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.
Wechselrichter inklusive Überspannungsschutz
Wechselrichter inklusive ÜberspannungsschutzBild: OBO Bettermann Vertrieb Deutschland

Zwar 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.

PV-SPD Typ 2
PV-SPD Typ 2Bild: OBO Bettermann Vertrieb Deutschland

Photovoltaikanlagen 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.

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Autorin | Julia Belz, Marketing-Redakteurin, OBO Bettermann Holding GmbH & Co. KG

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Wechselrichter inklusive Überspannungsschutz
Wechselrichter inklusive ÜberspannungsschutzBild: OBO Bettermann Vertrieb Deutschland

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PV-SPD Typ 2
PV-SPD Typ 2Bild: OBO Bettermann Vertrieb Deutschland

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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.

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