Photovoltaik Überspannungsschutz für PV-Aufdachanlagen

Von Marc Mende *

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Photovoltaikanlagen müssen vor Blitzströmen und Überspannungen aller Art geschützt werden. Dafür bieten sich installationsfertige und sofort anschließbare Generatoranschlusskästen als zuverlässige Systemlösungen an, die den Wechselrichter unmittelbar vor den Gleichspannungseingängen schützen.

Bild 1: Um Installationen dauerhaft vor Blitzströmen und Überspannungen aller Art zu schützen, ist ein breites Portfolio für PV-Aufdachanlagen verfügbar.
Bild 1: Um Installationen dauerhaft vor Blitzströmen und Überspannungen aller Art zu schützen, ist ein breites Portfolio für PV-Aufdachanlagen verfügbar.
(Bild: Phoenix Contact)

Um Photovoltaikanlagen gewinnbringend einzusetzen, sind große Dachflächen mit geringer Neigung die beste Voraussetzung. Steigende Energiekosten machen Photovoltaikanlagen auf privaten, gewerblichen und öffentlichen Gebäuden immer attraktiver. Die Regierung hat ihre Klimaziele verschärft und will den Solarausbau beschleunigen. Die geopolitische Lage hat den Handlungsdruck noch erhöht. Um Installationen dauerhaft vor Blitzströmen und Überspannungen aller Art zu schützen, bietet Phoenix Contact ein breites Portfolio für Photovoltaik-Aufdachanlagen. Die installationsfertigen und sofort anschließbaren Generatoranschlusskästen (GAK) sind zuverlässige Systemlösungen, die den Wechselrichter unmittelbar vor den Gleichspannungseingängen schützen.

Ausbau erneuerbare Energie drastisch beschleunigt

Um den Solarausbau zu beschleunigen, sollen rund 200 GW Leistung an Photovoltaikanlagen und Solarparks bis 2030 in Deutschland installiert werden (Bild 2). Alle geeigneten Dachflächen werden künftig für die Solarenergie genutzt – bei gewerblichen Neubauten verpflichtend, bei privaten Neubauten soll es die Regel werden. Die neue Solarpflicht regelt jedes Bundesland unterschiedlich über eigene Gesetze. Bis Ende 2025 muss Deutschland nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW) die installierte Solarstromleistung verdoppeln, um die Klimaschutzziele zu erreichen. Der Absatz von Solarmodulen legte 2021 gegenüber dem Vorjahr um rund zehn Prozent zu. Deutschland hat im vergangenen Jahr etwa 240.000 Solarstromanlagen mit einer Gesamtleistung von 5,3 GW neu installiert – so die vorläufige Bilanz des BSW. Zum Vergleich: 2020 wurden der Bundesnetzagentur 184.000 Photovoltaik-Systeme mit einer Gesamtleistung von 4,8 GW neu gemeldet. Photovoltaikanlagen decken inzwischen rund zehn Prozent des heimischen Stromverbrauchs. Um die sensiblen und kostenintensiven Elemente einer PV-Anlage wie Solarmodule und Wechselrichter optimal vor Blitzeinschlägen und Überspannungen zu schützen, ist der Einsatz von Generatoranschlusskästen notwendig.

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Normative Anforderungen an den Überspannungsschutz

Bei der Installation und Planung von Photovoltaikanlagen gilt es, bestimmte Vorgaben einzuhalten (Tabelle). In Deutschland ist die Errichtung von PV-Anlagen in der DIN VDE 0100-712 beschrieben. Neben Punkten wie Absicherung und Leitungsführung definiert diese auch die Anforderungen an den Überspannungsschutz.

Allerdings beschreibt die Norm die erforderlichen Maßnahmen zum Überspannungsschutz nicht direkt. Im Hinblick auf die Notwendigkeit, die Auswahl und die Errichtung von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs) wird auf die Blitzschutznorm DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 verwiesen.

