Photovoltaik-Systeme schützen

Nein, durch die Errichtung einer üblichen PV-Anlage an oder auf einem Gebäude wird das Risiko eines Blitzeinschlages nicht erhöht.

Überspannungsschutz in Photovoltaikanlagen ist entscheidend, um die Anlage vor Schäden durch unerwartete Spannungsspitzen zu schützen, die durch externe Ereignisse wie direkte Blitzeinschläge, indirekte Blitzeinschläge in der Umgebung oder durch Schalthandlungen verursacht werden können. Hier ist eine vereinfachte Erklärung der Funktionsweise: 

• Erkennung von Überspannungen: Überspannungsschutzgeräte (SPDs) sind so konzipiert, dass sie kontinuierlich die Spannung überwachen und auf ungewöhnliche Spitzen reagieren. 

• Ableitung der Überspannung: Im Falle einer Überspannung leiten die SPDs die überschüssige Energie sicher zur Erde ab, bevor sie die empfindlichen Teile der Photovoltaikanlage erreichen kann. 

• Schutz der Anlagenkomponenten: Durch die Ableitung der Überspannung schützen die SPDs die Solarmodule, den Wechselrichter und andere elektronische Geräte vor Schäden. 

Es gibt zwei Hauptarten von Überspannungsschutz: 

• AC-SPD: Schützt die Wechselstromseite der Anlage. 
• DC-SPD: Schützt die Gleichstromseite, insbesondere die Solarmodule und den Wechselrichter.

Ohne Überspannungsschutz können die Folgen für eine Photovoltaikanlage bei einem Blitzeinschlag schwerwiegend sein. Hier sind einige mögliche Szenarien: 

• Totalschaden: Ein direkter Blitzeinschlag in die Anlage kann zu einem Totalschaden führen, wobei die Solarmodule, der Wechselrichter und andere elektronische Komponenten irreparabel beschädigt werden können. 

• Indirekte Schäden: Auch indirekte Blitzeinschläge, die andere Teile des Gebäudes oder Leitungen treffen, können Überspannungen verursachen, die zu Schäden an der Photovoltaikanlage führen. 

• Ausfall technischer Geräte: Überspannungen können den Ausfall von technischen Geräten verursachen, was zu kostenintensiven Reparaturarbeiten führen kann. 

• Brandgefahr: Es besteht auch die Gefahr, dass durch die Überspannung Brände entstehen. Das gefährdet nicht nur die Anlage, sondern auch das Gebäude. 

Daher ist es wichtig, einen geeigneten Überspannungsschutz zu installieren, um diese Risiken zu minimieren und die Sicherheit sowie die Langlebigkeit der Photovoltaikanlage sicher zu stellen. 

Überspannungsableiter werden in 3 Klassen eingeteilt: Typ/Klasse 1, 2 oder 3. 

Die Ableiter unterscheiden sich in ihrem Ableitvermögen sowie im Schutzpegel (max. auftretende Spannung im Falle eines Ableitvorgangs). 

Klasse 1 = Grobschutz  
Die Ableiter haben die größte Stoßstromfähigkeit und sind für die Belastung eines direkten Blitzeinschlages ausgelegt.
Ist der Schutzpegel vom Typ 1-Ableiter höher als die Spannungsfestigkeit der nachgelagerten zu schützenden Geräte, muss ein Typ 2-Ableiter nachgeschaltet werden  

Klasse 2 = Mittelschutz 
Die Ableiter sind für Stoßströme ausgelegt, die bei indirekten Blitzeinschlägen zu erwarten sind. 

Klasse 3 = Feinschutz 
Diese Ableiter haben die geringste Stoßstromtragfähigkeit und schützen empfindliche Geräte wie PC, TV usw.

Dies ist abgängig davon, ob ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist und wenn Ja, ob der Trennungsabstand zwischen dem Blitzschutzsystem und den PV-Komponenten eingehalten wurde oder nicht. Siehe hierzu die Schutzvorschläge in WPX029.

DEHN unterscheidet bei den Ableiter neben den Typen auch in Red/Line und Yellow/Line. 

Red/Line Ableiter beschreiben alle Typen für den Energieteil einer Photovoltaikanlage. Yellow/Line Ableiter sind für den Einsatz im Bereich der Signal- und Kommunikationsleitungen vorgesehen.

Nein. Überspannungsableiter von DEHN können Blitzströme mehrere Male ableiten. Dies wurde durch diverse Labortests nachgewiesen und auch durch unsere langjährige Felderfahrung bestätigt. 

Es sollte jedoch regelmäßig geprüft werden, ob die Ableiter noch funktionsfähig sind. Funktions- / Defektanzeige kann durch die grün-rote Markierung im Sichtfenster ermittelt werden.

