Wie funktionieren Photovoltaik-Sicherungen mit anderen Schutzkomponenten in einer Solaranlage?

Einleitung

Photovoltaikanlagen bestehen aus verschiedenen elektrischen Komponenten, die zusammenarbeiten müssen, um Solarenergie sicher und effizient zu erzeugen, umzuwandeln und bereitzustellen. Während Solarmodule und Wechselrichter häufig im Mittelpunkt stehen, spielen elektrische Schutzkomponenten eine ebenso wichtige Rolle. Sie gewährleisten einen zuverlässigen Anlagenbetrieb, schützen elektrische Geräte vor Schäden und reduzieren das Risiko von Überhitzung und Bränden.

Eine besonders wichtige Schutzkomponente ist die Photovoltaik-Sicherung (PV-Sicherung). Sie schützt Solaranlagen vor Überströmen, Kurzschlüssen und gefährlichen Rückströmen. Allerdings arbeitet eine PV-Sicherung nicht unabhängig von anderen Schutzvorrichtungen. Sie ist Bestandteil eines umfassenden Schutzkonzepts, das unter anderem Leitungsschutzschalter, Überspannungsschutzgeräte (SPDs), DC-Lasttrennschalter und Erdungssysteme umfasst.

Jede dieser Komponenten erfüllt eine bestimmte Schutzfunktion. Erst ihr abgestimmtes Zusammenspiel ermöglicht einen zuverlässigen elektrischen Schutz der gesamten Photovoltaikanlage.

Wer versteht, wie Photovoltaik-Sicherungen mit anderen Schutzkomponenten zusammenarbeiten, kann fundiertere Entscheidungen bei der Planung, Installation und Wartung von Solaranlagen treffen.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie PV-Sicherungen funktionieren, welche Aufgaben andere Schutzkomponenten übernehmen und warum ihre richtige Abstimmung für die Sicherheit und Leistungsfähigkeit einer Solaranlage entscheidend ist.

1. Was sind Photovoltaik-Sicherungen und warum sind sie wichtig?

Photovoltaik-Sicherungen sind spezielle elektrische Schutzeinrichtungen, die für die besonderen Gleichstrombedingungen (DC) von Solaranlagen entwickelt wurden.

Im Vergleich zu herkömmlichen Sicherungen müssen PV-Sicherungen besondere Anforderungen erfüllen. Dazu gehören hohe Gleichspannungen, kontinuierliche Stromerzeugung und die Fähigkeit, Gleichstromfehler sicher zu unterbrechen.

Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin, Stromkreise bei unzulässig hohen Stromstärken zu unterbrechen.

In einer typischen Photovoltaikanlage werden mehrere Solarmodule in Reihe zu sogenannten PV-Strings zusammengeschaltet. Mehrere Strings können anschließend parallel verbunden werden, um die Gesamtstromstärke zu erhöhen.

Kommt es in einem einzelnen String zu einem Kurzschluss oder einem anderen elektrischen Fehler, können die übrigen parallel geschalteten Strings einen Rückstrom in den fehlerhaften Stromkreis liefern. Dieser Strom kann die zulässigen Belastungsgrenzen der Solarmodule, Leitungen und Steckverbindungen überschreiten.

Eine richtig dimensionierte PV-Sicherung erkennt einen entsprechenden Überstrom und unterbricht den betroffenen Stromkreis, bevor größere Schäden entstehen.

Die wichtigsten Funktionen von Photovoltaik-Sicherungen

PV-Sicherungen übernehmen mehrere wichtige Schutzaufgaben:

• Überstromschutz: Unterbrechung zu hoher Ströme, bevor Leitungen und elektrische Komponenten überhitzen.

• Kurzschlussschutz: Abschaltung fehlerhafter Stromkreise bei gefährlichen Kurzschlussströmen.

• Rückstromschutz: Schutz vor übermäßigen Rückströmen aus intakten parallelen Strings in einen fehlerhaften String.

• Geräteschutz: Schutz von Solarmodulen, Kabeln, Steckverbindern und weiteren elektrischen Komponenten.

• Brandschutz: Verringerung des Risikos von Überhitzung und elektrischen Bränden durch anhaltende Fehlerströme.

Photovoltaik-Sicherungen werden häufig in String-Sammelkästen, Generatoranschlusskästen und anderen dafür vorgesehenen Schutzbereichen installiert.

Für einen zuverlässigen Betrieb müssen sie speziell für Photovoltaikanwendungen ausgelegt sein. Bei der Auswahl sind insbesondere die maximale DC-Systemspannung, der Betriebsstrom und die zu erwartenden Fehlerströme zu berücksichtigen.

