Schutzklasse II-Prüfung von PV-Modulen

Schutzklasse II-Prüfung von
PV-Modulen
Dipl.-Ing Herbert Becker
TÜV Immissionsschutz und Energiesysteme GmbH
51105 Köln
Juni 2005
1.
Einleitung
Durch den in den letzten Jahren stark angewachsenen Einsatz von Photovoltaik (PV) Modulen (auch in Fassaden) spielt die Anwendung einer geeigneten Personen-Schutzmaßnahme
gegen elektrischen Schlag eine immer größere Rolle.
Dies gilt nicht nur für das mit der Errichtung und dem Betrieb einer PV-Anlage vertrauten
Personals sondern auch deshalb, weil die PV-Elemente oft zugänglich und somit für jedermann berührbar sind.
Als Personenschutzmaßnahme im Gleichstromkreis von PV-Anlagen bietet sich nach IEC
60364-4-41 (2001-08) Electrical installations of buildings - Part 4-41: Protection for safety Protection against electric shock (neben weiteren Möglichkeiten) insbesondere die Schutzisolierung an. Hierbei wird der Schutz durch die Verwendung von Betriebsmitteln gleichwertiger Isolierung, d.h. durch Betriebsmittel der Schutzklasse II, erreicht. Bei diesen Betriebsmitteln wird der Schutz gegen elektrischen Schlag ausschließlich durch die besondere Isolierung (doppelte oder verstärkte Ausführung) der aktiven Teile hergestellt. Die Isolationsfähigkeit der Betriebsmittel muß während der Betriebsdauer unbedingt erhalten bleiben.
Aus dieser allgemeinen Beschreibung wurde das Schutzziel zur Durchführung von Prüfungen an PV-Modulen formuliert und entsprechende Prüfungen definiert.
2.
Schutzziel zur Durchführung von Prüfungen
Das allgemeine Schutzziel zur Durchführung der Prüfungen an PV-Modulen ist der Nachweis, dass die besondere Isolationsfähigkeit bei normaler Verwendung der Module über die
gesamte Lebensdauer erhalten bleibt.
Normale Verwendung bedeutet zum einen, dass die Module Witterungseinflüssen (UVStrahlung, Temperatur, Feuchte, Hagel, Schnee und Wind) ausgesetzt sind, die nicht zu einer Alterung bzw. Minderung der Isolationseigenschaften führen dürfen.
1
Zum anderen darf die Isolierung der Module nicht durch übliche mechanische Belastungen
(Stöße, Kratzer) während des Transportes, der Installation und des Betriebes Schaden nehmen.
Auch muss die Isolierung so ausgeführt sein, dass durch Gewitterblitze eingekoppelte Überspannungen die Isolationsfähigkeit nicht nachteilig beeinflussen.
Durch die z.T. hohen Systemspannungen innerhalb einer Generatorverschaltung darf insbesondere bei dünnen isolierenden Schichten keine vorzeitige Alterung bzw. Verschlechterung
der Isolationseigenschaften stattfinden.
3.
Prüfprozedur für die Prüfung von Photovoltaikmodulen auf
Eignung als Schutzklasse II - Betriebsmittel
3.1
Grundlagen
Als Grundlage für die Erarbeitung der Prüfprozedur auf Eignung als Schutzklasse II Betriebsmittel wurde die EN 50178 (1998-04) „Electronic equipment for use in power installations“ herangezogen. Diese Norm stellt Mindestanforderungen an den Bau und Einbau solcher Betriebsmittel in elektrischen Anlagen.
In Verbindung mit der IEC 61140 (2001-10) “Protection against electric shock – Common
aspects for installation and equipment”, die als Leitfaden für Klassifizierung von elektrischen
und elektronischen Betriebsmitteln hinsichtlich des Schutzes gegen elektrischen Schlag im
Fall eines Versagens der Isolation dient, konnten Maßnahmen / Prüfprozeduren zusammengestellt werden, die die Eignung als Schutzklasse II-Betriebsmittel beschreiben.
Grundlage bilden die folgenden Normen:
IEC 60664-1 (2003-11)
Insulation coordination for equipment within low-voltage
systems - Part 1: Principles, requirements and tests.
IEC 61140 (2001-10)
Protection against electric shock – Common aspects for
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installation and equipment.
EN 50178 (1998-04)
Electronic equipment for use in power installations
IEC 61721 (1995-03)
Susceptibility of a photovoltaic (PV) module to accidental
impact damage (resistance to impact test)
3.2
Prüfungen
Zur Feststellung der allgemeinen Eignung hinsichtlich der Umweltverträglichkeit und zum
Nachweis der mechanischen Belastbarkeit wird vorausgesetzt, dass die Module die Spezifikationen der IEC 61215 (bzw. IEC61646) erfüllen.
Die Prüfungen zur Eignung als Schutzklasse II Betriebsmittel sind im Anhang 1 beschrieben.
4.
