EMI-Filterlösungen für Solarwechselrichter
Autor: DOREXS
2026-01-06
Überblick
Solarwechselrichter sind die zentralen Stromumwandlungseinheiten in Photovoltaikanlagen (PV), die für die Umwandlung von Gleichstrom von Solarmodulen in netzkompatiblen Wechselstrom verantwortlich sind. Aufgrund des Hochfrequenzschaltens, der zunehmenden Leistungsdichte und der weit verbreiteten Verwendung von IGBT- und SiC-Gerätenelektromagnetische Interferenz (EMI)ist zu einer der kritischsten Herausforderungen bei der Entwicklung moderner Solarwechselrichter geworden.
Unkontrollierte elektromagnetische Störungen können zu Folgendem führen:
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EMV-Testfehler
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Probleme mit der Netzkonformität
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Interferenz mit in der Nähe befindlichen elektronischen Geräten
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Reduzierte Systemzuverlässigkeit
EMI von Solarstromanlagen kann die Leistung empfindlicher elektronischer Geräte wie Computer, medizinische Geräte, Haushaltsgeräte, elektrische Geräte und andere Geräte beeinträchtigen. Solarstromanlagen geben häufig hohe Amplituden transienter Oberschwingungsspannungen ab, die die Funktion dieser elektrischen Geräte beeinträchtigen können. Starke elektromagnetische Störungen können sogar zu dauerhaften Schäden an empfindlichen Geräten führen.
DOREXS bietet professionelleEMI-Filterlösungen für SolarwechselrichterDies hilft Herstellern, leitungsgebundene und abgestrahlte Emissionen zu reduzieren und internationale EMV-Standards effizient zu erfüllen.
Warum EMI ein kritisches Problem bei Solarwechselrichtern ist
Aufgrund ihrer Funktionsweise erzeugen Solarwechselrichter von Natur aus elektromagnetische Störungen:
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Hochfrequenz-PWM-Schaltung
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Schnelle Spannungs- und Stromübergänge (hohes dv/dt und di/dt)
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Lange Gleich- und Wechselstromkabel wirken als unbeabsichtigte Antennen
EMI ist sowohl in Wechselstrom- als auch in Gleichstromsystemen ein Problem, da beide durch leitungsgebundene und abgestrahlte Störungen beeinträchtigt werden können. Steuerleitungen und Steuerungssysteme innerhalb von Solarwechselrichtern können ebenfalls zu EMI beitragen oder von dieser beeinflusst werden, sodass es für eine umfassende Unterdrückung und Einhaltung von Vorschriften unerlässlich ist, diese Wege zu berücksichtigen.
Da sich die Wechselrichtertechnologie hin zu höheren Schaltfrequenzen und SiC-basierten Designs weiterentwickelt, werden EMI-Probleme schwerwiegender und ohne einen Ansatz auf Systemebene schwieriger zu kontrollieren. EMI muss sorgfältig kontrolliert werden, um einen zuverlässigen Betrieb des gesamten Systems sicherzustellen.
EMI in Solarwechselrichtern ist kein Einzelkomponentenproblem, sondern eine technische Herausforderung auf Systemebene.
Leistungselektronik in Solarwechselrichtersystemen verstehen
Die Leistungselektronik ist das Herzstück jedes Solarwechselrichtersystems und dient als Brücke zwischen dem von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom und dem von Haushalten, Unternehmen und dem Versorgungsnetz benötigten Wechselstrom. Durch den Einsatz fortschrittlicher Komponenten wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) und Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) können Solarwechselrichter den Umwandlungsprozess effizient verwalten und gleichzeitig eine kompakte Größe und hohe Leistung beibehalten. Diese Komponenten sind für den Betrieb bei erhöhten Frequenzen ausgelegt, was nicht nur die Effizienz des Wechselrichters steigert, sondern auch dazu beiträgt, die spezifischen Anforderungen moderner Solaranlagen zu erfüllen.