Die DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 wiederum verweist zur Ermittlung der Notwendigkeit von Überspannungsschutzmaßnahmen auf der Wechselspannungsseite auf die DIN VDE 0100-443. Nach den dort aufgestellten Kriterien ist der Überspannungsschutz auf der Wechselspannungsseite faktisch immer erforderlich. Entsprechend den Anforderungen der DIN VDE 0100-534 ist die notwendige SPD am Speisepunkt der Niederspannungsanlage zu errichten. Wenn der Wechselrichter weiter als zehn Meter (Leitungslänge) davon entfernt ist und zum Beispiel der Eigentümer, Betreiber oder die Versicherung den Schutz des Wechselrichters fordern, dann muss eine zweite Überspannungs-Schutzeinrichtung in unmittelbarer Nähe des AC-Ausgangs des Wechselrichters installiert werden.

Wenn der Schutz auf der AC-Seite des Wechselrichters erforderlich ist und der Schutz des Wechselrichters explizit sichergestellt werden soll, werden auch auf der DC-Seite SPD benötigt. Diese gilt es, nach DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 vorzugsweise am Gebäudeeintritt der DC-Leitungen zu installieren. Beträgt die Leitungslänge zwischen diesen SPDs und dem Wechselrichter mehr als zehn Meter, müssen noch weitere SPDs in unmittelbarer Nähe der DC-Eingänge des Wechselrichters errichtet werden.

Ein Ausnahmefall von der beschriebenen 10-m-Regel ist, dass ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist und der erforderliche Trennungsabstand zur PV-Anlage nicht eingehalten wird. Dann sind die zusätzlichen SPDs in unmittelbarer Nähe des Wechselrichters auch bei Abständen unter zehn Metern immer zu errichten.

Die Anforderungsklasse der Überspannungs-Schutzeinrichtungen (Typ 1 oder Typ 2) hängt davon ab, ob das Gebäude eine Blitzschutzanlage oder eine Freileitungseinspeisung hat und ob bei vorhandenem Blitzschutzsystem der Trennungsabstand eingehalten wurde oder nicht. Die Vorgaben dazu sind in DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 formuliert.

Überspannungsschutz schnell und einfach installieren

Beim Überspannungsschutz von PV-Anlagen spielt der Typ des Wechselrichters eine entscheidende Rolle, um die passende Schutzbeschaltung zu ermitteln. Phoenix Contact bietet ein breites Spektrum der Generatoranschlusskästen an – die sogenannten PV-Sets (Bild 3).

Durch das maßgeschneiderte Portfolio von Phoenix Contact sparen Kunden Zeit beim Auswählen und Installieren des Überspannungsschutzgerätes. Alle Sets sind in staub- und strahlwassergeschützen Gehäusen (IP65) verbaut. Vollständig verdrahtete und geprüfte Photovoltaik-Sets ermöglichen eine schnelle Installation und Inbetriebnahme. Bei den PV-Sets können Anwender der Anschlusstechnik für einen wartungsfreien steckbaren Anschluss wählen.

Wer sich für das bewährte Sunclix-System entscheidet, erhält immer alle notwendigen Feldstecker zum werkzeuglosen Konfektionieren der Leitungen. So lässt sich wertvolle Zeit bei der Installation der Generatoranschlusskästen sparen. Bei Kabelverschraubungen verdrahten Monteure Leiter mit Aderendhülsen ebenfalls werkzeuglos auf Push-In-Anschlussklemmen. Zusätzlich sind die Schaltgerätekombination normgerecht dank der Anwendung der DIN EN 61439. Phoenix Contact bietet je nach Wechselrichtertyp und Anzahl der Strings zusätzlich sowohl Feuerwehr-Notabschaltung bzw. Lasttrennschalter als auch Überspannungsschutz in einem Gerät. Über einen Not-Aus-Schalter ist eine Freischaltung der Photovoltaikanlage aus der Ferne möglich sowie optional ein Modul- und Leitungsschutz. Dies bietet somit größtmögliche Sicherheit im Wartungs- und Gefahrenfall (Bild 4).

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Bei Bedarf erstellt Phoenix Contact kundenspezifische Lösungen nach gewünschter Spezifikation und Projektmenge. Die passende Artikelnummer und weitere Informationen für die jeweilige Überspannungsschutzlösung finden Kunden auf der Webseite.

* B.Sc. Marc Mende ist Manager Branchenmarketing Energy, Industrial Management and Automation, bei der Phoenix Contact Deutschland GmbH in Blomberg.

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