Erweiterung eines „Basis“ - Zertifikates bei Änderungen des
Moduldesigns
Die grundlegende Schutzklasse II Qualifizierung bezieht sich auf die Bauart eines Moduls
(Basis-Qualifizierung). Werden der zertifizierte Modultyp oder einzelne Komponenten verändert (z.B. neue Anschlussdose, neue Zellen) so kann das Basis-Zertifikat in Abhängigkeit
von Sicht- und Zeichnungsprüfungen sowie ggf. notwendigen Qualifikationstests auf die
neue Modulbauart erweitert werden, ohne das die gesamt Prüfprozedur gemäß Kapitel 3
wiederholt werden müsste.
Voraussetzung für eine Erweiterung ist in jedem Fall der Nachweis der mechanischen Stabilität gemäß IEC 61215 (IEC61646).
Die zur Erweiterung des Schutzklasse II Zertifikates notwendigen Qualifikationstests sind im
Anhang erläutert.
3
Qualifikationstests
Schutzklasse II - Prüfung von Solarmodulen
Name
Prüfbedingungen
1.1
Sichtprüfung
Beschädigungen, Materialveränderungen
1.2
Zeichnungsprüfung
Überprüfung der technischen Unterlagen, Konformitätserklärungen, Nachweisen, u.s.w.
2.1
Überprüfung der Luft- und
Kriechstrecken
Mindestabstände gemäß IEC 60664-1 in Abhängigkeit der
Bemessungsspannung und der Verschmutzungsgrade sowie der Schutzklasse
2.2
Nachweis der IP-Schutzart
Nachweis/Prüfung gemäß IEC 60529 (mind. IP 54)
2.3
Stossbelastung
Prüfung der Stossbelastbarkeit der Modulanschlussdose
bzw. des Kabelanschlusses mit Stahlkugel
2.4
Kratztest
Nachweis der mech. Stabilität bei Folienabdeckungen
Prüfung nach UL 1703 mit „Testwagen“ und Hochspannungsprüfung in Abhängigkeit der Bemessungsspannung
2.5
Eignung von Standardteilen
Mech. Festigkeit, UV-Beständigkeit, Dichtigkeit, Strom/Spannungsfestigkeit, u.s.w. von Standardteilen wie Anschluss (-dose), Anschlussklemmen, PG-Verschraubungen,
Bypassdioden, etc.
3.1
Stossspannungsprüfung
Energiearme Stoßspannungsprüfung
Ermittlung der Modulkapazität
Isolationsmessung
Stoßspannungsprüfung mit 6 kVp
Kontrollmessungen (Kapazität und Isolation)
3.2
Hochspannungsprüfung
Prüfspannung: 4 x Unenn + 2000 V
Steigerung der Prüfspannung von Null an in kleinen Stufen
innerhalb von 30 Sekunden auf vollen Betrag und 1 Minute
aufrechterhalten.
4.1
Nachweis der Teilentladungsfreiheit
Prüfprozedur gemäß IEC 60664-1
4
1 complete Module
1 module without frame
2 junction boxes
pieces of reverse side foil
1.1
Visual inspection
1 Complete module
1.2
Drawing inspection
1 Laminate
10 Pieces of reverse side foil
2.1
Test of clearance and
creepage distance
3.1
Impulse voltage test at
6 kV
2.2
Proof of IP-protection (manufacturer’s proof or test)
3.2
High-voltage testing at
4 x Un max + 2000 V
2.3
Impulse load
− spring-operated impact-test
− steel ball test
2.4
2.5
Scratch test
(Cut-Test, UL 1703, 05/93)
Test of the suitability of
standard components
4.1
Measurement of partial-discharges (at reverse side foil-modules,
manufactures verification or examination)
Aim of protection:
The insulation capability of the solar modules has to remain the
same during the whole life time at normal application (transport,
installation, operation)
Prerequisite:
IEC 61215 (2005-04) or equal EN 61215 (1996-10), IEC61646
Testing fundamentals:
EN 50178 (1998-04)
IEC 61140 (2001-10)
IEC 60664-1 (2003-11)
IEC 61721 (1995-03)
(DIN VDE 0106-1 (1982-05) and
DIN VDE 0106-101 (1986-11)
(DIN VDE 0110-1 (1997-04)
Safety Class II - Examination of PV Modules
1
Repetition of Qualification Tests for the Extension
of the Safety Class II Certificates
Test 1.1
Modification
1.2
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
4.1
Visual
Drawing
IP Pro-
Impulse Scratch Standard-
Impuls
High
Partial
Inspection
Inspection
Clearance
Creepage
Distances
tection
Load
Voltage
Voltage
Discharge
A
Cell type, cell configuration
z
z
B
Foil type
Reverse (front-) side
z
z
C
Glass typeFront oder reverse side
z
z
D
Junction box, terminals,
cable terminal
z
z
z
E
Frame
Removal or alteration
z
z
F
Increase / Decrease
in the module area, no. of cells
z
z
2.4
Test
2.5
Components
|
|
|
z
z
z
|
|
|
z
z
z
|
|
|
|
|
|
z
z
z
z
z necessary
| dependent on the results of z
Safety Class II - Examination of PV Modules
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