Zuletzt aktualisiert am 11.10.2021
Das heutige Thema der Blog-Reihe ist Überspannungsschutz für Photovoltaikanlagen.
17.000 PV-Anlagen wurden 2020 in Österreich installiert. Die PV-Leistung setzt sich dabei aus ca. 340.341 kWpeak netzgekoppelten und ca. 500 kWpeak autarken Photovoltaikanlagen zusammen.
Der stetig wachsende Anteil von Photovoltaik-Anlagen zur Energiegewinnung wirft zwei wesentliche Fragen auf. Einerseits jene nach der Anlagensicherheit und andererseits jene nach dem gesicherten Ertrag. Forciert wird die Errichtung von erneuerbaren Erzeugungskapzitäten zusätzlich mit dem Erneuerbaren-Ausbau-Gesetzes, laut welchem zukünftig 100% Strom aus erneuerbaren Quellen stammen soll.
Überspannungsschutz: Sicherer Schutz auf allen Seiten
In der Planungsphase einer PV-Anlage sollte darauf geachtet werden ob und welches Blitz- bzw. Überspannungsschutzkonzept gefordert wird. Damit können Sie unnötige Kosten für eine Nachrüstung vermeiden. Aber auch dort, wo kein Blitz- und Überspannungsschutz explizit gefordert wird, erhöht eine entsprechende Schutzvorrichtung die Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit.
● Schutz der DC-Seite
Die Überspannungsableiter müssen für die maximale Leerlaufspannung des PV-Generators ausgelegt sein. Im Gegensatz zum „normalen“ (230V/50Hz) Niederspannungsnetz handelt es sich hierbei um eine Gleichspannung, die bis zu 1500V erreichen kann. Beachten Sie außerdem, ob eine äußere Blitzschutzanlage mit ausreichend großen Trennungsabständen zwischen der PV- und der Blitzschutzanlage vorhanden ist. In der Praxis liegen diese oft zwischen 0,5 m und 1 m.
Wenn der Trennungsabstand nicht eingehalten werden kann, dann muss eine blitzstromtragfähige Verbindung zwischen der äußeren Blitzschutzanlage und dem Modulrahmen hergestellt werden. In diesem Fall werden Blitzteilströme in die DC-Seite eingekoppelt. Verwenden Sie hierfür einen Überspannungsableiter vom Typ 1 oder noch besser einen Kombi-Ableiter vom Typ 1+2.
Wird der Trennungsabstand eingehalten oder existiert keine äußere Blitzschutzanlage, können Sie auf der DC-Seite lediglich mit eingekoppelten Überspannungen rechnen. Hier bietet ein Überspannungsschutzgerät vom Typ 2 den nötigen Schutz. Beachten Sie, dass Blitzeinschläge oder Überspannungen auf der DC-Seite auch alle anderen elektrischen Systeme in einer Anlage gefährden. Beziehen Sie deshalb zusätzlich zur AC- und DC-Seite auch die Sensor-, Daten- und Kommunikationsleitungen stets in das Schutzsystem mit ein.
● Schutz der AC-Seite
Der Schutz der AC-Seite muss immer gegeben sein. Ein Kombi-Ableiter Typ 1+2+3 kombiniert alle 3 Schutzstufen und liefert einen sehr guten Schutzpegel bei höchster Belastungsfähigkeit. Er wird direkt vor oder hinter dem Zähler angebracht. Alternativ zur herkömmlichen Hutschienenmontage bietet CITEL auch eine Variante zur einfachen Sammelschienenmontage im Vorzählerbereich an.
● Schutz der Sensor, – Daten und Kommunikationsleitungen
Denken Sie ebenfalls an den Schutz aller Sensor-, Daten- und Kommunikationsleitungen. Diese sollten gegen eingekoppelte Überspannungen geschützt werden. Moderne Wechselrichter verfügen in den meisten Fällen über Schnittstellen zum Anschluss von Einstrahlungs-, (Modul-)Temperatur- oder einer Vielzahl an weiteren Sensoren, sowie Anbindungsmöglichkeiten an Monitoring-Portale (z.B. Ethernet, RS485 oder andere). Citel bietet angepasst an die jeweilige Schnittstelle (Datenrate, Spannung, Frequenz, etc.) ein breites Spektrum an Lösungen.
Wie schütze ich die PV-Anlagen auf Wohngebäuden richtig?
In der Praxis wird zwischen Häusern mit oder ohne äußeren Blitzschutz unterschieden.
