ABB Stotz-Kontakt: Schutz vor Blitz & Co.

Photovoltaikanlagen erfordern aufgrund ihrer hohen Blitzbelastung und ihrer spezifischen elektrischen Konfiguration einen speziellen Blitz- und Überspannungsschutz. PV-spezifische Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs) tragen dazu bei, die Ausfallzeiten von Anlagen zu reduzieren.

Bei der Planung einer PV-Anlage muss die Installation von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs) berücksichtigt werden. Bildquelle: © ABB STOTZ-KONTAKT GmbH

Bei der Planung einer PV-Anlage muss die Installation von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs) berücksichtigt werden.

Die Solarenergie gewinnt nach schwächeren Jahren wieder an Attraktivität. Die Investitionen für private und kommerzielle Anlagen haben sich deutlich verringert, Sonnenstrom rechnet sich wieder besser. Ein wichtiger Trend ist der stärkere Eigenverbrauch: Leistungsfähige Speicherlösungen, intelligente Steuerungen und immer mehr E-Mobilität versetzen viele Menschen in die Lage, mehr selbst erzeugten Solarstrom zu nutzen. Der überdurchschnittlich heiße und sonnige Sommer des Jahres 2018 hat nicht nur den Biergärten und Freibädern Rekordbesucherzahlen beschert, sondern auch die Stromerzeugung aus Solarenergie auf ein neues Niveau gebracht: In Deutschland deckte laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) die Photovoltaik (PV) ungefähr 8,7 % des Netto-Stromverbrauchs, was 46 TWh entspricht. Das ist allerdings ein Jahresmittelwert – in der ersten Juliwoche 2018 lieferten Solarmodule mit 40 % der gesamten deutschen Netto-Stromerzeugung fast das Fünffache ihres mittleren Anteils. Zum Vergleich: Im Jahr 2012 reichte die Leistung der PV für ungefähr 5 % des Netto-Stromverbrauchs.

Hoher Zubau prognostiziert
Nach dem durch starke Förderanreize ausgelösten Boom der Solarenergie vor knapp zehn Jahren, hat die Branche 2016 aufgrund nachlassender Förderung einen Tiefpunkt erlebt. Seither geht es spürbar wieder aufwärts, denn Photovoltaik ist nach wie vor attraktiv. Das belegen die Zahlen: Ende 2018 waren in Deutschland PV-Module mit einer Nennleistung von 45,9 GW in 1,6 Mio. Anlagen installiert. Der jährliche Zubau von Photovoltaik-Leistung, der in Deutschland 2012 mit 8,3 GWp seinen vorläufigen Höhepunkt erreicht hatte, zieht nach mehreren schwächeren Jahren auf dem Niveau von deutlich unter 2 GWp wieder an. Im Jahr 2018 wurden laut ISE 3,6 GWp neu installiert.
Dramatische Kostensenkungen und der rasante Ausbau der Produktionskapazitäten machen die Photovoltaik zu einem Game Changer des globalen Energiesystems, meint das ISE. Nicht nur der Stromsektor, sondern auch Verkehr, Wärme, Industrie und Chemieprozesse werden in Zukunft laut Fraunhofer-Institut maßgeblich durch Solarstrom versorgt. Das Wachstum der PV-Branche zu einem Multi-Terawatt-Markt verlaufe schneller als erwartet, so die Experten der Global Alliance for Solar Energy Research Institutes GA-SERI, die aus dem ISE, dem National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST (Japan) und dem National Renewable Energy Laboratory NREL (USA) besteht. Während Ende 2018 500 GW Photovoltaikleistung weltweit installiert waren, wird für 2030 nach Angaben des ISE mit 10 TW und für 2050 mit 30 bis 70 TW gerechnet.

Bei Planung SPDs berücksichtigen
Photovoltaik rechnet sich vor dem Hintergrund der zum Teil deutlich gesunkenen Investitionskosten für die Anlagen trotz der erheblich gesunkenen Einspeisevergütung wieder. Viele Betreiber von Solaranlagen nutzen den erzeugten Strom heute selbst und umgehen dadurch eine wenig attraktive Einspeisevergütung. So können sie ihre Investition mit den viel höheren Tarifen von Haushaltsstrom gegenrechnen, den sie ersetzen. Die Nutzung des selbst erzeugten Solarstroms bekommt zudem durch Elektroautos eine starke Dynamik. Auch Speicherlösungen und die intelligente Steuerung von Energieerzeugung und -nutzung im Smart Home gewinnen immer mehr an Bedeutung. Bei der Planung einer PV-Anlage muss die Installation von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs) berücksichtigt werden. Denn Überspannungen und Netzstörungen können zu Ausfallzeiten führen und die Leistung der Anlage beeinträchtigen. Daher sollten bei der Planung der elektrischen Anlage alle Bedingungen berücksichtigt werden, die sich auf die Energieerzeugung und -verteilung auswirken.

Höchste Priorität in PV-Anlagen
Überspannungs-Schutzeinrichtungen begrenzen gefährliche Überspannungen auf ein verträgliches Niveau der Betriebsmittel. Für transiente Überspannungen gilt: Die DIN VDE 0100-443 fordert seit Dezember 2018 für elektrische Anlagen einen Schutz vor Überspannungen. Für PV-Anlagen gilt durch den Verweis in der DIN VDE 0100-712:2016-10 auf die VDE 0185-305 Teil 3 Beiblatt 5, insbesondere der Schutz des Wechselrichters vor Überspannungen. Diese Übergangsfrist ist beendet und seit dem 9. April 2019 sind alle PV-Anlagen nach der DIN VDE 0100-712:2016-10 zu planen und zu errichten.
Durch ihren Standort im Freien sind Solarmodule harten Bedingungen wie Regen, Wind und Staub direkt ausgesetzt. Unter den Wetterbedingungen erfordern Blitzeinschläge besondere Aufmerksamkeit, da sie die Sicherheit und Leistung einer PV-Anlage erheblich beeinträchtigen können. Wenn der Blitz in die Anlage direkt einschlägt, entlädt er seine Energie, woraus sich für die Solaranlage zwei Risiken ergeben:

  1. Ein direkter Blitzeinschlag, der die Solaranlage auf dem Dach physisch zerstört und durch entstehende Lichtbögen zu Bränden führen kann.
  2. Vorübergehende Überspannungen, die durch magnetische Kopplung durch Leitungen fließen und zu Schäden an empfindlichen Betriebsmitteln wie zum Beispiel dem Wechselrichter führen können.

In Bezug auf die Auswirkungen eines direkten Blitzeinschlages in eine bauliche Anlage bietet ein Blitzschutz-System, bestehend aus einem äußeren Blitzschutz und einem inneren Blitzschutz für die elektrische Anlage, den erforderlichen Schutz gemäß VDE 0185-305 Teil 1 bis 4. In dieser Blitzschutznorm wird die Notwendigkeit eines Blitzschutz-System bewertet. Das Konzept ist einfach: Der äußere Blitzschutz bietet dem Blitz die idealen Bedingungen, die eingeprägten Blitzströme über die Fangeinrichtungen, Ableitungen und Erdungsanlage sicher abzuleiten. Der innere Blitzschutz (SPDs) übernimmt den Schutz der elektrischen Anlage vor den Auswirkungen des direkten Blitzeinschlages.
Ist eine Anlage mit einem äußeren Blitzschutz nach VDE 0185-305 ausgestattet, dann ist auch der innere Blitzschutz mittels Überspannungs-Schutzeinrichtung zwingend notwendig.