Was ist ein Überspannungsschutz?
Ein Überspannungsschutz, häufig als SPD (Surge Protective Device) bezeichnet, schützt elektrische Anlagen vor kurzzeitig auftretenden Überspannungen.
Solche Spannungsspitzen können beispielsweise entstehen durch:
direkte oder nahe Blitzeinschläge
Blitzeinschläge in Stromversorgungsleitungen
induzierte Überspannungen infolge von Blitzeinwirkungen
Schaltvorgänge im Stromnetz
Vorgänge innerhalb elektrischer Anlagen
Überspannungen können empfindliche elektronische Bauteile erheblich belasten. Gerade moderne Photovoltaikanlagen verfügen mit Wechselrichter, Batteriespeicher, Energiemanagement und Kommunikationstechnik über zahlreiche elektronische Komponenten.
Der VDE weist darauf hin, dass Überspannungen nicht nur durch einen direkten Blitzeinschlag entstehen können. Auch Blitzeinschläge in Versorgungsleitungen können Überspannungen verursachen.
Warum braucht eine PV-Anlage einen Überspannungsschutz?
Eine Photovoltaikanlage befindet sich häufig auf dem Dach und ist dadurch besonderen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Die Solarmodule sind über Gleichstromleitungen mit dem Wechselrichter verbunden. Zusätzlich besteht eine Verbindung zur elektrischen Installation des Gebäudes und häufig zum öffentlichen Stromnetz.
Damit entstehen mehrere Bereiche, in denen Überspannungen in die Anlage eingekoppelt werden können.
Ein geeigneter Überspannungsschutz soll insbesondere empfindliche Komponenten wie den Wechselrichter vor den Auswirkungen transienter Überspannungen schützen.
Das ist relevant, weil ein defekter Wechselrichter nicht nur Reparaturkosten verursachen kann. Fällt die zentrale Komponente einer PV-Anlage aus, kann während der Reparatur außerdem die Solarstromproduktion eingeschränkt oder vollständig unterbrochen sein.
Überspannungsschutz ist nicht dasselbe wie Blitzschutz
Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Überspannungsschutz und äußerem Blitzschutz.
Der Überspannungsschutz begrenzt gefährliche Spannungsspitzen innerhalb der elektrischen Installation. Ein äußeres Blitzschutzsystem hat dagegen die Aufgabe, einen direkten Blitzeinschlag kontrolliert abzuleiten.
Der VDE weist ausdrücklich darauf hin, dass die Anforderungen an den Schutz bei direkten oder nahen Blitzeinschlägen über die Blitzschutznormen der Reihe DIN EN 62305 beziehungsweise VDE 0185-305 betrachtet werden.
Welche Arten von Überspannungsschutz gibt es?
Bei Überspannungs-Schutzeinrichtungen wird unter anderem zwischen Typ 1, Typ 2 und Typ 3 unterschieden.
Überspannungsschutz Typ 1
Ein SPD Typ 1 ist für hohe Stoßströme ausgelegt und kommt insbesondere dort zum Einsatz, wo Auswirkungen eines direkten Blitzeinschlags beziehungsweise Blitzteilströme berücksichtigt werden müssen.
Die konkrete Auslegung hängt unter anderem davon ab, ob ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist und wie die PV-Anlage in dieses System eingebunden wird.
Überspannungsschutz Typ 2
SPD Typ 2 dient vor allem dem Schutz vor transienten Überspannungen, beispielsweise durch indirekte Blitzeinwirkungen oder Schaltvorgänge.
Bei PV-Anlagen spielt Typ 2 eine wichtige Rolle. Der VDE beschreibt beispielsweise Schutzmaßnahmen auf der DC-Seite der PV-Anlage sowie im Bereich des Wechselrichters. Je nach Anlage können entsprechende Überspannungsschutzgeräte bereits im Wechselrichter integriert sein.
