Photovoltaik auf dem Vormarsch
Überspannungsschutz für PV-Anlagen
Die Energiewende und ein steigendes Umweltbewusstsein tragen dazu bei, dass in Deutschland so viele neue Solaranlagen wie noch nie ans Netz angeschlossen werden. Im vergangenen Jahr wurden etwa 240.000 Solaranlagen neu installiert, 2020 waren es 184.000 Systeme. Rund 10 Prozent des heimischen Stromverbrauchs werden inzwischen aus Photovoltaikanlagen gedeckt.
Bild: OBO Bettermann Vertrieb DeutschlandZwar sind die Kosten für PV-Anlagen in den letzten Jahren gesunken, trotzdem ist die Anschaffung für jeden Einzelnen eine hohe Investition, die sich möglichst schnell amortisieren soll. Dazu ist die durchgängige Verfügbarkeit einer PV-Anlage besonders wichtig. Ein wesentlicher Grund, die PV-Anlage und die damit verbundene Investition vor Beschädigungen und Ausfällen zu schützen. Ist die Anlage defekt, müssen zusätzliche Reparaturen wie z.B. der Tausch des Wechselrichters oder eines defekten Panels bezahlt werden und der fehlende Ertrag verlängert die Amortisationszeit.
Bild: OBO Bettermann Vertrieb DeutschlandPhotovoltaikanlagen richtig schützen
Durch die exponierte Lage solcher Anlagen als sogenannte Aufdachanlagen auf Eigenheimen oder als Solarparks auf freiem Feld, sind sie allerdings durch Blitzeinschläge und Überspannungen besonders gefährdet. Um Schäden durch Blitzeinschläge zu verhindern, wird für PV-Aufdachanlagen ein Blitzschutzsystem nach VDE 0185-305-3 (IEC/EN62305-3) empfohlen. Grundsätzlich sollte eine Risikoanalyse nach VDE 0185-305-2 zur Ermittlung der Notwendigkeit eines Blitzschutzsystems und der notwendigen Blitzschutzklasse durchgeführt werden, wenn nicht ein Blitzschutzsystem nach anderen Richtlinien wie Landesbauordnungen gefordert wird. Für PV-Kraftwerke oder Solarparks, also komplexe Freiflächenanlagen mit der Anforderung einer erhöhten Verfügbarkeit, sollte unter Nutzung der VDE 0185-305-2 generell die Notwendigkeit oder der Bedarf an zusätzlichen Maßnahmen geprüft werden. Sachversicherer fordern in der VdS-Richtlinie 2010 für PV-Anlagen ab 10kWp eine Blitzschutzanlage und inneren Überspannungsschutz, denn nur eine geschützte Anlage kann den Belastungen standhalten und sicher Energie produzieren. Für die Errichtung von PV-Stromversorgungssystemen gelten die Normen der VDE 0100-Reihe, insbesondere die DIN VDE 0100-712. Bei neu errichteten PV-Anlagen, die an die elektrische Anlage angeschlossen werden, ist nach DIN VDE 0100-443 und DIN VDE 0100-712 (IEC60364-4-44 und 60364-7-712) ein Überspannungsschutz (Typ 2/class II) auf der AC-Seite einzusetzen. Der Verweis in der DIN VDE 0100-712 auf die VDE 0185-305-3, Beiblatt 5 macht zusätzlich den Überspannungsschutz auf der DC-Seite zum Schutz des Wechselrichters notwendig.
Trennungsabstand einhalten
Bei der Installation der PV-Anlage und des äußeren Blitzschutzsystems sollte grundsätzlich darauf geachtet werden, dass der Trennungsabstand s zwischen dem PV-System und der äußeren Blitzschutzanlage sowie Dachrinnen, Antennenanlagen etc. eingehalten wird. Nur dann werden gefährliche Blitzteilströme auf metallischen sowie elektrischen Installationen sicher vermieden. Die Positionen der notwendigen Fangeinrichtungen müssen nach VDE 0185-305-3 (IEC/ EN 62305-3) geplant werden. Mithilfe des Blitzkugelverfahrens können die erforderlichen Längen der Fangstangen sowie die Abstände zwischen den Fangstangen fachgerecht dimensioniert werden. Diese sind derart anzuordnen, dass alle Teile der zu schützenden Anlage im Schutzbereich der Fangeinrichtung liegen. Wird der Trennungsabstand eingehalten, kann der Blitzstrom nicht direkt in die PV-Anlage eingekoppelt werden, sondern wird über die Blitzschutzanlage in die Erde abgeleitet. In diesen Fällen ist ein Überspannungsschutzgerät (SPD = Surge Protective Device) vom Typ 2 (class II) zum Schutz des Wechselrichters auf der DC-Seite ausreichend. Mit dem hochspannungsfesten, isolierten isCon-System kann der Trennungsabstand s sicher eingehalten werden. Die isolierten Fangeinrichtungen isFang mit der isCon-Ableitung, getestet nach VDE V 0185-561-8 (IEC TS 62561-8), minimieren die Beschattung bei fachgerechter Planung und erhöhen so die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage. Bei einer äußeren Blitzschutzanlage sind die Positionen der Fangmasten oder Fangstangen so zu wählen, dass keine Verschattung der PV-Module stattfindet. Ein Kernschatten kann Leistungseinbußen des gesamten Strings nach sich ziehen. Gleichzeitig ist darauf zu achten, dass sich das PV-System weiterhin im Schutzbereich der Fangstangen befindet.
