Spannungs- und Stromsensoren

Spannungs- und Stromsensoren sind elektronische Komponenten zur Messung elektrischer Parameter in Energiesystemen. In Photovoltaik (PV)-Anwendungen werden diese Sensoren in Maximum Power Point Tracking (MPPT)-Regler integriert, um kontinuierlich die Spannungs- und Stromabgabe von Solarmodulen zu überwachen. Die von den Sensoren gelieferten Messwerte sind für den Algorithmus des Reglers unerlässlich, um den optimalen Arbeitspunkt zu bestimmen und aufrechtzuerhalten, wodurch eine maximale Leistungsentnahme aus den Solarmodulen bei unterschiedlichen Einstrahlungs- und Temperaturbedingungen gewährleistet wird.

Die Sensoren sind für den Betrieb innerhalb bestimmter elektrischer und umgebungsbedingter Bereiche ausgelegt. Der Nennspannungsbereich beträgt 100–1000 V AC, der Nennstrombereich 1–1000 A, mit Genauigkeitsklassen von 0,5 bis 3 gemäß IEC 61869. Sie können bei Temperaturen von -40 °C bis 85 °C betrieben werden, die Isolationsspannung liegt zwischen 3 und 12 kV. Der Frequenzbereich umfasst 50–400 Hz, die Ansprechzeit für transiente Messungen beträgt 1–10 µs. Die Ausgangssignale sind typischerweise 4–20 mA analog schleifenversorgt, mit einer Versorgungsspannung von 24 V DC ±10 % für aktive Sensoren. Die Schutzart reicht von IP54 bis IP65, die dielektrische Festigkeit beträgt 2,5–5 kV. Das Gewicht variiert je nach Nennstrom zwischen 0,1 und 2,5 kg.

Verwendete Materialien umfassen Halbleitersilizium, Kupferleiter, Ferritkerne und Epoxidharzverguss. Diese Sensoren werden in industriellen und kommerziellen PV-Systemen eingesetzt, und ihre Auswahl hängt von Systemspannung, Strom, Genauigkeitsanforderungen und Umgebungsbedingungen ab. Es ist wichtig, modellspezifische Werte und Normen vor dem Kauf mit dem Hersteller oder Lieferanten zu verifizieren, da die aufgeführten Parameter Referenzbereiche sind und keine garantierten Spezifikationen für ein bestimmtes Produkt darstellen.

Spannungssensoren verwenden typischerweise Spannungsteiler oder Trennverstärker, um die Potenzialdifferenz zu messen, während Stromsensoren Hall-Effekt-Sensoren, Shunt-Widerstände oder Stromwandler zur Messung des Stromflusses einsetzen. Die Sensoren wandeln elektrische Parameter in proportionale analoge oder digitale Signale um, die der Prozessor des MPPT-Reglers interpretieren kann. Dadurch kann der Regler den Arbeitspunkt anpassen, um die Leistungsabgabe der Solarmodule zu maximieren.