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Blitzschutz für Photovoltaikanlagen

Vorsicht vor Überspannungen

19. April 2012, 15:17 Uhr | Dipl.-Ing. Stephan Schlüter, Phoenix Contact

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Schutz der Gleichspannungsseite

Bei der Auswahl des Überspannungsschutzes auf der Gleichspannungsseite ist darauf zu achten, dass die laut CLC/TS 50539-12 geforderten Werte für die Spannung eingehalten werden. Auf Grund unterschiedlicher Temperaturen oder Einstrahlungen unterliegt die Leerlaufspannung des Generators Schwankungen. Daher fordert die Anwendungsnorm hier eine Schutzkomponente mit einer höchsten Dauerspannung UCPV, die um das 1,2-fache größer ist als die Leerlaufspannung UOCSTC (open circuit – OC) bei Normalbedingungen (standard test conditions – STC) UOCSTC ist. Hat das System zum Beispiel eine Leerlaufspannung von 500 V, so muss der Überspannungsschutz eine höchste Dauerspannung von UCPV = 500V x 1,2 = 600 V aufweisen. Damit stellen die Spannungsschwankungen keine Gefahr mehr dar.

Ein wichtiger Punkt bei der Auswahl des geeigneten Überspannungsschutzes ist auch dessen Verhalten im Fehlerfall. Grundsätzlich werden hier zwei Ansätze verfolgt:

Kurzschluss im Fehlerfall
Abtrennung im Fehlerfall

Im Gegensatz zur Verkabelung der PV-Anlage sind einige Wechselrichter nicht auf einen Kurzschluss auf der DC-Seite ausgelegt. Hier empfiehlt sich der Einsatz von Schutzkomponenten, die im Fehlerfall abtrennen. Phoenix Contact bietet hier geeignete Systeme – wie etwa Komponenten für den Einsatz in so genannten Generatoranschlusskästen (GAK), in denen mehrere Strings zusammengefasst werden. Sie stehen für zweipolige isolierte und geerdete Systeme für 600 und 1000 V zur Verfügung.

Alle Komponenten eignen sich zur Montage auf Tragschienen und besitzen optional einen Fernmeldeanschluss. Zusätzlich werden vollständig vorkonfektionierte Systeme im Set angeboten. Die Set-Lösungen mit Gehäusen in der Schutzart IP65 gibt es in drei Varianten:

Überspannungsschutz für Einzelstring-PV-Anlagen mit PV-Steckverbindern aus dem Sunclix-Programm. Sie eignen sich besonders zum Schutz der Module, können aber auch zum Schutz der Gleichspannungsseite des Wechselrichters eingesetzt werden
Überspannungsschutz mit Generator-Freischalter und Reihenklemmen für bis zu fünf Strings
Überspannungsschutz für die Gleich- und Wechselspannungsseite in einem Gehäuse zum Schutz des Wechselrichters

Y-Schaltung bringt Sicherheit

Tests haben ergeben, dass die so genannte Y-Schaltung die sicherste Anordnung der Schutzelemente darstellt. Dabei sind immer zwei Überspannungsschutz-Geräte in Reihe geschaltet. Dies gilt für die Pfade L+ zu L–, L+ zu Erde sowie L– zu Erde. Diese Schaltung hat den Vorteil, dass auch bei einem niederohmigen Kurzschluss eines Ableiters immer ein zweiter in Reihe geschaltet ist. Jedes einzelne dieser Überspannungsschutz-Geräte ist dabei so ausgelegt, dass es der höchsten Dauerspannung des Systems widerstehen kann oder über die thermische Abtrennung sicher abtrennt, bevor die Erwärmung zu groß wird. Diese Art der Beschaltung – die Y-Schaltung mit je zwei Überspannungsschutz-Geräten – bietet also doppelten Schutz und eine hohe Anlagenverfügbarkeit.

Wechselspannungsseite, Daten- und Kommunikation

Abhängig davon, ob ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist oder nicht, sollten auf der Wechselspannungsseite die benötigten Schutzkomponenten ausgewählt werden. Hat das Gebäude kein äußeres Blitzschutzsystem, sollte der Wechselrichter mit einem Typ-2-Ableiter auf Varistorbasis geschützt werden. Ist hingegen ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden, sollte im Hausanschlusskasten ein Typ-1-Blitzstromableiter und vor dem Wechselrichter ein Typ-2-Überspannungsschutz installiert werden. Wahlweise kann hier auch ein »Kombi-Ableiter« seine Arbeit verrichten – eine Kombination aus Typ 1 und Typ 2. Auch die Daten- und Kommunikationsleitungen werden in die Planung eines umfassenden Schutzkonzeptes einbezogen. Hier können sich leicht Überspannungen einkoppeln und Wechselrichter oder Auswerteeinheit beschädigen. Auch hier bietet Phoenix Contact je nach Schnittstelle passende Schutzgeräte.