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Temperatur-, Verlustleistungs- und Übergangswiderstands-
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Autor: An Planung, Aufbau, Messungen und Auswertung beteiligtes wissenschaftliches Team: Inhalt 1. Vorwort 2. Aufbau und Durchführung der Versuche 2.1. Kalibrierung des Temperaturfühlers 3. Messergebnisse 3.1. Messreihen mit einem Dauerstrom von 7A 4. Bewertungen 5. Nachfolge-Experimente 6. Equipment 1. Vorwort Im Rahmen verschiedener technischer Untersuchungen an Photovoltaik-Systemen (PV-Systemen), beschäftigte sich das TEC-Institut für technische Innovationen auch mit den Steckverbindungen verschiedener PV-Module. Die Tests wurden an folgenden Steckverbindungen vorgenommen:
Abb. 1: gängige Steckverbindungen an PV-Modulen 2. Aufbau und Durchführung der Versuche: 2.1. Kalibrierung des Temperaturfühlers: Als Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur an der Außenseite der Steckverdingung wurde der Typ Pt 100 (in einer leitfähigen Gummimasse vergossen) verwendet, siehe auch Abb. 2.
Abb. 2: Pt 100 – Temperaturfühler, in leitfähiger Gummimasse vergossen, bereits mit bestmöglichem Wärmekontakt auf Steckverbindung montiert. Bevor der Pt 100 jedoch, wie aus Abb. 2 zu ersehen ist, an die Steckverbindung angebracht werden konnte, musste erst eine Kalibrierung dieses Sensors durchgeführt werden.
Abb. 3: Kalibrierungskurve des Pt-100-Sensors 2.2. Herstellung des bestmöglichen Wärmekontaktes: Wie bereits aus Abb. 2 zu ersehen war, wurde der kalibrierte Pt 100 mit Hilfe eines Kabelbinders fest, d.h. mit bestmöglichem Wärmekontakt, an dem Steckverbinder angebracht. 2.3. Messaufbau In Abb. 2 sind am linken und rechten Bildrand je eine Lüsterklemme zu erkennen, welche als Anschlüsse zur Verbindung mit der Konstant-Stromquelle (im Bildhintergrund) dienten. Außerdem wurde an diesen Klemmen auch die Spannung, welche zur Ermittlung des Kontaktwiderstandes nötig war, abgegriffen. Natürlich handelt es sich hierbei um Gleichstrom und -Spannung. Abb. 4 und Abb. 5 zeigen weitere Details des Messaufbaus. Die in Abb. 5 zu sehenden Messgeräte (die ebenfalls vorher abgeglichen wurden) messen (von links nach rechts): Spannungsabfall am Steckverbinder, aktuellen Widerstand des Pt 100, sowie den Strom durch den Steckverbinder. Der Widerstandswert des Pt 100 konnte, dank der unter Punkt 2.1. erfolgten Kalibrierung, bei der Auswertung in eine Temperaturkurve umgewandelt werden.
Abb. 4: Details des Messaufbaus
Abb. 5: weitere Details des Messaufbaus Es wurden mit jedem Steckverbindungstyp jeweils zwei Messreihen durchgeführt, die erste Messreihe mit einem Dauerstrom von 7A, die zweite Messreihe mit einem Dauerstrom von 15A. Der Wert von 7A entspricht dem Nennstrom vieler handelsüblicher PV-Module. 3. Messergebnisse: 3.1 Messreihen mit einem Dauerstrom von 7A: Die detailierten Messprotokolle finden Sie hier Untersuchung an PV-Steckverbindungen 3.2 Messreihen mit einem Dauerstrom von 15A: Die detailierten Messprotokolle finden Sie hier Untersuchung an PV-Steckverbindungen 4. Bewertungen Zusammenfassung in Tabelle, Werte im „eingeschwungenen“ Zustand
Abb. 18: Verlustleistung an den Steckverbindungen bei 7A und 15A Im 7A-Bereich liegt der Kontaktwiderstand der MC 4-Steckverbindung mit 1,8 Ohm zwar deutlich unter den Kontaktwiderständen von 2,2 Ohm (für MC 3-komp.) bzw. 2,5 Ohm (für Tyco), jedoch ist auch in diesen Fällen kein Kontaktwiderstand unzulässig hoch. Die Verlustleistungen liegen jeweils bei ca. 0,1 W. Im 15A-Bereich sind die Kontaktwiderstände sogar kleiner als im 7A-Bereich, da der Spannungsabfall an den Kontakten nicht im gleichen Maße wie der Strom gestiegen ist. Die Verlustleistungen sind jedoch etwa um den Faktor 3 bis 4 gestiegen.
5. Nachfolgeexperimente: Die o. g. Messungen wurden an neuen Steckverbindungen durchgeführt, an welchen z.B. Korrosionen etc. ausgeschlossen werden konnten. 6. Equipment
Waldaschaff, 20.03.2009 Eberhard Zentgraf
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