Relais in selbsttätigen Freischaltstellen von Wechselrichtern
Solarstrom kommt nur über Relais ans Netz.


Im Zuge der immer knapper werdenden Energieressourcen, bekommt Energie aus Photovoltaikanlagen [PV] immer mehr Akzeptanz, steckt hier doch weltweit ein Potenzial durch die Sonneneinstrahlung von ca. 1.540 Trillionen kWh/a.
Das ist ca. das 15.000-fache des globalen Stromverbrauches.
Eine Nutzungsmöglichkeit dieser Quellen sind die PV-Anlagen auf privaten Wohnanlagen mit Stromeinspeisung in das öffentliche Netz.


Diese photovoltaischen Solarenergiesysteme bestehen aus dem PV-Generator [Solarmodule] und dem Wechselrichter mit Netzanschluss. Vorteil dieser Anlagen ist, dass Solarenergie in das öffentliche Netz eingespeist und im Bedarfsfall auch Energie vom öffentlichen Netz entnommen werden kann. Genau an der Netzeinspeisung kommt das Relais zum Einsatz.

Aus Sicherheitsgründen muss zwischen der Erzeugungsanlage und der Netz-Einspeisestelle eine selbsttätige Schaltstelle mit Trennfunktion eingesetzt werden. Entsprechende Schaltstellen haben der Norm DIN V VDE V 0126-1-1 von 02.2006 zu entsprechen.

Die selbsttätige Schaltstelle wird heute überwiegend in die Wechselrichter der PV-Anlagen integriert. Dabei sind je Pol zwei Schalter in Serie vorgeschrieben. Mindestens einer der Serienschalter muss zwingend als Relais oder Schützkontakt ausgeführt sein. Dies bedeutet für PV-Anlagen mit galvanischer Trennung und einphasiger Wechselstromeinspeisung den Einsatz von mindestens zwei Schließern, je einer für L und N.
Bei PVAnlagen ohne galvanische Trennung sind beide Serienschalter elektromechanisch zu betätigen. Die Trennung muss dann durch vier Relaiskontakte, zwei für L und zwei für N, erfolgen.
Je nach Leistung der Anlage und Art der Einspeisung werden Dauerströme von bis zu 26 A, z. B. bei 6 kW und einphasige Einspeisung, gefordert.
Aus der Norm erwachsen aber weitere Forderungen an Relais oder Schütze für den Einsatz in der selbsttätigen Schaltstelle des Wechselrichters. So beispielsweise die Notwendigkeit der verstärkten Isolation zwischen Spule und Kontaktsystem und einer Kontaktöffnung von minimal 1,5 mm an mindestens einem der Serienkontakte je Pol.

Darüber hinaus haben die Hersteller von Wechselrichtern weitere spezielle Anforderungen. Einheitlich sind jedoch alle bestrebt die Verlustleistung im Gerät zu minimieren und eine hohe Effizienz der Geräte zu erreichen. Hier wird um jedes halbe Prozent Wirkungsgrad gekämpft.
Die Relais der Freischaltstelle sollen also mit geringen Spulenleistungen im Dauerbetrieb auskommen. Monostabile Relais werden wegen einer definierten Schaltstellung bei Spannungsausfall bevorzugt. Verbleibende Verlustleistungen von 4-6% der Spitzenleistung heizen die Geräte auf. Innentemperaturen von 70°C und teilweise darüber, müssen einkalkuliert werden.

Relais für diesen Einsatzfall erfordern eine spezielle Konstruktion und Dimensionierung. Seitens des Anwenders ist besondere Sorgfalt auf die Ansteuerschaltung zu richten, um alle Möglichkeiten der Leistungsentfaltung bis zu hohen Grenztemperaturen einerseits und optimaler Verlustleistungsreduzierung der Spule andererseits auszuschöpfen.
Dafür muss eine umfangreiche Anwendungsberatung durch den Relaislieferanten angeboten werden.
Tyco Electronics AMP GmbH hat mit der Serienfertigung eines speziellen Relais für die Anwendung in der selbsttätigen Freischaltstelle von Wechselrichtern begonnen.

Das PCFN Solar hat einen Kontaktabstand von 1,5 mm, kann Ströme bis 26 A dauerhaft führen und benötigt nur eine Fläche von 510 mm2 auf der Leiterplatte.
Während ein sicherer Durchzug des Magnetsystems mit 1,5 W Startleistung in einer Zeit unter 0,1s erreicht wird, kann die Halteleistung der Relaisspule danach auf 200 mW abgesenkt werden.
Beratung und Anpassung der Dimensionierung von Schaltung und Relais basieren auf den Erfahrungen bei der Entwicklung des Produktes und können angeboten werden.

So wird ein klassisches, elektromechanisches Produkt auf Basis seiner technischen Vorteile Teil einer Zukunftstechnologie.

Kai Scharlach


©2010 Forum Innovation der
Deutschen Schaltrelais-Hersteller im ZVEI
Update 01/11/2010