Photovoltaik Wie sich in Reihe geschaltete PV-Module sicher abschalten lassen

In String-PV-Anlagen sind die Photovoltaik-Module in Serie geschaltet, sodass sich die Gleichspannung der Module addieren. Wir verraten Ihnen, wie sich solche Anlagen bei Bedarf sicher abschalten lassen.

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Das Erneuerbare-Energien-Gesetz legt fest, dass der Anteil der entsprechend erzeugten Stromversorgung bis zum Jahr 2025 auf 40 bis 45% und bis 2035 auf 55 bis 60% erhöht werden soll. Photovoltaik-Anlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Erreichung dieses Ziels.

Bis 2015 wurden weltweit Photovoltaik-Anlagen (PV) mit einer Gesamtleistung von 230 GW errichtet. Aktuelle Studien zeigen, dass der Wert bis 2020 auf über 600 GW steigen wird.

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Bei den meisten Photovoltaik-Anlagen handelt es sich um so genannten String-Anlagen. Ein oder mehrere Strings, die sich jeweils aus mehreren PV-Modulen zusammensetzen, werden dabei an einen Wechselrichter angekoppelt. Durch die Serienschaltung der PV-Module addiert sich die Gleichspannung aller im String verbundenen Module zur String-Spannung. Diese beträgt üblicherweise mehrere hundert Volt, wobei die Obergrenze im Bereich von 1 kV liegt (Bild 1).

Um bei einem Eingriff in die PV-Anlage für die Sicherheit der ausführenden Personen zu sorgen, definiert die Niederspannungsrichtlinie, dass das System bei einer Abschaltung auf 120 V Gleichspannung begrenzt wird. Gleichzeitig darf die Summe sämtlicher Kurzschlussströme höchstens 12 mA betragen, respektive die verbleibende Leistung der Anlage darf nicht höher als 350 mJ sein.

Bisherige Lösungen bieten keinen ausreichenden Schutz

Die genannten elektrischen Werte, die nach der Abschaltung vorliegen dürfen, lassen sich durch unterschiedliche Maßnahmen erreichen. Heute werden insbesondere Lösungen angeboten, welche die Photovoltaik-Anlage zentral oder an einem bestimmten Punkt der Leitungsführung unterbrechen. Der Stromfluss wird also gestoppt, womit die Niederspannungsrichtlinie zunächst eingehalten ist. Dennoch besteht im kompletten DC-System so lange eine „Offene-Klemmen-Spannung“ – also mehrere hundert Volt –, wie Sonnenlicht auf die Module trifft.

Eine andere Möglichkeit wäre den String kurzuschließen. So wird die Spannung auf null reduziert und die Richtlinie erfüllt. Trotzdem kann noch immer Strom fließen, da die Verschaltung nicht gekappt ist. Diese Lösung birgt auch die Gefahr, dass wieder eine hohe Leistung anliegt, wenn bei der Reparatur die String-Leitung getrennt und damit der Kurzschluss unterbrochen wird. Aus diesem Grunde ist das langfristige Kurzschließen von Strings auch in der VDE-Anwendungsregel 2100-712 ausdrücklich untersagt.

Es bleibt somit festzustellen, dass die derzeitigen Lösungen keinen ausreichenden Schutz leisten. Dies auch, weil neben Technikern und Installateuren oftmals Personen ohne elektrotechnisches Fachwissen in den PV-Anlagen arbeiten. Als Beispiel seien Dachdecker und Zimmerleute angeführt, die Umbauten am Dach oder der Unterkonstruktion vornehmen. Nicht zu vergessen Feuerwehren, für die sich bei einem Brand, Hochwasser, einer Personenrettung oder Aufräumarbeiten wegen eines potenziellen Anlagendefekts eine gefährliche Situation ergibt. Aufgrund des Berührens defekter Module und Leitungen, Strombrücken zwischen freiliegenden Anlagenteilen sowie Lösch- oder Hochwasser könnten Personen einen elektrischen Schlag oder durch Lichtbögen verursachte Verbrennungen erleiden.

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