Überspannungsschutz ist Investitionsschutz
Richtige Auswahl von Überspannungsschutzgeräten für PV-Anlagen
Schäden durch Blitzeinschläge und Überspannung gehören zu den häufigsten Versicherungsschäden bei PV-Anlagen. Zudem verzögern sie den Zeitpunkt, an dem sich die Anlage amortisiert hat. Um dies zu verhindern, kommen Überspannungsbegrenzende Schutzgeräte zum Einsatz.
Generell muss man bei Auswahl von überspannungsbegrenzenden Schutzgeräten (SPD – Surge Protective Device) für PV-Aufdachanlagen unterscheiden, ob es sich um ein Gebäude ohne äußeren Blitzschutz, um ein Gebäude mit äußerem Blitzschutz und ausreichendem Trennungsabstand oder um ein Gebäude mit äußerem Blitzschutz ohne ausreichendem Trennungsabstand (z.B. auf einem Metalldach) handelt. Außerdem sind neben der räumlichen Ausdehnung des PV-Generators und der Lage des Wechselrichters im Vorfeld folgende Fragen zu beantworten:
- Besitzt das Gebäude eine Blitzschutzanlage ?
- Soll eine solche aufgebaut werden?
- Welche Blitzschutzklasse kommt zur Anwendung?
Vor allem auf die Auswahl der Überspannungsschutzgeräte auf der DC-Seite einer PV-Anlage muss besonderes Augenmerk gelegt werden. Die neue Normvorschrift VDE V 0675-39-12 kann hier sinnvolle Unterstützung geben. Folgende Gerätetypen stehen zur Auswahl:
Überspannungsschutzgeräte Typ 1 auf der Gleichspannungsseite von PV-Anlagen werden eingesetzt, wenn ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist, der notwendige Trennungsabstand von Teilen des äußeren Blitzschutzes zu Elementen des PV-Stromversorgungssystems jedoch nicht eingehalten werden kann.
Blitzschutz für PV-Anlagen
Nach DIN EN 62305-3 Bbl 5 (VDE 0185-305-3) wird die Blitzstromtragfähigkeit Iimp je Schutzpfad von SPD Typ 1 entsprechend der DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1) ausgewählt, wobei die Blitzstromtragfähigkeit hierbei den zu erwartenden Beanspruchungen am Einbauort entsprechen muss.
Dehn hat für die Gleichspannungsseite von PV-Anlagen Überspannungsschutzgerät Typ 1 auf Basis von Funkenstreckentechnologie entwickelt, das DEHNlimit PV 1000 (Bild 2).
Es ist das im Anwendungsbereich Photovoltaik einzige, das mit Funkenstreckentechnologie arbeitet und mit reversibler Bypassschaltung zur Gleichstromlöschung ausgestattet ist.
Durch Überspannungsschutzgeräte Typ 2 geschützt werden PV-Anlagen auf Gebäuden mit äußerem Blitzschutzsystem, an dem die geforderten Trennungsabstände eingehalten werden, oder wenn kein äußeres Blitzschutzsystem zum Einsatz kommt.
Die maximale Betriebsspannung des PV-Stromversorgungssystems und die Schutzbeschaltung des SPD sind für die Auswahl des passenden Überspannungsschutzgerätes wesentlich. Geräteschutz, sofern dieser im Wechselrichter integriert ist, entspricht im Normalfall nicht den Erfordernissen von Überspannungsschutzgeräten Typ 2 nach DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11).
Wichtig ist, das eingesetzte Überspannungsschutzgerät auf der Gleichstromseite der PV-Anlage so auszuwählen, dass diese auch bei Überlast in einen sicheren Betriebszustand übergeht, ohne dass eine Brandgefährdung durch Überlastung und Lichtbogen entsteht. Der Hersteller des Überspannungsschutzgerätes muss somit nachweisen, dass die interne Schaltvorrichtung das notwendige Schaltvermögen besitzt, um die am Einbauort herrschenden Parameter des PV-Stromversorgungssystems zu beherrschen.
Außerdem muss der Hersteller von Schutzgeräten ihre Eignung für die Gleichspannungsseite von PV-Stromversorgungssystemen nachweisen können. Hierdurch kann ein eventuelles Brandrisiko sicher vermieden werden. Bei der Auswahl der SPD für den PV-Generatorstromkreis ist außerdem darauf zu achten, dass die Bemessungsspannung der SPD größer ist, als die maximal auftretende Gleichspannung.
Da es für den Installateur nicht immer einfach ist, die maximal mögliche Spannung zu bestimmen (etwa den Einfluss der Umgebungstemperatur) empfiehlt der VDE, dass die Bemessungsspannung der SPD größer oder gleich dem 1,2-fachen Wert der standardisierten Leerlaufspannung UOC STC sein sollte. Die Informationen über diesen Parameter erhält der Installateur vom Modul-Hersteller.
Da vor allem bei größeren PV-Anlagen zusätzliche Sensorik- und Kommunikationsbaugruppen zur Steuerung und Überwachung zum Einsatz kommen, rät der VDE zu einem umfassenden Überspannungsschutzkonzept, das auch diese Komponenten mit berücksichtigt.
Überspannungsschutzgeräte Typ 2 sollten nach DIN EN 62305-3 Bbl 5 (VDE 0185-305-3) ein Mindestableitvermögen von 5kA (8/20 µs) besitzen. Dehn hat dazu den DEHNguard M YPV SCI (FM) mit 3-stufiger DC-Schaltvorrichtung (Bild 3) entwickelt. Er wurde speziell für die Anforderungen auf der Gleichspannungsseite von DC-Stromversorgungssystemen konzipiert. Die Technik der fehlerresistenten Y-Schutzbeschaltung und der kombinierten Abtrenn- und Kurzschließvorrichtung mit Thermo-Dynamik-Control wird beim DEHNguard M YPV SCI durch eine zusätzliche Sicherung ergänzt, um bei Überlast des Ableiters einen sicheren und stromlosen Wechsel der Schutzmodule zu ermöglichen. Beides zusammen vermindert das Risiko einer Schutzgeräteschädigung durch Installations- und Isolationsfehler im PV-Stromkreis, reduziert die Gefahr einer Brandentwicklung und versetzt ein überlastetes Überspannungsschutzgerät in einen sicheren elektrischen Zustand, ohne dabei den Betrieb der PV-Anlage zu stören.
Überspannungsschutzgeräte auf der AC-Seite von PV-Anlagen können nach den bekannten Auswahlkriterien für Niederspannungssysteme 230/400 V ausgewählt werden. Hier sei besonders auf Geräte mit bereits integrierter Ableitervorsicherung (Bild 4) verwiesen, die platzsparend und einfach zu installieren sind.
Die Überspannungsschutzgeräte Typ 2 sollten für eine optimale Schutzwirkung in unmittelbarer Nähe des zu schützenden Geräts eingesetzt werden, um einen zusätzlichen Spannungsfall durch lange Anschlussleitungen zu vermeiden. Wenn die Leitungen, etwa zwischen Wechselrichter und Modulen, eine Länge von 10 m überschreiten, sollte nach VDE V 0675-39-12:2010-09 auf beiden Seiten ein Überspannungsschutzgerät platziert werden. Tabelle 1 zeigt die richtige Wahl des Überspannungsschutzes entsprechend VDE V 0675-39-12:2010-09.
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