2. Wie arbeiten PV-Sicherungen mit Leitungsschutzschaltern zusammen?

Leitungsschutzschalter und Photovoltaik-Sicherungen sind beides Überstromschutzeinrichtungen. Sie funktionieren jedoch unterschiedlich und übernehmen innerhalb einer Solaranlage häufig verschiedene Aufgaben.

Eine PV-Sicherung enthält einen speziell dimensionierten Schmelzleiter. Fließt über einen bestimmten Zeitraum ein zu hoher Strom, erwärmt sich dieser Leiter und schmilzt. Dadurch wird der Stromkreis unterbrochen.

Ein Leitungsschutzschalter verwendet dagegen einen mechanischen Schaltmechanismus, der den Stromkreis bei einem erkannten Überstrom oder Kurzschluss abschaltet.

Je nach Bauart erfolgt die Auslösung thermisch, magnetisch oder durch eine Kombination beider Mechanismen.

Wie ergänzen sich beide Schutzkomponenten?

In einer Photovoltaikanlage übernehmen PV-Sicherungen häufig den Schutz einzelner String-Stromkreise. Leitungsschutzschalter können dagegen größere DC-Verteilerstromkreise und nachgeschaltete elektrische Komponenten schützen.

Ein typisches Schutzkonzept kann folgendermaßen aussehen:

• PV-Sicherungen schützen einzelne Solarstrings vor unzulässigen Rückströmen.

• DC-Leitungsschutzschalter schützen dafür vorgesehene Gleichstrom-Verteilerstromkreise.

• AC-Leitungsschutzschalter schützen die Wechselstromkreise am Wechselrichterausgang und nachgeschaltete Verteilungen.

Durch diese Anordnung entstehen mehrere Schutzebenen innerhalb der Photovoltaikanlage.

Entwickelt ein einzelner Solarstring einen Fehler, kann die zugehörige Sicherung diesen Stromkreis abschalten, ohne zwangsläufig den gesamten Solargenerator außer Betrieb zu setzen.

Ein entsprechend ausgewählter übergeordneter Leitungsschutzschalter bietet zusätzlichen Schutz für den jeweiligen Hauptstromkreis.

Warum ist die richtige Schutzkoordination wichtig?

Das Zusammenspiel von PV-Sicherungen und Leitungsschutzschaltern ist besonders wichtig für die Selektivität der Schutzvorrichtungen.

Die Schutzkoordination soll sicherstellen, dass möglichst zuerst die Schutzeinrichtung auslöst, die dem Fehlerort am nächsten liegt.

Dadurch lässt sich vermeiden, dass ein übergeordnetes Schutzgerät unnötig auslöst und größere Teile der Photovoltaikanlage abschaltet.

Eine fehlende oder fehlerhafte Abstimmung kann zu längeren Anlagenstillständen und geringeren Energieerträgen führen.

Deshalb müssen Sicherungskennlinien, Auslösecharakteristiken, Ausschaltvermögen und Leitungsdimensionierung gemeinsam betrachtet werden.

3. Wie arbeiten Photovoltaik-Sicherungen mit Überspannungsschutzgeräten zusammen?

Überspannungsschutzgeräte (SPDs) bilden eine weitere wichtige Schutzebene in Photovoltaikanlagen.

Während PV-Sicherungen hauptsächlich vor überhöhten Stromstärken schützen, dienen Überspannungsschutzgeräte dazu, elektrische Betriebsmittel vor transienten Überspannungen zu schützen.

Solche Spannungsspitzen können beispielsweise durch folgende Ereignisse entstehen:

• Direkte oder indirekte Blitzeinwirkungen.

• Schaltvorgänge in elektrischen Versorgungsnetzen.

• Plötzliche Spannungsschwankungen.

• Elektromagnetische Einwirkungen infolge von Blitzeinschlägen.

Zu hohe transiente Spannungen können empfindliche Komponenten einer Solaranlage beschädigen. Dazu gehören insbesondere Wechselrichter, Überwachungssysteme und elektronische Steuerungen.

Unterschiedliche Schutzfunktionen verstehen

PV-Sicherungen und Überspannungsschutzgeräte erfüllen unterschiedliche Aufgaben.

Eine Photovoltaik-Sicherung reagiert auf einen zu hohen Strom und unterbricht den Stromkreis.

Ein Überspannungsschutzgerät begrenzt dagegen kurzzeitig auftretende Überspannungen und leitet den entsprechenden Stoßstrom über einen geeigneten Weg zum Schutzpotentialausgleich beziehungsweise zur Erdungsanlage ab.