Der Hochfrequenzbetrieb der Leistungselektronik kann jedoch zu elektromagnetischen Störungen (EMI) führen, die möglicherweise den zuverlässigen Betrieb des Wechselrichters und anderer elektronischer Systeme in der Nähe beeinträchtigen. Effektives Design und Integration der Leistungselektronik sind daher unerlässlich – nicht nur zur Optimierung der Leistungsumwandlung und Systemzuverlässigkeit, sondern auch zur Gewährleistung der Einhaltung strenger EMI-Vorschriften. Durch das Verständnis des Zusammenspiels zwischen Leistungselektronik und EMI können Ingenieure Solarwechselrichtersysteme entwickeln, die eine stabile Ausgangsspannung liefern, Störungen minimieren und eine konstante Leistung über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen hinweg aufrechterhalten.
Häufige EMI-Probleme in Solar-Wechselrichtersystemen
Leitungsgebundene Emissionen (150 kHz – 30 MHz)
- Über Stromleitungen in das Wechselstromnetz eingespeistes Rauschen
- Gleichtaktrauschen breitet sich über Gleichstromkabel zurück zu PV-Anlagen aus
- EMV-Testfehler aufgrund unzureichender Dämpfung bei niedrigen und mittleren Frequenzen
Strahlungsemissionen (30 MHz – 1 GHz)
- Lange DC- und AC-Kabel, die Gleichtaktrauschen abstrahlen
- Schlechte Erdung oder Gehäusekopplung
- Hochfrequentes Schaltrauschen von IGBT- oder SiC-Geräten
Diese Probleme treten häufig bei EMV-Tests auf und erfordern eine wirksame EMI-Filterung in Kombination mit einer ordnungsgemäßen Erdung und Anordnung.
EMI-Filterstrategie auf Systemebene
Eine erfolgreiche EMI-Unterdrückung in Solarwechselrichtern erfordert aFilterstrategie auf Systemebene, einschließlich:
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Geräuschquellenkontrolle (Optimierung des Schaltverhaltens)
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EMI-Filterung sowohl auf der AC- als auch auf der DC-Seite
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Richtiges Erdungs- und Abschirmungsdesign
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Optimiertes PCB- und Stromversorgungslayout
Durch die Umsetzung eines mehrschichtigen Ansatzes kann eine optimale Geräuschreduzierung bei Solarwechselrichtern erreicht werden. EMI-Lösungen für Solarwechselrichter nutzen passive Filter, Drosseln, Kondensatoren, Abschirmung und Erdung, um hochfrequentes Rauschen in Solarsystemen zu blockieren. DC-Filter sind speziell für die Filterung von DC-Strom- und Steuerleitungen konzipiert und bieten gezielten Schutz für Solarmodule, Batteriesysteme und DC-Motoren. Die ordnungsgemäße Installation des Wechselrichters und der Kabel ist zur Reduzierung von elektromagnetischen Störungen unerlässlich. Zur ordnungsgemäßen Erdung gehört die direkte Montage von Filtern auf einer geerdeten Metallplatte, um einen niederohmigen Geräuschableitungspfad zu schaffen. Eine ordnungsgemäße Erdung des Wechselrichters ist wichtig, um das Risiko von elektromagnetischen Störungen zu minimieren und die Einkopplung von Störungen in das System zu verhindern.
Unter diesen,EMI-Filter spielen eine Schlüsselrolle bei der Blockierung von Geräuschausbreitungspfadenund Stabilisierung der EMV-Leistung.
Unter diesen,EMI-Filter spielen eine Schlüsselrolle bei der Blockierung von Geräuschausbreitungspfadenund Stabilisierung der EMV-Leistung.
