Blitz- und Überspannungsschutz für Photovoltaik-Anlagen

PV-Anlagen benötigen ein umfassendes Schutzkonzept – mit geeigneten Blitz- und Überspannungsschutzgeräten steigt der Ertrag. Bild: Phoenix Contact

Geräte- und Komponentenhersteller bekommen ständig Impulse, neue Produkte zu entwickeln und die Effizienz der PV-Anlage mit innovativen Ansätzen weiter zu steigern. Stets soll die Installation einfacher und die gesamte PV-Anlage kostengünstiger werden – Sicherheit und Langlebigkeit spielen dabei eine wichtige Rolle. Einen hohen Einfluss auf die Langlebigkeit der Komponenten hat der Schutz vor direkten und indirekten Störimpulsen. Mithilfe von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten werden die teuren Komponenten in der PV-Anlage vor unvorhersehbaren Ereignissen geschützt. Für alle Arten der PV-Anlage – Aufdachanlagen, Inselsysteme, Freiflächenanlagen – sollte ein abgestimmtes Blitz- und Überspannungsschutzkonzept erstellt werden. Dabei schützen Blitzschutzkomponenten und Überspannungsschutzgeräte die DC- und AC-Installation sowie die Kommunikationseinheiten.

Schutz für Gerätehersteller

Die Hersteller von Wechselrichtern und Anschlussboxen stehen beide vor der Heraus­forderung, eigene Geräte sicher und zuverlässig zu bauen und vor frühzeitigem Ausfall im Feld zu schützen. Um die Anforderungen aus den EMV-Fachgrundnormen zu erfüllen, werden beispiels­weise Wechselrichter mit Varistoren ausgestattet. Diese sind häufig für energiearme Impulse ausgelegt und sollen in erster Linie den Wechselrichter gegen Störungen aus dem Feld – etwa Transienten oder hochfrequente Impulse - schützen. Derartige Impulse haben zwar eine große Spannungsamplitude, sind aber energiearm und führen zu einem geringeren Ausgleichsstrom.

Blitzereignisse verursachen hingegen höhere Ströme von bis zu 200 Kiloampere. Beim Blitzeinschlag teilt sich der Blitzstrom je nach Installations­art und Anzahl der Ableitungen des äußeren Blitzschutzsystems auf. Ein Teil des Blitzstromes fließt direkt zu Erde, und ein Teil in die Installation. Der Blitzstrom pro Ableiter zu Erde verringert sich dadurch und beeinflusst die Installation in einem geringeren Maße. In der aktuellen Installationsrichtlinie DIN CLC/TS 50539-12 und künftig auch in der IEC 61643-32 werden unterschiedliche Installationen beschrieben und die erforderlichen Blitz- und Überspanungsschutzgeräte empfohlen.

Phoenix Contact Überspannungsschutz
Freifeldanlage – die Komponenten für den Blitz- und Überspannungsschutz sind im Zentralwechselrichter integriert. Bild: Phoenix Contact

Die Blitz- und Überspannungsableiter sorgen für den Schutz vor Impulsen aus der Umgebung. Diese können durch direkte und indirekte Blitzein­schläge sowie mit den damit verbundenen Kopplungseffekten – induktiv, kapazitiv oder galvanisch – entstehen. Zusätzlich entstehen häufig Überspannungen bis zu mehreren Kilovolt auf der Wechselstromseite aufgrund von Schalthandlungen aus dem Verteilnetz. Diese Ereignisse können mehrere Ursachen haben:

  • Ein- und Ausschaltvorgänge von nahegelegenen elektrischen Ausrüstungen
  • Erd- und Kurzschlüsse
  • Auslösen der Sicherungen

Für einen optimalen Schutz eines Wechselrichters oder Generatoranschlusskastens wird empfohlen, je nach Region und Gegebenheiten in der Installation mindestens einen Typ 2-Überspannungsableiter für beide Seiten – AC und DC – einzusetzen. Zusätz­lich sollen alle ein- und ausgehenden Kommunikationsleitungen mit dafür geeigneten Geräten geschützt werden.