• Gleichspannungskabel: Wenn das Gleichspannungskabel länger als 10 m ist, sollte ein Überspannungsschutzgeräte Typ 2 an der Verbindung mit den Photovoltaik-Modulen installiert werden. 

• Wechselrichter: Installation von Überspannungsschutzgeräten (SPD = Surge Protective Devices) Typ 2 vor und nach dem Wechselrichter. 

• Elektroinstallation des Gebäudes: Zum Schutz der elektrischen Geräte im Gebäude sollten in der Energienetz-Einspeisung ein SPD-Typ 1 installiert werden.

• Wechselrichter: Installation von Überspannungsschutzgeräten (SPD = Surge Protective Devices) Typ 1 vor und nach dem Wechselrichter. 

• Elektroinstallation des Gebäudes: Zum Schutz der elektrischen Geräte im Gebäude sollten in der Energienetz-Einspeisung SPD Typ 1 installiert werden.

Aus Blitzschutzgründen ist es nicht notwendig, die Modulrahmen in das Erdungssystem einzubinden. Hierfür muss lediglich das Montagegestell eingebunden werden. Allerdings erfordern bestimmte Modultypen eine Erdung, hierzu sind die Angaben des Modulherstellers zu beachten.

Bei der Erdung von Photovoltaikanlagen müssen bestimmte Komponenten geerdet werden, um Personen- und Anlagenschäden zu vermeiden. Hier sind die wesentlichen Elemente, die geerdet werden müssen: 

• Rahmen der Solarmodule: Aus Blitzschutzgründen ist es nicht notwendig, die Modulrahmen in das Erdungssystem einzubinden. Hierfür muss lediglich das Montagegestell eingebunden werden. Allerdings erfordern bestimmte Modultypen eine Erdung, hierzu sind die Angaben des Modulherstellers zu beachten.  

• Montagegestell: Das Gestell, auf dem die Solarmodule montiert sind, insbesondere wenn es aus Stahl oder Aluminium besteht, muss ebenfalls geerdet werden. 

• Metallene Kabeltrassen und Leitungsschutzrohre: Alle metallenen Teile, die mit der Verkabelung der Anlage verbunden sind, sollten in den Potentialausgleich einbezogen werden. 

• Wechselrichtergehäuse: Falls das Gehäuse des Wechselrichters aus Metall besteht, muss auch dieses geerdet werden. 

Die Erdung ist gesetzlich vorgeschrieben und muss gemäß den Normen wie DIN VDE 0100 Teil 540 und DIN 18014 erfolgen.

Wenn eine Photovoltaikanlage nicht ordnungsgemäß geerdet ist, kann dies zu mehreren schwerwiegenden Problemen führen: 

• Stromschläge: Es besteht ein erhöhtes Risiko für Stromschläge, da die Erdung dazu dient, überschüssige elektrische Ladungen sicher abzuleiten. 

• Brandgefahr: Eine unzureichende Erdung kann zu einer Brandentwicklung führen, insbesondere wenn Überspannungen nicht korrekt abgeleitet werden. 

• Anlagenschäden: Die Effizienz und Leistung der Photovoltaikanlage können beeinträchtigt werden, da die Erdung auch dazu beiträgt, die Anlage vor Überspannungen zu schützen. 

• Elektromagnetische Interferenzen: Ohne Erdung können elektromagnetische Interferenzen die Funktion der Anlage stören und die Energieproduktion reduzieren. 

Die Erdung ist also ein kritischer Sicherheitsaspekt, der nicht vernachlässigt werden sollte.

Der Potentialausgleich ist eine wichtige Sicherheitsmaßnahme bei Photovoltaikanlagen, die dazu dient, Spannungsdifferenzen zwischen verschiedenen leitfähigen Teilen der Anlage auszugleichen. 

• Vermeidung von Stromschlägen: Durch den Potentialausgleich werden gefährliche Spannungen zwischen den Teilen der Anlage ausgeglichen, was das Risiko von Stromschlägen reduziert. 

• Schutz vor Überspannungen: Der Potentialausgleich hilft, die Anlage vor elektrischen Überspannungen zu schützen, die durch indirekte Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge im Netz entstehen können. 

• Minimierung von Bränden und Kurzschlüssen: Ein korrekter Potentialausgleich minimiert das Risiko von Bränden und Kurzschlüssen, die durch ungleiche Spannungen verursacht werden können. 

• Reduzierung elektromagnetischer Störungen: Elektromagnetische Störungen können die Leistung der Anlage beeinträchtigen. Der Potentialausgleich trägt dazu bei, diese Störungen zu minimieren.

Die Erdung des Wechselrichters einer Photovoltaikanlage ist ein wichtiger Schritt, um die Sicherheit der Anlage und der Personen sicher zu stellen. Diese allgemeinen Schritte, sind für die Erdung eines Wechselrichters erforderlich: 

• Auswahl des richtigen Erdungssystems: Es muss ein Erdungssystem gewählt werden, das den Normen wie DIN VDE 0100 Teil 540 und DIN 18014 entspricht. 