Hochfrequenzschwingungen und ihre Auswirkungen auf EMI
Hochfrequente Schwingungen stellen bei Solarwechselrichtersystemen eine häufige Herausforderung dar, insbesondere bei solchen, die Schaltnetzteile verwenden. Diese Schwingungen, die einen Frequenzbereich von mehreren Kilohertz bis hin zu vielen Megahertz umfassen können, werden häufig durch schnelle Schaltvorgänge erzeugt, die für eine effiziente Energieumwandlung erforderlich sind. Infolgedessen kann hochfrequentes Rauschen in das System eingeleitet werden, das möglicherweise über Kabel abgestrahlt oder in andere elektronische Geräte und Anlagen eingekoppelt wird, was zu elektromagnetischen Störungen (EMI) führt.
Das Vorhandensein hochfrequenter Schwingungen gefährdet nicht nur die Leistung des Solarwechselrichters selbst, sondern kann auch den Betrieb anderer empfindlicher Geräte im selben Stromnetz stören. Um dieses Problem anzugehen, setzen Entwickler eine Vielzahl von Abhilfemaßnahmen ein, darunter den Einsatz von EMI-Filtern, Ferritkernen und sorgfältig ausgewählten rauschreduzierenden Komponenten. Eine ordnungsgemäße Filterung und Erdung ist von entscheidender Bedeutung, um unerwünschte Geräusche wirksam zu blockieren und sicherzustellen, dass hochfrequente Schwingungen die Systemzuverlässigkeit nicht beeinträchtigen oder Hochfrequenzstörungen (RFI) verursachen.
Durch die proaktive Bewältigung hochfrequenter Schwingungen können Solarwechselrichtersysteme einen effizienteren Betrieb erreichen, das Risiko von Störungen mit anderen elektronischen Geräten verringern und die Einhaltung internationaler EMV-Standards gewährleisten. Dieser Ansatz ist unerlässlich, um die langfristige Leistung und Zuverlässigkeit sowohl privater als auch gewerblicher Solarstromanlagen sicherzustellen.
DOREXS EMI-Filterlösungen für Solarwechselrichter
DOREXSist auf EMI- und Netzfilter für industrielle und erneuerbare Energieanwendungen spezialisiert. Unsere Filter sind kostengünstig, bestehen aus hochwertigen Komponenten und werden häufig in Solarwechselrichtersystemen eingesetzt, um sowohl Gleichtakt- als auch Gegentaktrauschen zu unterdrücken.
EMI-Filtersind über einen breiten Frequenzbereich wirksam, typischerweise zwischen 150 kHz und 30 MHz. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung elektromagnetischer Störungen in Motorantrieben, medizinischen Geräten, Geräten und Frequenzumrichtern und gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb und die Einhaltung von Industriestandards.
Astrodyne TDI bietet eine große Auswahl hochwertiger handelsüblicher EMI-Filter für verschiedene Anwendungen, einschließlich Solarwechselrichtern.
AC-Ausgangs-EMI-Filter für netzgebundene Solarwechselrichter
Der Wechselstromausgang eines Solarwechselrichters ist direkt mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden, weshalb die EMI-Kontrolle auf dieser Seite für die Netzkonformität unerlässlich ist. Netzfilter werden außerdem am Wechselstromeingang von Wechselrichtern angebracht, um elektromagnetische Störungen zu reduzieren, bevor sie in das System gelangen.
DOREXS AC-EMI-Filtersind darauf ausgelegt:
DOREXS AC-EMI-Filtersind darauf ausgelegt:
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Unterdrücken Sie leitungsgebundene Emissionen von 150 kHz bis 30 MHz
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Reduzieren Sie sowohl Gleichtakt- als auch Gegentaktrauschen
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Störeinkopplung in das Stromnetz verhindern
Hauptmerkmale
- Einphasige und dreiphasige EMI-Filteroptionen
- Hohe Dämpfungsleistung
- Geringer Ableitstrom (netzkonform)
- Kompaktes, umrichterfreundliches mechanisches Design
- CE- und RoHS-konform
- Pi-Filter bieten eine hohe Dämpfung hochfrequenter Störungen am Wechselstromausgang und sorgen so für eine saubere Stromversorgung. Für die Kompatibilität mit empfindlichen Geräten ist ein reiner Sinuswellenausgang wichtig, und die Versorgung mit sauberem Wechselstrom ist ein wesentlicher Vorteil der Verwendung dieser Filter.