Wenn kein äußerer Blitzschutz gefordert ist, dann besteht im Allgemeinen keine erhöhte Gefahr für einen direkten Blitzeinschlag. Der Überspannungsschutz auf der DC-Seite der PV-Anlage muss in so einem Fall nur gegen indirekt eingekoppelte Überspannungen ausgelegt sein. Zum Beispiel mit einem Ableiter vom Typ2 (DS50VGPVS) am PV-Generator und am Wechselrichter.
Betragen die Leitungslängen zwischen Generator und Wechselrichter weniger als 10 Meter, dann kann auf einen der beiden Überspannungsableiter verzichtet werden. Es kann vorkommen, dass die Stringleitungen der Generatorverkabelung eine große Induktionsschleife bei induktiv einkoppelnden Überspannungsereignissen bilden, beispielsweiße bei Naheinschläge von Blitzen in einem Radius von etwa 2km. Erhöhte Sicherheit über die normativen Anforderungen hinaus erhalten Sie auch bei Gebäuden ohne äußeren Blitzschutz mit einem Kombi-Überspannungsschutzgerät vom Typ 1+2 (DS50VGPVS/12KT1).
Einen optimalen Schutz für die AC-Seite bieten Kombi-Ableiter vom Typ1+2+3 im Zählerschrank (DAC1-13VGS). Dieser schützt den AC-Wechselrichtereingang und die Elektroinstallation des Hauses gleichermaßen.
Welchen Schutz benötigen PV-Anlagen auf industriellen und gewerblichen Gebäuden?
Die umfangreiche Produktpalette von Citel bietet auch für Anlage mit äußerem Blitzschutz sehr gute Blitz- und Überspannungslösungen. Zunächst ist es notwendig, den Trennungsabstand „s“ zwischen der PV-Anlage und dem äußeren Blitzschutzsystem zu berechnen und einzuhalten.
Ist ein äußerer Blitzschutz vorhanden, sollte die Photovoltaik-Anlage möglichst vollständig im Schutzbereich der Blitzschutzanlage liegen. Wenn die berechneten Trennungsabstände eingehalten werden, dann müssen Sie nicht mit indirekt einkoppelnden Überspannungen rechnen. Ein Überspannungsschutzgerät vom Typ 2 ist für den Schutz von Generator und Wechselrichter normativ ausreichend.
Sobald die Trennungsabstände nicht erreicht werden, muss die PV-Anlage durch direkte, blitzstromtragfähige Verbindungen in das äußere Blitzschutzsystem einbezogen werden. So werden gefährliche Überschläge und die damit verbundene Brandgefahr bei direkten Blitzeinschlägen vermieden. Damit Blitzteilströmen auf den DC-Leitungen zu rechnen ist, müssen sowohl Generator als auch Wechselrichter mit Überspannungsableitern Typ 1 oder Kombi-Ableitern vom Typ 1+2 (DS60VGPV) geschützt werden. Ist die Leitungslänge kleiner als 10 Meter, darf auch hier wieder auf einen der beiden Ableiter verzichtet werden – siehe Abschnitt zum Schutz von Einfamilienhäusern oben.
Bei Gewerbe- und Industriegebäuden handelt es sich meist um Gebäude mit hohem Sachwert oder sensiblen Informationen bzw. Daten. Ein Kombi-Ableiter vom Typ 1+2+3, (z.B. DS250VG oder DUT250VG) garantiert den bestmöglichen Schutz der AC-Seite durch einen niedrigen Schutzpegel < 1500V und einem Gesamt-Blitzstromableitvermögen von 100 kA (25kA/Pol).
Welcher Überspannungsschutz ist für PV-Freiflächenanlagen zuverlässig?
Um die Leistung zu erhöhen wird immer mehr Technik in den Photovoltaik-Kraftwerken integriert. Angefangen bei der Wetterüberwachung bis zur automatischen Nachführung der Module nach dem Sonnenstand, heutzutage ist vieles möglich. Vorausgesetzt wird dabei meist eine stabile Daten- und Steuerleitung. Dies sollte bereits bei der Planung des Überspannungsschutz-Konzepts beachtet werden. Zudem haben Freiflächenanlagen eine größere räumliche Ausdehnung, was sie anfälliger für Blitzeinschläge macht als kompakte Auf-Dach-Anlagen. Das fordert auf der DC-Seite von Freiflächenanlagen zwingend den Einsatz von Typ 1-Ableitern.
Citel empfiehlt Kombi-Ableiter mit VG-Technology vom Typ 1+2 auf der DC-Seite und Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1+2+3 auf der AC-Seite.
Unter Downloads finden Sie die jeweiligen CITEL-Broschüren um noch mehr darüber zu erfahren.