Überspannungsschutz Typ 3
Typ-3-Schutzeinrichtungen werden in der Regel als zusätzlicher, lokaler Schutz für besonders empfindliche Endgeräte eingesetzt. Sie sind nicht als Ersatz für den erforderlichen Schutz der PV-Anlage beziehungsweise der Gebäudeinstallation gedacht.
Wo wird der Überspannungsschutz bei einer PV-Anlage installiert?
Die richtige Positionierung hängt vom Aufbau der Anlage, den Leitungslängen, dem vorhandenen Blitzschutz und weiteren technischen Faktoren ab.
Grundsätzlich müssen DC-Seite und AC-Seite betrachtet werden.
1. Überspannungsschutz auf der DC-Seite
Auf der DC-Seite befinden sich die Solarmodule und die Gleichstromleitungen zum Wechselrichter.
Hier können Überspannungen beispielsweise durch Blitzeinwirkungen in die PV-Verkabelung eingekoppelt werden.
Der VDE nennt für PV-Anlagen ohne äußeres Blitzschutzsystem unter anderem den Einsatz von SPD Typ 2 bei längeren DC-Leitungen zwischen PV-Generator und Wechselrichter. Die konkrete Ausführung ist jedoch von der jeweiligen Anlagenkonfiguration abhängig.
2. Überspannungsschutz am Wechselrichter
Der Wechselrichter ist eine der wichtigsten elektronischen Komponenten einer Photovoltaikanlage. Deshalb spielt der Überspannungsschutz unmittelbar vor beziehungsweise am Wechselrichter eine wichtige Rolle.
Bei modernen Geräten können SPDs teilweise bereits integriert sein. Trotzdem muss geprüft werden, welcher Schutz tatsächlich vorhanden ist und ob er für die konkrete Installation ausreichend ist.
3. Überspannungsschutz auf der AC-Seite
Auch die Wechselstromseite der PV-Anlage muss berücksichtigt werden.
Überspannungen können über das öffentliche Stromnetz in das Gebäude gelangen. Deshalb ist auch die elektrische Gebäudeinstallation Bestandteil des Schutzkonzepts.
Die DIN VDE 0100-443 behandelt den Schutz elektrischer Anlagen vor transienten Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse und Schaltvorgängen. Die Auswahl und Errichtung entsprechender Überspannungs-Schutzeinrichtungen wird unter anderem in DIN VDE 0100-534 behandelt.
Was ist bei einer PV-Anlage mit Blitzschutz zu beachten?
Besondere Aufmerksamkeit ist erforderlich, wenn das Gebäude bereits über eine äußere Blitzschutzanlage verfügt.
Dann müssen PV-Anlage und Blitzschutzsystem aufeinander abgestimmt werden. Entscheidend ist unter anderem der sogenannte Trennungsabstand zwischen Blitzschutzsystem und Teilen der PV-Anlage.
Kann dieser Abstand nicht eingehalten werden, kann eine entsprechende Verbindung zwischen den Systemen erforderlich sein. Dadurch können Blitzteilströme in Teile der PV-Anlage gelangen, weshalb das Schutzkonzept entsprechend angepasst werden muss.
Das zeigt: Ein Überspannungsschutz für eine PV-Anlage lässt sich nicht pauschal nach dem Prinzip „ein Schutzgerät genügt“ planen.
Was passiert ohne ausreichenden Überspannungsschutz?
Eine Überspannung kann elektronische Komponenten einer PV-Anlage beschädigen. Betroffen sein können beispielsweise:
Wechselrichter
Batteriespeicher
Mess- und Steuerungstechnik
Kommunikationskomponenten
PV-Module beziehungsweise Modul-Elektronik
elektrische Verbraucher im Gebäude
Nicht jeder Schaden ist unmittelbar sichtbar. Elektronische Bauteile können durch Überspannungen geschädigt werden, ohne dass äußerlich sofort eine Beschädigung erkennbar ist.
Ein durchdachtes Schutzkonzept kann deshalb einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit und langfristigen Zuverlässigkeit einer Photovoltaikanlage leisten.