Typische Anwendungen
- Netzgekoppelte Solarwechselrichter
- Zentralwechselrichter
- Dreiphasige Stringwechselrichter
DC-Eingangs-EMI-Filter für PV-seitige Anwendungen
Die Gleichstromseite eines Solarwechselrichters wird oft übersehen, dennoch ist sie aufgrund langer PV-Kabel und Gleichtaktstromlecks eine Hauptquelle für elektromagnetische Strahlung. Zwischen PV-Modulen und dem Wechselrichter werden DC-EMI-Filter installiert, um leitungsgebundene Emissionen zu reduzieren und die Module zu schützen. Hochfrequente Leckströme können zu einer vorzeitigen Alterung von Solarmodulen führen; Gleichstromseitige EMI-Filter reduzieren diese Ströme. Gleichstromfilter sind speziell für die Filterung von Gleichstrom- und Steuerleitungen konzipiert, einschließlich solcher, die in Solarmodulen und Wechselrichtern verwendet werden.
DOREXS DC-EMI-Filterhelfen:
DOREXS DC-EMI-Filterhelfen:
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Unterdrücken Sie Gleichtaktrauschen auf PV-Eingangsleitungen
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Verhindern Sie die Ausbreitung elektromagnetischer Störungen entlang langer Gleichstromkabel
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Reduzieren Sie die durch PV-Verkabelung verursachten Strahlungsemissionen
Designvorteile
- Geeignet für Hochspannungs-PV-Anlagen (1000V / 1500V DC)
- Hohe Isolierung und Zuverlässigkeit
- Stabile Leistung in rauen Außenumgebungen
- Optimiert für geringen Leckstrom
Die DC-seitige EMI-Filterung ist unerlässlich, um die Ausbreitung von Gleichtaktstörungen durch PV-Arrays und Kabelsysteme zu verhindern.
Maßgeschneiderte EMI-Filterlösungen für Solarwechselrichter
Jedes Solarwechselrichterdesign ist anders. DOREXS bietetkundenspezifische EMI-Filterlösungenzugeschnitten auf die spezifischen Anforderungen des Wechselrichters.
Zu den Anpassungsoptionen gehören:
Zu den Anpassungsoptionen gehören:
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Nennstrom und Spannung
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Leckstromoptimierung
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Mechanische Größe und Montagestruktur
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Filtertopologie passend zur Wechselrichterarchitektur
Unsere Ingenieure arbeiten eng mit Kunden zusammen, um eine optimale EMI-Leistung bei minimalen Auswirkungen auf die Systemeffizienz und -größe sicherzustellen.
Warum sollten Sie sich für DOREXS entscheiden?
- Spezialisierter Hersteller von EMI- und Netzfiltern
- Umfangreiche Erfahrung in Solar- und erneuerbaren Energieanwendungen
- Interner EMV-Engineering-Support
- Schnelle Bemusterung und technische Reaktion
- Lösungen zur Vereinfachung der EMV-Zertifizierung
Typische Solarwechselrichteranwendungen
- Netzgekoppelte Solarwechselrichter
- String-Wechselrichter
- Zentralwechselrichter
- Hybridwechselrichter mit Energiespeichersystemen
- Netzunabhängige PV-Wechselrichtersysteme
Einhaltung internationaler EMV-Standards
DOREXS EMI-FilterlösungenUnterstützung der Einhaltung wichtiger EMV-Standards, einschließlich:
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IEC 61000-6-3 / IEC 61000-6-4
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EN 55011 / EN 55032
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CISPR-Standards
Unsere Filter sollen Herstellern von Solarwechselrichtern dabei helfen, EMV-Tests effizienter und zuverlässiger zu bestehen.