• Verbindung mit der Haupterdungsschiene: Der Wechselrichter sollte mit der Haupterdungsschiene verbunden werden, die wiederum mit dem Haupterdungsleiter (Fundamenterder) verbunden ist. 

• Anschluss des Schutzleiters: Ein Schutzleiter muss vom Wechselrichter zur Haupterdungsschiene geführt werden, um potenzielle Fehlerströme oder Überspannungen sicher in die Erde abzuleiten. 

• Prüfung der Anlage: Nach der Installation des Erdungssystems sollte eine Prüfung der Anlage durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Erdung korrekt und normgerecht ausgeführt wurde. 

Für die Erdung einer Photovoltaikanlage werden in der Regel Kabel verwendet, die den Normen und Anforderungen für elektrische Installationen entsprechen. 

Kabeltyp: Es wird empfohlen, Kabel nach EN 50618 zu verwenden, die für die Verkabelung von Photovoltaikanlagen spezifiziert sind. 

Leiterquerschnitt: Der Leiterquerschnitt des Erdungskabels sollte ausreichend dimensioniert sein, um den zu erwartenden Strom sicher ableiten zu können. Häufig wird eine Verdrahtungsleitung 1 x 16 mm² GN-GE für die Erdung des Montagesystems der Photovoltaikanlage verwendet. -> Hier gibt es Unterschiede hinsichtlich der Unterscheidungskriterien:  

• Gebäude mit PV-Anlage, ohne äußeren Blitzschutz  
• Gebäude mit PV-Anlage, mit äußerem Blitzschutz und ausreichendem Trennungsabstand   
• Gebäude mit PV-Anlage, mit äußerem Blitzschutz, ohne ausreichendem Trennungsabstand 

Es ist wichtig, dass die Auswahl und Installation der Kabel gemäß den geltenden Vorschriften und Normen wie DIN VDE 0100 Teil 540 und DIN 18014 erfolgen.

Die Tiefe der Erdung bei einer Photovoltaikanlage ist abhängig von den örtlichen Gegebenheiten und muss die Frostfreiheit sicherstellen. Laut DIN 18014 ist eine Verlegetiefe von mindestens 0,5 m erforderlich. Diese Tiefe stellt sicher, dass die Erdungsanlage vor Frost geschützt ist und ihre Funktion zuverlässig erfüllen kann. Die Verlegetiefe muss so gewählt werden, dass Einflüsse von Frost, Bodentrockenheit und Korrosion gering sind. Erderlängen von 9 m haben sich als vorteilhaft erwiesen.

Für die Erdung einer Photovoltaikanlage wird ein Kabelquerschnitt benötigt, der den Sicherheitsanforderungen und Normen entspricht. Gemäß DIN VDE 0100-540 /                    IEC 60364-5-54 sollte der Querschnitt für die Erdung mindestens 6 mm² Kupfer betragen. Wenn die Erdung zusätzlich eine Überstromfunktion erfüllt, wie zum Beispiel beim Blitzschutz, ist ein Leitungsquerschnitt von mindestens 16 mm² erforderlich.

• Photovoltaik-Module, Montagegestell, Verkabelung: Fangeinrichtungen werden so installiert, dass diese Anlagenteile im Schutzbereich liegen und ein direkter Blitzeinschlag in die Anlagenteile verhindert wird. Die Leitungen des Blitzschutzsystems müssen von allen Teilen der Photovoltaik-Anlage in einem Abstand verlegt werden, der einen Überschlag verhindert (Trennungsabstand). Dieser muss durch eine genaue Berechnung von z.B. einer Blitzschutzfachkraft vorgenommen werden. 

• Montagegestell: Das metallene Montagegestell wird mit der Haupterdungsschiene verbunden. Bei räumlich ausgedehnten Anlagen kann die Verbindung auch an einer Potentialausgleichsschiene enden. 
  Wichtig: Eine direkte Verbindung des Montagegestells mit Leitungen des Blitzschutzsystems ist unbedingt zu vermeiden. 

• Photovoltaik-Module, Montagegestell, Verkabelung: Fangeinrichtungen werden so installiert, dass diese Anlagenteile im Schutzbereich liegen und ein direkter Blitzeinschlag in die Anlagenteile verhindert wird. Die Fangeinrichtungen werden mehrfach mit den Modulen bzw. dem Montagegestell verbunden. Diese Verbindungen müssen für Blitzteilströme ausgelegt sein. 

• Modulrahmen, Montagegestell: Die metallenen Teile müssen hinsichtlich Materials und Verbindungstechnik für die Weiterleitung von Blitzteilströme geeignet sein.