Verbindungstechnik

Anschlusstechnik für Solar-Wechselrichter

07.02.13 | Autor / Redakteur: Verena Klinge * / Kristin Rinortner

Solar-Wechselrichter: Die Zuverlässigkeit aller Schnittstellen am Wechselrichter ist ein entscheidender Faktor für die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage
Solar-Wechselrichter: Die Zuverlässigkeit aller Schnittstellen am Wechselrichter ist ein entscheidender Faktor für die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage (Bild: Phoenix Contact)

Die Zuverlässigkeit aller Steckverbinder und Schnittstellen am Wechselrichter ist für den Betrieb einer Solaranlage wichtig. Welche Kriterien hier beachtet werden sollten, legt dieser Beitrag dar.

Der Solar-Wechselrichter ist das Herz einer PV-Anlage – für den Sonnenertrag der Anlage ist das Gerät genauso wichtig wie die Ausrichtung der Module. Aus diesem Grund ist die Zuverlässigkeit aller Schnittstellen und Steckverbinder am Wechselrichter ein entscheidender Faktor für die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage.

PV-Module produzieren Gleichstrom, der vom Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und ins Netz eingespeist wird. Die Module werden untereinander bis hin zum Wechselrichter mit speziellen DC-Steckverbindern für die Photovoltaik verbunden. Von diesen Steckern gibt es fast so viele wie es Modulhersteller gibt.

Phoenix Contact bietet mit dem Sunclix-Programm ein einheitliches und durchgängiges Stecksystem für Leiterquerschnitte von 2,5 bis 16 mm² an, das ohne aufwändiges Verdrahten mit Spezialwerkzeug auskommt.

Wechselrichter-Hersteller und Installateure profitieren von diesem System. Die Steckverbinder auf der Geräteseite sind bereits ohne Gegenstecker längswasserdicht. Sie werden mit der entsprechenden Leitung auf Kundenwunsch vorkonfektioniert und ersparen dem Gerätehersteller die aufwändige geräteinterne Verdrahtung.

Dem Installateur erleichtern die Sunclix-Steckverbinder das Verdrahten der Solaranlage im Feld. Er benötigt kein Spezialwerkzeug, sondern muss nur den abisolierten Leiter in die Klemmstelle einlegen und die Feder herunter drücken.

Danach schiebt er den Steckverbinder zusammen und zieht die Zugentlastung an (Bild 1). Falls bei der Verkabelung der Anlage doch einmal etwas nicht passt, wird der Steckverbinder mit einem einfachen Schraubendreher wieder geöffnet – das spart Kosten und Ressourcen.

Vorteilhaft beim Sunclix-System sind die Leistungsdaten: mit einem Steckverbinder können nahezu alle PV-Leitungen von 2,5 bis 6 mm² angeschlossen werden. Und falls – etwa in Freiflächenanlagen - doch einmal größere Leiterquerschnitte gefordert sind, deckt der große Steckverbinder die Querschnitte von 6 bis 16 mm² ab.

AC-Anschluss für ein- und dreiphasige Geräte

Auf der Netzanschluss-Seite werden mehrpolige Steckverbinder eingesetzt. Die Vorteile des werkzeuglosen Systems kommen auch auf der AC-Seite zum Tragen. Mit dem 3-poligen AC-Stecker aus dem Programm werden Leitungen mit einem Leiterquerschnitt von 2,5 bis 6 mm² komfortabel und werkzeuglos an einphasige Solar-Wechselrichter angeschlossen.

Bild 1: Der DC-Anschluss – konfektioniert werden die Sunclix-Steckverbinder ohne Werkzeug in drei Schritten, und zum Lösen wird ein Schraubendreher verwendet
Bild 1: Der DC-Anschluss – konfektioniert werden die Sunclix-Steckverbinder ohne Werkzeug in drei Schritten, und zum Lösen wird ein Schraubendreher verwendet (Bild: Phoenix Contact)

Der Steckverbinder ist für Spannungen bis zu 300 V und für Ströme bis zu 25 A ausgelegt und erfüllt die Schutzart IP68. Der schnelle intuitive Anschluss ohne Werkzeug und das sichere Handling durch den Verzicht auf Schraubklemmen spart dem Installateur im Feld Zeit. Die Trennung von Feld- und Gerätestecker ist aus sicherheitstechnischen Gründen nur mit Werkzeug möglich. Auch hier kommt – wie beim DC-Stecker – ein einfacher Schraubendreher zum Einsatz. Darüber hinaus ist eine Sicherungsplombierung der Stecker möglich. Der AC-Steckverbinder ist nach DIN EN 61984 zugelassen und kann gemäß der Wechselrichternorm DIN EN 62109-1 eingesetzt werden.

Besonderheiten bei dreiphasigen Wechselrichtern

In Deutschland dürfen einphasige Anlagen nur bis zu einer maximalen Dauerleistung von 4,6 kW in das Stromnetz einspeisen. Diese Beschränkung vermeidet Schieflasten und dient der Netzstabilität. Daher findet man mehr und mehr Anlagen, in denen dreiphasige Wechselrichter verbaut sind. Für den Netzanschluss dieser dreiphasigen Wechselrichter bietet das Variocon-System eine sichere und gleichzeitig komfortable Lösung – auch für den höheren Leistungsbereich.