Nach dem Ende des Überspannungsereignisses kehrt das Schutzgerät in seinen normalen Betriebszustand zurück, sofern es nicht beschädigt wurde oder das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat.

Wie arbeiten beide Komponenten zusammen?

In einer typischen Photovoltaikanlage werden DC-Überspannungsschutzgeräte an geeigneten Stellen zwischen Solargenerator und Wechselrichter installiert.

Das Überspannungsschutzgerät begrenzt transiente Überspannungen, während PV-Sicherungen den Überstromschutz der entsprechenden DC-Stromkreise übernehmen.

Einige Überspannungsschutzgeräte benötigen zusätzlich eine separate Vorsicherung oder einen geeigneten Leitungsschutzschalter.

Diese zusätzliche Schutzeinrichtung muss entsprechend den Herstellervorgaben und den elektrischen Eigenschaften der Anlage dimensioniert werden.

Das ist besonders wichtig, weil ein beschädigtes Überspannungsschutzgerät unter bestimmten Fehlerbedingungen einen dauerhaften Kurzschluss verursachen kann.

Die zugehörige Schutzeinrichtung muss dann in der Lage sein, das defekte Gerät unter den vorgesehenen Bedingungen sicher vom Stromkreis zu trennen.

Wichtig: Eine gewöhnliche PV-String-Sicherung ist nicht automatisch ein Ersatz für die vom Überspannungsschutzgerät geforderte Vorsicherung.

Beide Komponenten müssen entsprechend ihrer jeweiligen Schutzfunktion ausgewählt werden.

4. Wie arbeiten PV-Sicherungen mit DC-Lasttrennschaltern zusammen?

DC-Lasttrennschalter sind wichtige Sicherheitseinrichtungen in Photovoltaikanlagen.

Ihre Hauptaufgabe besteht darin, elektrische Stromkreise bei Wartungsarbeiten, Inspektionen, Reparaturen oder in bestimmten Notfallsituationen gezielt zu trennen.

Solarmodule erzeugen weiterhin elektrische Energie, solange ausreichend Sonnenlicht vorhanden ist. Deshalb wird die Gleichspannung des Solargenerators nicht automatisch abgeschaltet, wenn lediglich die AC-Versorgung unterbrochen wird.

Ein geeigneter DC-Lasttrennschalter ermöglicht es autorisierten Fachkräften, bestimmte Bereiche der Photovoltaikanlage sicher vom nachgeschalteten Stromkreis zu trennen.

Unterschiede zwischen PV-Sicherungen und DC-Lasttrennschaltern

Obwohl beide Komponenten elektrische Stromkreise unterbrechen können, erfüllen sie unterschiedliche Aufgaben.

Photovoltaik-Sicherungen:

• Unterbrechen Stromkreise automatisch bei entsprechenden Überstrombedingungen.

• Schützen vor definierten Überstrom- und Kurzschlussbedingungen.

• Arbeiten ohne manuelle Betätigung.

• Müssen nach dem Auslösen in der Regel ersetzt werden.

DC-Lasttrennschalter:

• Ermöglichen eine manuelle elektrische Trennung.

• Dienen der sicheren Freischaltung bestimmter Anlagenteile.

• Werden durch autorisierte Fachkräfte bedient.

• Müssen für die vorgesehene DC-Spannung, den Strom und die erforderliche Schaltleistung ausgelegt sein.

Wie ergänzen sie sich?

Betrachten wir eine Photovoltaikanlage mit mehreren parallel geschalteten PV-Strings.

Die einzelnen String-Sicherungen schützen vor übermäßigen Rückströmen. Ein DC-Lasttrennschalter ermöglicht es, den entsprechenden Anlagenteil vom Wechselrichter zu trennen.

Entsteht in einem String ein elektrischer Fehler, kann die zugehörige Sicherung den fehlerhaften Stromkreis automatisch unterbrechen.

Sind anschließend Wartungsarbeiten erforderlich, kann der betreffende Anlagenteil entsprechend dem vorgesehenen Freischaltverfahren über den DC-Lasttrennschalter getrennt werden.

Zusammen bieten diese Komponenten einen automatischen Fehlerschutz und eine kontrollierte elektrische Trennmöglichkeit.

Es ist wichtig zu beachten, dass ein DC-Lasttrennschalter nicht automatisch eine Überstromschutzeinrichtung ist. Er darf daher eine geeignete PV-Sicherung oder einen DC-Leitungsschutzschalter nicht ersetzen.