Technische Ergebnisse
Leitungsgebundene Emissionen des 1500-V-Photovoltaik-Wechselrichters überschreiten die Grenzwerte – Gleichrichtung
Ein 1500-V-Dreiphasen-Photovoltaik-Wechselrichter hat die EMI-Prüfung nicht bestanden, wobei die leitungsgebundenen Emissionen die Grenzwerte im 150-kHz-500-kHz-Frequenzband um 8–12 dBμV überschritten und die Gleichtaktspitze die Grenzwerte im 2–10-MHz-Frequenzband um 5–8 dBμV überschritt. Zur Behebung wurden folgende Schritte unternommen:
Problemidentifizierung:Durch Spektrumanalyse und Stromtests wurde festgestellt, dass die Grenzwertüberschreitungen im Frequenzband von 150 kHz bis 500 kHz auf Gegentaktrauschen zurückzuführen sind, das durch die PWM-Grundfrequenz und ihre Harmonischen niedriger Ordnung verursacht wird, während die Grenzwertüberschreitungen im Frequenzband von 2 bis 10 MHz auf Gleichtaktrauschen zurückzuführen sind, das hauptsächlich auf Gleichtaktstromlecks auf der DC-Seite zurückzuführen ist. In Solarwechselrichtern mildern EMI-Filter hochfrequentes Rauschen, das von schnell schaltenden Leistungshalbleitern wie IGBTs oder MOSFETs erzeugt wird. Y-Kondensatoren bieten einen Weg für Gleichtaktstörungen zwischen Phasenleitungen und Gehäuse oder Erde und helfen so, unerwünschte Signale abzuleiten. Gleichtaktdrosseln werden sowohl an Gleichtakt- als auch an Wechselstromkabeln verwendet, um Gleichtaktrauschen zu absorbieren und gleichzeitig den Durchgang gewünschter Signale zu ermöglichen. Sie sind für die Unterdrückung von Gleichtaktrauschen zur Einhaltung der Netzkonformität von entscheidender Bedeutung. Ferritperlen dämpfen hochfrequentes Rauschen, indem sie es absorbieren, und werden häufig Kabeln beigefügt. Filter unterdrücken hochfrequente Leckströme, reduzieren die Belastung der Solarmodule und verbessern deren Langlebigkeit. Eine wirksame Filterung verringert die abgestrahlten Emissionen und verhindert so Störungen anderer elektronischer Geräte. Filter stellen außerdem sicher, dass der Wechselrichter die internationalen EMV-Standards erfüllt, die für netzgekoppelte Systeme obligatorisch sind.
Abhilfemaßnahmen:
① Der DC-seitige EMI-Filter wurde optimiert, die Gleichtaktinduktivität durch einen Typ mit hoher Permeabilität ersetzt und die Kapazität des Hochspannungs-Y-Kondensators erhöht (um den Leckstrom so zu steuern, dass er den Standards entspricht);
② Die Gehäuseerdung wurde optimiert, der Erdungspfad des Y-Kondensators verkürzt und Kupferschienen verwendet, um eine 360°-Erdung zu erreichen. Zur ordnungsgemäßen Erdung gehört die direkte Montage von Filtern auf einer geerdeten Metallplatte, um einen niederohmigen Rauschableitungspfad zu schaffen, der für eine wirksame EMI-Unterdrückung und Konformität unerlässlich ist.
③ Das Leistungslayout wurde optimiert, der Bereich der Schleifen mit hohem di/dt reduziert und die Sammelschienenkondensatoren nahe an beiden Enden der SiC-Geräte installiert.
