Eine Solaranlage auf einem Gebäudedach stellt für Feuerwehrleute eine Gefahr dar, die bei einer bodenmontierten Anlage nicht besteht: Die elektrischen Leiter befinden sich auf einer Struktur, die Feuerwehrleute im Notfall betreten, durchschneiden und belüften müssen. NEC 2020 Abschnitt 690.12 – die Anforderung zur schnellen Abschaltung – behebt dieses Problem, indem er vorschreibt, dass alle stromführenden Leiter innerhalb der Array-Grenze innerhalb von 30 Sekunden nach Einleitung einer Abschaltung stromlos geschaltet werden müssen. Für jedes kommerzielle Dachprojekt, das gemäß NEC 2020 oder höher zulässig ist, ist die Einhaltung nicht optional.
Die Gefahr einer schnellen Abschaltung wird behoben
Ein Standard-Strangwechselrichtersystem stoppt die Stromumwandlung, wenn der AC-Trennschalter geöffnet wird – die DC-Strings zwischen den Modulen und dem Wechselrichter bleiben jedoch unter Spannung, solange Sonnenlicht auf das Array fällt. Ein 20-Modul-Strang bei 40 V pro Modul erzeugt 800 V DC, selbst wenn der Wechselrichter vollständig offline ist. Feuerwehrleute, die ein Loch in das Dach bohren, um einen Brand zu lüften, stoßen auf unter Spannung stehende Leiter, die das elektrische Wechselstromsystem des Gebäudes nicht kontrollieren kann.
Eine schnelle Abschaltung eliminiert diese Gefahr, indem sichergestellt wird, dass innerhalb von 30 Sekunden nach der Einleitung der Abschaltung (über einen speziellen Schalter am Serviceeingang) alle Leiter innerhalb von 1 Fuß von der Array-Grenze auf 30 V oder weniger reduziert werden. Unterhalb von 30 V DC sinkt die Gefahr von Stromschlägen und Lichtbögen für ungeschütztes Personal unter lebensgefährliche Werte.
Was NEC 2020 Abschnitt 690.12 erfordert
Der NEC 2020 (ab 2020 schrittweise von den US-Bundesstaaten übernommen) verschärfte die im NEC 2017 eingeführten Anforderungen für eine schnelle Abschaltung:
- Geltungsbereich: alle PV-Systeme auf oder in Gebäuden – Dach, Fassade, BIPV. Ausgenommen sind Freiflächenanlagen im Freiland.
- Spannungsgrenze: Alle Leiter innerhalb der Array-Grenze müssen innerhalb von 30 Sekunden nach Einleitung der Schnellabschaltung 30 V oder weniger haben.
- Array-Grenze: einen 1-Fuß-Umfang um das Array herum. Alle Leiter innerhalb dieser Grenze – einschließlich Modulanschlusskästen, DC-Optimierer und Verkabelung zwischen Modulen – müssen die 30-V-Grenze einhalten.
- Einleitung: Am Eingang des Versorgungsnetzes muss ein Schnellabschaltschalter angebracht, deutlich gekennzeichnet und für Feuerwehrleute zugänglich sein, ohne das Gebäude zu betreten.
- Hinweis: Eine visuelle Anzeige (normalerweise ein Licht oder ein Schild) muss bestätigen, dass die schnelle Abschaltung eingeleitet wurde und sich das Array im Abschaltzustand befindet.
Konforme Systemarchitekturen
| Architektur | Konform mit NEC 2020? | Wie das Herunterfahren erreicht wird | Kostenauswirkungen |
|---|---|---|---|
| Leistungselektronik auf Modulebene (Mikrowechselrichter) | Ja – von Natur aus konform | Der Mikrowechselrichter jedes Moduls stoppt die Umwandlung, wenn die Wechselstromversorgung zu Beginn der Abschaltung unterbrochen wird | Hoch – Mikro-Wechselrichter kosten mehr pro Watt als String-Wechselrichter |
| DC-Leistungsoptimierer mit String-Wechselrichter | Ja – wenn Optimierer das Herunterfahren von MLPE unterstützen | Optimierer gehen standardmäßig in einen „sicheren“ Niederspannungszustand über, wenn die Kommunikation vom Wechselrichter verloren geht | Mäßig – Optimiererkosten werden dem String-Wechselrichtersystem hinzugefügt |
| String-Wechselrichter mit String-Level-Schnellabschaltung (SRSD) | Ja – wenn SRSD 690.12 erfüllt | Das spezielle SRSD-Modul unterbricht den String-Gleichstrom an der Array-Grenze bei Abschaltsignal | Niedriger als MLPE – ein SRSD pro String statt pro Modul |
| Stringwechselrichter, keine Zusatzgeräte | Nein – nicht NEC 2020-konform | Gleichstromstränge bleiben bei voller Spannung unter Spannung; Nur die AC-Seite ist isoliert | N/A – nicht konform |
| Hybrid-Wechselrichter mit integriertem Schnellabschaltsender | Ja – wenn der Wechselrichter nach UL 1741 SA mit Schnellabschaltung zertifiziert ist | Der Wechselrichter stoppt den MPPT und sendet ein Abschaltsignal an die Geräte auf der Array-Seite | Ähnlich wie String + SRSD |
String-Level-Rapid-Shutdown-Geräte (SRSDs): der kommerziell kostenoptimierte Weg
Bei kommerziellen Systemen mit vielen Strings und einer Bevorzugung von String-Wechselrichtern sind Optimierer auf Modulebene für jedes Modul teuer und erhöhen die Komplexität der Installation. Schnellabschaltgeräte auf String-Ebene – jeweils einer pro Strang, am Rand des Arrays installiert – sind die kostenoptimierte Alternative. Sie funktionieren, indem sie ein aktiviertes „Aktivierungs“-Signal vom Wechselrichter aufrechterhalten; Wenn der Schnellabschaltschalter den Wechselstromkreis öffnet, geht das Freigabesignal verloren und der ausfallsichere Kontakt des SRSD öffnet den Gleichstromstrang innerhalb von Millisekunden.
