geräte wie Solarmodule, Wechselrichter und Anschlusskästen werden das ganze Jahr über im Freien verwendet und sind Wind, Sonne, Feuchtigkeit, Kälte und Staub ausgesetzt. Besonders anfällig für Alterung und Beschädigung sind Leitungen und Steckverbinder. Es wird berichtet, dass über 80 % der PV-Brände auf Lichtbogenfehler zurückzuführen sind. Ganz gleich, ob es sich um eine kleine PV-Anlage auf dem Dach oder um ein großes Kraftwerk mit Hunderten Hektar Fläche handelt: Sobald dieses Problem auftritt, ist der Geräteschaden das geringste Problem – wenn er nicht rechtzeitig erkannt wird, sind die Verluste unkalkulierbar.

Wie funktioniert ein AFCI-Leistungsschalter? Abschaltung im Millisekundenbereich, keine Chance für Flammenentzündung

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Leistungsschaltern überwachen AFCI-Leistungsschalter kontinuierlich die Stromsignale im Stromkreis. Sie können Serienlichtbögen (z. B. Funken von gebrochenen Drähten), Parallellichtbögen (z. B. Funken von zwei sich berührenden Drähten) und Erdlichtbögen genau identifizieren.

Sobald ein Lichtbogen erkannt wird, unterbricht er den Strom in „Millisekunden“ – um es ins rechte Licht zu rücken: Es geht schneller als ein Wimpernschlag! Es besteht keine Chance, dass sich der Lichtbogen ausbreitet oder in der Nähe befindliche Objekte entzündet. Ohne dieses Gerät wäre in der Vergangenheit die manuelle Abschaltung der Stromversorgung zu spät gewesen, selbst wenn ein Lichtbogen erkannt wurde. Jetzt ist es mit einem AFCI so, als würde man einen „automatischen Feuerlöschschalter“ für das System installieren, was die Sicherheit erheblich erhöht.

Wo werden AFCI-Leistungsschalter in PV-Anlagen installiert?

AFCI-Leistungsschalter werden nicht zufällig installiert – sie müssen auf die „Schlüsselteile“ der PV-Anlage abgestimmt werden, um Risiken vollständig zu mindern:

1. Modulebene: Jedes Panel erhält ein „Sicherheitsschild“

Die Verkabelung jedes Solarmoduls ist ein „Hochfrequenzbereich“ für Lichtbogenfehler – zum Beispiel lose Anschlüsse zwischen den Modulen oder alternde Verkabelung aufgrund langfristiger Einwirkung. Auf dieser Ebene stellt die Installation eines AFCI-Schutzschalters für jedes Panel sicher, dass beim Auftreten eines Lichtbogens in einem Panel dessen Stromversorgung sofort unterbrochen werden kann, ohne dass dies Auswirkungen auf benachbarte Panels hat. Dies entspricht der Ausstattung jedes Panels mit einem „persönlichen Leibwächter“.

2. String-Ebene: Ein Fehler in einem String hat keine Auswirkungen auf andere

Viele PV-Anlagen verbinden mehrere Module in einem „String“. Wenn in einem Feld eines Strangs ein Lichtbogen auftritt, müsste ohne AFCI der gesamte Strang abgeschaltet werden. Durch die Installation eines AFCI-Leistungsschalters am Ausgangsende des Strings wird nur der fehlerhafte String abgeschaltet, sodass andere normale Strings weiterhin Strom erzeugen können. Dadurch wird vermieden, dass aufgrund einer einzigen Kleinigkeit die Leistung des gesamten Kraftwerks sinkt.

3. Wechselrichterebene: Schutz des „Herzens“ des Systems

Der Wechselrichter ist das „Herzstück“ der PV-Anlage und für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom verantwortlich. Sollte hier ein Lichtbogen entstehen, könnte das gesamte System lahmgelegt werden. Durch die Installation eines AFCI auf Wechselrichterebene wird zunächst der Fehlerstrom abgeschaltet, was nicht nur den Wechselrichter schützt, sondern auch verhindert, dass sich der Fehler auf die Netzseite ausbreitet, was direkt den Sicherheitsanforderungen entspricht.

Über den Brandschutz hinaus: Welche weiteren Vorteile bieten AFCI-Leistungsschalter?