Ist Überspannungsschutz bei einer PV-Anlage Pflicht?
Die Frage „Ist Überspannungsschutz bei einer PV-Anlage Pflicht?“ lässt sich nicht mit einem pauschalen Ja oder Nein für jede denkbare Anlagenkonfiguration beantworten.
Entscheidend sind unter anderem:
Art und Aufbau der elektrischen Anlage
Gebäudeart
Netzanschluss
vorhandener äußerer Blitzschutz
Einbindung der PV-Anlage
Leitungslängen
technische Eigenschaften der eingesetzten Komponenten
jeweils anzuwendende Normen und Herstellerangaben
Die DIN VDE 0100-443 enthält Anforderungen zum Schutz elektrischer Anlagen gegen bestimmte transiente Überspannungen. Der VDE beschreibt zudem, dass Überspannungsschutz in der heutigen Elektroinstallation in sehr vielen Gebäuden relevant ist.
Bei einer konkreten PV-Anlage sollte deshalb immer eine fachgerechte Planung und Prüfung der gesamten elektrischen Installation erfolgen.
Überspannungsschutz nachrüsten – ist das möglich?
Ja, grundsätzlich kann ein Überspannungsschutz auch bei einer bestehenden Photovoltaikanlage nachgerüstet werden.
Dabei sollte zunächst geprüft werden:
Welche Überspannungsschutzgeräte sind bereits vorhanden?
Ist im Wechselrichter bereits ein SPD integriert?
Wie sind die DC- und AC-Leitungen aufgebaut?
Gibt es einen äußeren Blitzschutz?
Wie lang sind die relevanten Leitungswege?
Entspricht die vorhandene Installation den aktuell anzuwendenden Anforderungen?
Sind die vorhandenen SPDs korrekt dimensioniert und miteinander koordiniert?
Besonders bei älteren PV-Anlagen kann eine Überprüfung sinnvoll sein. Bei einer Nachrüstung müssen außerdem die technischen Vorgaben der eingesetzten Schutzgeräte und deren Koordination berücksichtigt werden. Der VDE weist beispielsweise auf die Bedeutung der Herstellerangaben bei der Koordination von SPDs hin.
Überspannungsschutz bei PV-Anlagen: Nicht nur an den Blitz denken
Ein häufiger Irrtum ist, Überspannungsschutz ausschließlich mit einem direkten Blitzeinschlag gleichzusetzen.
Tatsächlich können Überspannungen auch durch indirekte Blitzeinwirkungen oder Schaltvorgänge entstehen. Genau deshalb betrachtet die DIN VDE 0100-443 auch transiente Überspannungen, die nicht ausschließlich auf einen direkten Blitzeinschlag zurückzuführen sind.
Für eine Photovoltaikanlage bedeutet das: Ein gutes Schutzkonzept sollte die gesamte elektrische Anlage betrachten – von den Solarmodulen über die DC-Leitungen und den Wechselrichter bis zur AC-Installation des Gebäudes.
Fazit: Überspannungsschutz ist ein wichtiger Bestandteil der PV-Planung
Eine Photovoltaikanlage ist eine langfristige Investition. Neben Modulleistung, Wechselrichter, Speicher und Montage sollte deshalb auch die elektrische Sicherheit der Anlage berücksichtigt werden.
Der Überspannungsschutz einer PV-Anlage kann dazu beitragen, empfindliche elektronische Komponenten vor gefährlichen Spannungsspitzen zu schützen. Welche Schutzgeräte benötigt werden und an welchen Stellen sie installiert werden, hängt jedoch von der individuellen Anlage ab.
Besonders wichtig sind die Betrachtung der DC- und AC-Seite, die Prüfung des Wechselrichters, die vorhandene Elektroinstallation sowie die Frage, ob ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist.
Bei der Planung und Installation einer Photovoltaikanlage sollte der Überspannungsschutz deshalb von Anfang an Bestandteil des Gesamtkonzepts sein.
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