SRSDs sind deutlich günstiger als MLPE pro Modul: Ein typischer SRSD verwaltet einen String (10–25 Module) für 80–150 US-Dollar installiert, im Vergleich zu 80–150 US-Dollar pro Modul für Optimierer. Bei einem 500-kWp-System mit 250 Modulen (unter der Annahme von 2-kW-Modulen und 25 pro String = 10 Strings pro Wechselrichter) kann der Kostenunterschied bei der Installation mehr als 30.000 US-Dollar betragen.
Kennzeichnungs- und Beschilderungsanforderungen
NEC 2020 erfordert an mehreren Stellen eine spezifische Kennzeichnung:
- Schnellabschaltschalter: Etikett „SOLAR PV SYSTEM RAPID SHUTDOWN SWITCH“, ROTER Hintergrund, mindestens 3/8 Zoll große Buchstaben.
- Am Array: Ein Schild, das darauf hinweist, dass das System über die Fähigkeit zur schnellen Abschaltung verfügt, und das so angebracht ist, dass es vom Dachzugangspunkt aus sichtbar ist.
- Systemdiagramm: An der Stelle des Schnellabschaltschalters muss ein Übersichtsschaltbild der PV-Anlage dauerhaft angebracht werden.
- Anzeigegerät: ein sichtbares Licht oder Schild, das den Zustand „SYSTEM IN RAPID SHUTDOWN“ anzeigt, wenn das Herunterfahren eingeleitet wurde.
Rasche Abschaltung in Nicht-NEC-Gerichtsbarkeiten
Außerhalb der USA gelten unterschiedliche Anforderungen an eine schnelle Abschaltung. Die europäische Norm IEC 60364-7-712 erfordert einen zugänglichen AC-Trennschalter am Netzanschlusspunkt, schreibt jedoch (in den aktuellen Ausgaben) keine Spannungsreduzierung innerhalb der Feldgrenze auf 30 V vor. Mehrere europäische Länder haben jedoch nationale Änderungen eingeführt, die Sicherheitsvorrichtungen auf Modul- oder String-Ebene für neue kommerzielle Dachsysteme vorschreiben. Die deutsche Norm VDE-AR-E 2100-712 enthält beispielsweise Anforderungen für „sichere Niederspannung“ am Array im Notfall.
Für Projekte im Nahen Osten und in Zentralasien, die auf Exportmärkte abzielen oder in den USA referenzierte Codes verwenden, bestätigen Sie die Anforderungen für eine schnelle Abschaltung bei der örtlichen zuständigen Behörde (AHJ). Kontaktieren Sie uns um Gerätespezifikationen für jede Gerichtsbarkeit zu besprechen – unsere Sungrow-Wechselrichter sind nach IEC-, CE- und UL-Standards zertifiziert und mit den wichtigsten MLPE- und SRSD-Systemen für NEC-konforme Designs kompatibel.
Auswirkungen auf das Systemdesign
Die Einhaltung einer schnellen Abschaltung sollte von Anfang an in das Systemdesign einbezogen werden und nicht erst nach der Genehmigungsprüfung nachgerüstet werden:
- Geben Sie SRSD- oder MLPE-Anforderungen in der Angebotsanfrage an, damit Auftragnehmer korrekte Preise festlegen können
- Für die SRSD-Installation muss die String-Routing an zugänglichen Anschlusskästen oder Montagepunkten am Rand des Arrays enden
- Der Schnellabschaltschalter muss im zur Genehmigung eingereichten Übersichtsschaltbild enthalten sein
- Die Inbetriebnahme-Checkliste muss einen Live-Test der Schnellabschaltfunktion beinhalten – siehe unsere Leitfaden zur Inbetriebnahme-Checkliste
- Die AFCI-Anforderungen (Arc Fault Circuit Interrupter) gemäß NEC 2020 Abschnitt 690.11 gelten gleichzeitig mit der Schnellabschaltung – einige Wechselrichter verfügen über einen integrierten AFCI