Bild 2: Der AC-Anschluss – der steckbare AC-Anschluss für 3- und 1-phasige Wechselrichter ermöglicht dem Wechselrichter-Hersteller eine hohe Flexibilität
Bild 2: Der AC-Anschluss – der steckbare AC-Anschluss für 3- und 1-phasige Wechselrichter ermöglicht dem Wechselrichter-Hersteller eine hohe Flexibilität (Bild: Phoenix Contact)

Mit den 5-poligen Steckverbindern, die aus Kontakteinsatz, Tüllengehäuse und Gerätestecker bestehen, lassen sich Leiter bis zu 16 mm² anschließen und Ströme bis zu 70 A übertragen (Bild 2). Die Gerätestecker bieten dem Wechselrichter-Hersteller mehrere Möglichkeiten der internen Verdrahtung – das erhöht die Flexibilität. Im Inneren können die Litzen entweder mit Schraub- oder Crimp-Anschluss angeschlagen werden. Alternativ sorgt die Steckervariante mit direktem Leiterplattenanschluss für eine rationelle und platzsparende Installation im Gerät.

Kommunikations-Schnittstellen mit RJ45 und M12

Solarwechselrichter benötigen neben den Steckverbindern für Ein- und Ausgangsleistung auch diverse Kommunikations-Schnittstellen. Das Blomberger Unternehmen bietet IP-geschützte RS485- und Ethernet-Schnittstellen an, die im Feld komfortabel konfektioniert werden.

Die Daten-Schnittstellen ermöglichen beispielsweise die Verschaltung von drei einphasigen Wechselrichtern, um eine Phasenverschiebung zu vermeiden. Ferner kann der Wechselrichter über die Ethernet-Netzwerke mit dem Internet verbunden werden. So kann der Endanwender jederzeit über einen Web-Browser auf die Daten zugreifen und die Ertragsdaten seiner Solaranlage auswerten.

Das Produktprogramm Pluscon von Phoenix Contact bietet passende Lösungen für Daten- und Signalanschlüsse. Die LWL- und kupferbasierten Schnittstellen für die Signal- und Datenübertragung entsprechen den Standards der Feldbus- und Ethernet-basierten Systeme.

Bild 3: Datenanschlüsse zur Kommunikation mit dem Wechselrichter – über M12- und RJ45-Steckverbinder können alle wichtigen Daten des Wechselrichters ausgelesen werden
Bild 3: Datenanschlüsse zur Kommunikation mit dem Wechselrichter – über M12- und RJ45-Steckverbinder können alle wichtigen Daten des Wechselrichters ausgelesen werden (Bild: Phoenix Contact)

Im Programm enthalten sind neben Wanddurchführungen mit Litzen und direktem Lötanschluss auch zahlreiche konfektionierbare Steckverbinder als RJ45- und USB-Steckverbinder sowie als M8- und M12-Rundsteckverbinder (Bild 3).

Die Konstaktstellen im Inneren des Wechselrichters

Auch im Inneren eines Wechselrichters gibt es zahlreiche Kontaktstellen. Die äußeren Schnittstellen müssen intern weiter verdrahtet, die Platinen untereinander verbunden und die Drosseln mit der Leiterplatte kontaktiert werden – um nur einige Kontaktpunkte zu nennen. Beim Leiterplattenanschluss im Inneren kommt es vor allem auf eine gute Prozess-Integration in die Gerätemontage an. Der Kostendruck in der PV-Industrie beschränkt sich nicht nur auf die Module, sondern überträgt sich auch auf die Wechselrichter.

Außerdem müssen die Leiterplattenklemmen und -Steckverbinder alle Anforderungen an moderne Lötprozesse erfüllen und eine hohe Zuverlässigkeit bei Temperaturschwankungen und jahrelanger zyklischer Belastung mitbringen. Alle Komponenten müssen sicher funktionieren – dürfen auf der anderen Seite jedoch nicht überspezifiziert sein. Schließlich machen die elektromechanischen Bauteile, zu denen auch die Steckverbinder zählen, circa 15 % der Kosten eines Wechselrichters aus.

Das Combicon-Programm bietet laut Hersteller Phoenix Contact die größte Auswahl an modernen Leiterplattenanschlüssen am Markt. Das Spektrum reicht vom direkten Leiterplattenanschluss und Ströme bis zu 125 A bis zum steckbaren Miniarturanschluss für kleinste Bauräume in SMD-Ausführung, der 5 mm hoch baut.

Bild 4: Das Sunclix-Anschluss-System umfasst frei konfektionierbare und vorkonfektionierte PV-Steckverbinder sowie Y-Verteiler und Gerätestecker
Bild 4: Das Sunclix-Anschluss-System umfasst frei konfektionierbare und vorkonfektionierte PV-Steckverbinder sowie Y-Verteiler und Gerätestecker (Bild: Phoenix Contact)

Ob interne Leiterplattenklemmen, externe Daten-Schnittstellen oder Leistungssteckverbinder für die DC- oder AC-Seite – alle Geräteanschlüsse am und im Solarwechselrichter müssen schnell und komfortabel anzuschließen sein. Das Unternehmen aus Blomberg bietet Gerätesteckverbinder, die speziell auf die Anforderungen der Photovoltaik zugeschnitten sind (Bild 4). //

* * Dipl.-Wirt.-Ing. Verena Klinge arbeitet als Produktmanagerin im Bereich Field Device Connectors bei Phoenix Contact in Blomberg.

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