Bild: OBO Bettermann Vertrieb DeutschlandÜberspannungsschutzgeräte einsetzen
Ist der Trennungsabstand nach VDE 0185-305-3 (IEC/EN 62305-3) aus baulichen Gründen nicht einzuhalten, muss die PV-Anlage in die Blitzschutzanlage eingebunden werden. Zum Schutz der DC-Seite sind in solchen Fällen Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1 (class I) oder Kombiableiter vom Typ 1+2 (class I+II) erforderlich. Der Wechselrichter ist bestmöglich vor gefährlichen Überspannungen geschützt, wenn SPDs auf der Gleich- und auf der Wechselspannungsseite direkt an den Eingängen und am Ausgang zum Einsatz kommen. Ein SPD auf der Wechselstromseite des Wechselrichters ist nicht zwingend erforderlich, sofern am Speisepunkt der gesamten elektrischen Anlage ein SPD eingesetzt ist und die Leitungslänge zwischen diesem SPD und dem Wechselrichter 10m nicht überschreitet. Um den Wechselrichter optimal zu schützen und die Anlagenverfügbarkeit sicherzustellen, wird der Einsatz eines zusätzlichen SPDs direkt vor dem Wechselrichter aber dennoch empfohlen. Ist der Wechselrichter mit Informations- und/oder Kommunikationseinrichtungen verbunden, sollten auch diese Leitungen gemäß VDE 0185-305-3 Beiblatt 5 (IEC/EN 62305-3 Beiblatt 5) durch geeignete Überspannungsschutzgeräte in den Potentialausgleich eingebunden werden.
Photovoltaikanlagen erden
Zur Funktionserdung müssen die metallischen Unterkonstruktionen bzw. Moduluntergestelle der PV-Aufdachanlage mit dem Fundamenterder verbunden werden. Dieser muss nach DIN 18014 bei Neubauten in Deutschland grundsätzlich installiert werden. Unterschieden werden Erdungsanlagen normativ in
- • Typ A: Horizontalerder, Vertikalerder (Tiefenerder oder Staberder)
- • Typ B: Ringerder (Oberflächenerder), Fundamenterder
Unter Typ A Erdungsanlagen fallen z.B. Schraub- und Rammfundamente, wenn sie die Anforderungen der VDE 0185-561-2 (IEC/EN 62561-2) erfüllen. Hierbei ist nicht nur ein Mindestquerschnitt in Abhängigkeit vom gewählten Material einzuhalten, auch mechanische sowie elektrische Eigenschaften müssen beachtet werden. Platten- und Streifenfundamente sind entsprechende Typ B Erdungsanlagen. Nach VDE 0185-305-3, Beiblatt 5 haben diese eine reduzierte Erderwirkung und sind durch weitere Erdungsmaßnahmen wie Maschenerder (20m x 20m) oder Tiefenerder zu erweitern.
Fazit
Um eine PV-Anlage umfassend und dauerhaft gegen Schäden zu schützen, bedarf es vor der Errichtung einer fachgerechten Planung entsprechend der aufgeführten Normen. Sowohl der innere als auch der äußere Blitzschutz, aber auch der Potentialausgleich und die Funktionserdung müssen dabei beachtet werden.
Die Energiewende und ein steigendes Umweltbewusstsein tragen dazu bei, dass in Deutschland so viele neue Solaranlagen wie noch nie ans Netz angeschlossen werden. Im vergangenen Jahr wurden etwa 240.000 Solaranlagen neu installiert, 2020 waren es 184.000 Systeme. Rund 10 Prozent des heimischen Stromverbrauchs werden inzwischen aus Photovoltaikanlagen gedeckt.
Bild: OBO Bettermann Vertrieb DeutschlandZwar sind die Kosten für PV-Anlagen in den letzten Jahren gesunken, trotzdem ist die Anschaffung für jeden Einzelnen eine hohe Investition, die sich möglichst schnell amortisieren soll. Dazu ist die durchgängige Verfügbarkeit einer PV-Anlage besonders wichtig. Ein wesentlicher Grund, die PV-Anlage und die damit verbundene Investition vor Beschädigungen und Ausfällen zu schützen. Ist die Anlage defekt, müssen zusätzliche Reparaturen wie z.B. der Tausch des Wechselrichters oder eines defekten Panels bezahlt werden und der fehlende Ertrag verlängert die Amortisationszeit.
OBO Bettermann Vertrieb Deutschland
Dieser Artikel erschien in GEBÄUDEDIGITAL 4 (August) 2022 - 31.08.22.Für weitere Artikel besuchen Sie www.gebaeudedigital.de