Ergebnisse der Gleichrichtung: Nach der Gleichrichtung wurden die leitungsgebundenen Emissionen im Frequenzband 150 kHz–500 kHz um mehr als 15 dBμV und die Gleichtaktspitze im Frequenzband 2–10 MHz um mehr als 10 dBμV verringert, was beides den Grenzwerten der Norm IEC 61000-6-4 entspricht; und die Ergebnisse blieben während des Belastungstests stabil, ohne dass es erneut zu Grenzwertüberschreitungen kam.
Problemidentifizierung:Durch Spektrumanalyse und Stromtests wurde festgestellt, dass die Grenzwertüberschreitungen im Frequenzband von 150 kHz bis 500 kHz auf Gegentaktrauschen zurückzuführen sind, das durch die PWM-Grundfrequenz und ihre Harmonischen niedriger Ordnung verursacht wird, während die Grenzwertüberschreitungen im Frequenzband von 2 bis 10 MHz auf Gleichtaktrauschen zurückzuführen sind, das hauptsächlich auf Gleichtaktstromlecks auf der DC-Seite zurückzuführen ist. In Solarwechselrichtern mildern EMI-Filter hochfrequentes Rauschen, das von schnell schaltenden Leistungshalbleitern wie IGBTs oder MOSFETs erzeugt wird. Y-Kondensatoren bieten einen Weg für Gleichtaktstörungen zwischen Phasenleitungen und Gehäuse oder Erde und helfen so, unerwünschte Signale abzuleiten. Gleichtaktdrosseln werden sowohl an Gleichtakt- als auch an Wechselstromkabeln verwendet, um Gleichtaktrauschen zu absorbieren und gleichzeitig den Durchgang gewünschter Signale zu ermöglichen. Sie sind für die Unterdrückung von Gleichtaktrauschen zur Einhaltung der Netzkonformität von entscheidender Bedeutung. Ferritperlen dämpfen hochfrequentes Rauschen, indem sie es absorbieren, und werden häufig Kabeln beigefügt. Filter unterdrücken hochfrequente Leckströme, reduzieren die Belastung der Solarmodule und verbessern deren Langlebigkeit. Eine wirksame Filterung verringert die abgestrahlten Emissionen und verhindert so Störungen anderer elektronischer Geräte. Filter stellen außerdem sicher, dass der Wechselrichter die internationalen EMV-Standards erfüllt, die für netzgekoppelte Systeme obligatorisch sind.
Abhilfemaßnahmen:
① Der DC-seitige EMI-Filter wurde optimiert, die Gleichtaktinduktivität durch einen Typ mit hoher Permeabilität ersetzt und die Kapazität des Hochspannungs-Y-Kondensators erhöht (um den Leckstrom so zu steuern, dass er den Standards entspricht);
② Die Gehäuseerdung wurde optimiert, der Erdungspfad des Y-Kondensators verkürzt und Kupferschienen verwendet, um eine 360°-Erdung zu erreichen. Zur ordnungsgemäßen Erdung gehört die direkte Montage von Filtern auf einer geerdeten Metallplatte, um einen niederohmigen Rauschableitungspfad zu schaffen, der für eine wirksame EMI-Unterdrückung und Konformität unerlässlich ist.
③ Das Leistungslayout wurde optimiert, der Bereich der Schleifen mit hohem di/dt reduziert und die Sammelschienenkondensatoren nahe an beiden Enden der SiC-Geräte installiert.
Ergebnisse der Gleichrichtung: Nach der Gleichrichtung wurden die leitungsgebundenen Emissionen im Frequenzband 150 kHz–500 kHz um mehr als 15 dBμV und die Gleichtaktspitze im Frequenzband 2–10 MHz um mehr als 10 dBμV verringert, was beides den Grenzwerten der Norm IEC 61000-6-4 entspricht; und die Ergebnisse blieben während des Belastungstests stabil, ohne dass es erneut zu Grenzwertüberschreitungen kam.
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