1. Zuverlässige Sicherheit auch in rauen Umgebungen

Ob sich ein PV-Kraftwerk auf einem feuchten Dach im Süden Chinas oder in einer staubigen Gegend im Norden Chinas befindet, AFCI-Leistungsschalter sorgen für eine stabile Leistung. Sie überwachen kontinuierlich den Stromkreis; Selbst wenn die Alterung der Geräte (umgebungsbedingt) zu Lichtbögen führt, kann der AFCI die Stromversorgung umgehend unterbrechen. Damit müssen Sie sich nicht jeden Tag Sorgen machen, dass das Kraftwerk brennt, unabhängig von hohen Temperaturen oder Regenwetter.

2. Mühelose Wartung und Instandhaltung – keine blinde Fehlerbehebung mehr

Die meisten AFCIs verfügen über eine intelligente Überwachung und übertragen Echtzeitdaten an das Backend. Wenn ein Fehler auftritt, werden Benachrichtigungen an Ihr Telefon gesendet. Betriebs- und Wartungstechniker müssen die Module nicht einzeln prüfen; Sie können das Problem anhand von Warnmeldungen direkt lokalisieren und so erhebliche Zeit- und Arbeitskosten sparen. Beispielsweise sind die AFCI-Leistungsschalter von Fonrich mit der SafeSolar-Überwachungsplattform verbunden – Sie können auf einen Blick sehen, in welchem ​​Stromkreis es einen Lichtbogen gibt und wann dieser aufgetreten ist, was die Betriebs- und Wartungseffizienz erheblich verbessert.

3. Einhaltung von Standards – Reibungslose Projektgenehmigung

Heutzutage gelten in vielen Ländern und Regionen strenge Anforderungen für die Installation von AFCIs in PV-Kraftwerken – beispielsweise der NEC-Standard in den USA und entsprechende Spezifikationen in China. Die Installation eines standardkonformen AFCI (wie der von Fonrich, der UL 1699B erfüllt) gewährleistet eine reibungslose Akzeptanz sowohl für Eigenverbrauchs- als auch für netzgekoppelte Projekte und verbessert gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit des Projekts auf dem Markt.

4. Einfache Installation und Wartung – Geeignet für ältere Systeme

Die Installation eines AFCI ähnelt der Installation eines gewöhnlichen Leistungsschalters – es sind keine Änderungen am vorhandenen System erforderlich, sodass es für die Nachrüstung älterer Kraftwerke geeignet ist. Beispielsweise können einige veraltete PV-Systeme, die seit 5–6 Jahren in Betrieb sind, mit AFCIs aufgerüstet werden; Die Produkte von Fonrich sind direkt mit der Originalausrüstung kompatibel und die Installation dauert nur einen halben Tag, wodurch Ausfallzeiten minimiert und Unterbrechungen der Stromerzeugung vermieden werden.

Die Zukunft von AFCI: Intelligenter, mit früher „Risikovorhersage“

In Zukunft werden AFCI-Leistungsschalter noch weiter fortgeschritten sein: Sie werden nicht nur „Fehler erkennen“, sondern sich auch nahtlos in Wechselrichter, Anschlusskästen und andere Geräte integrieren, um genau zu bestimmen, welches Schaltfeld oder welcher Stecker fehlerhaft ist. In Kombination mit der IoT-Technologie werden sie Daten auch über Cloud-Plattformen verarbeiten, um potenzielle Lichtbogenrisiken im Voraus vorherzusagen. Wenn beispielsweise ein Steckverbinder wiederholt abnormale Signale sendet, werden Betriebs- und Wartungstechniker darauf aufmerksam gemacht, eine proaktive Wartung durchzuführen und so Risiken an der Quelle zu beseitigen.

Fazit: Für die PV-Sicherheit sind AFCIs unverzichtbar

In der heutigen PV-Industrie hat Sicherheit immer oberste Priorität, und AFCI-Leistungsschalter sind die „wichtigste Verteidigungslinie“ gegen durch Lichtbögen verursachte Brände. Ob für neue Kraftwerke oder die Nachrüstung älterer Kraftwerke: Die Wahl eines geeigneten AFCI (wie der von Fonrich, der eine hohe Anpassungsfähigkeit, Sicherheitszertifizierungen und intelligente Überwachung bietet) verhindert nicht nur Brände und senkt die Betriebs- und Wartungskosten, sondern stellt auch die Einhaltung von Standards sicher und sorgt für einen stabilen Betrieb des Kraftwerks. Mit fortschreitender Technologie werden AFCIs zweifellos zu einem „unverzichtbaren Standard“ für PV-Systeme werden und den Weg für eine sichere Entwicklung der PV-Industrie ebnen.