5. Wie arbeiten Photovoltaik-Sicherungen mit Erdungs- und Schutzleitersystemen zusammen?

Die Erdung ist ein weiterer wichtiger Bestandteil des elektrischen Schutzkonzepts einer Photovoltaikanlage.

Sie dient dazu, berührbare leitfähige Teile in das Schutzsystem einzubeziehen und gefährliche Berührungsspannungen im Fehlerfall zu begrenzen.

Zu den typischen Komponenten, die in das Schutzpotentialausgleichs- und Erdungskonzept einbezogen werden können, gehören:

• Rahmen der Solarmodule.

• Montagegestelle und Unterkonstruktionen.

• Wechselrichtergehäuse.

• Metallische Kabelkanäle und Gehäuse.

• Elektrische Verteiler und Schaltschränke.

Diese leitfähigen Teile werden entsprechend den geltenden Installationsvorschriften mit dem Schutzleitersystem verbunden.

Zusammenhang zwischen PV-Sicherungen und Erdung

PV-Sicherungen und Erdungssysteme erfüllen ergänzende Schutzfunktionen.

Die Erdung stellt unter bestimmten Fehlerbedingungen einen geeigneten Strompfad bereit. Sicherungen unterbrechen dagegen überhöhte Ströme, sofern die jeweiligen Auslösebedingungen erfüllt sind.

Ein Beispiel: Durch eine beschädigte Isolierung kommt ein elektrischer Leiter mit einem berührbaren Metallgehäuse in Kontakt.

Das Erdungssystem trägt dazu bei, einen Fehlerstrompfad herzustellen. Abhängig von der Systemkonfiguration und der Höhe des Fehlerstroms kann eine geeignete Schutzeinrichtung den betroffenen Stromkreis anschließend abschalten.

Allerdings erzeugt nicht jeder Erdschluss einen ausreichend hohen Strom, um eine herkömmliche Sicherung auszulösen.

Das ist insbesondere bei bestimmten ungeerdeten oder hochohmig geerdeten Photovoltaiksystemen zu berücksichtigen.

Deshalb müssen Erdungssysteme bei Bedarf durch geeignete Fehlererkennung, Isolationsüberwachung und Überstromschutzeinrichtungen ergänzt werden.

Geerdete und ungeerdete PV-Systeme

Die Anordnung der Photovoltaik-Sicherungen hängt unter anderem von der Erdungskonfiguration der Anlage ab.

Bei bestimmten geerdeten Systemen wird der Überstromschutz grundsätzlich in den nicht geerdeten Leitern vorgesehen. Dabei sind die jeweils geltenden Ausnahmen und Installationsanforderungen zu berücksichtigen.

Bei ungeerdeten Systemen kann dagegen ein Überstromschutz in beiden DC-Leitern erforderlich sein.

Die konkrete Ausführung muss anhand der Anlagenkonfiguration und der geltenden elektrischen Normen festgelegt werden.

6. Wie arbeiten PV-Sicherungen mit Solarwechselrichtern zusammen?

Solarwechselrichter wandeln den von Photovoltaikmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um. Dieser kann anschließend in Gebäuden genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Als eine der wichtigsten Komponenten einer Solaranlage benötigt der Wechselrichter einen geeigneten Schutz sowohl auf der DC-Eingangsseite als auch auf der AC-Ausgangsseite.

Schutz auf der DC-Seite

Auf der Gleichstromseite schützen Photovoltaik-Sicherungen die dafür vorgesehenen String-Stromkreise vor übermäßigen Stromstärken.

Weitere Schutzkomponenten können sein:

• DC-Leitungsschutzschalter.

• DC-Lasttrennschalter.

• DC-Überspannungsschutzgeräte.

• Isolationsüberwachungs- und Fehlererkennungssysteme.

Diese Komponenten schützen die elektrische Verbindung zwischen Solargenerator und Wechselrichter.

Schutz auf der AC-Seite

Nachdem der Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt hat, kommen auf der AC-Seite andere Schutzkomponenten zum Einsatz.

Dazu gehören beispielsweise:

• AC-Leitungsschutzschalter.

• Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs), sofern erforderlich.

• AC-Überspannungsschutzgeräte.

• Schutzleiter- und Potentialausgleichssysteme.

Jede dieser Komponenten schützt vor bestimmten elektrischen Gefahren.

AC-Leitungsschutzschalter übernehmen beispielsweise den Überstromschutz der entsprechenden Wechselstromkreise. Geeignete Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen bieten zusätzlichen Schutz bei Fehlerströmen.

AC-Überspannungsschutzgeräte schützen elektrische Betriebsmittel vor transienten Überspannungen im Wechselstromnetz.

Warum müssen DC- und AC-Schutz aufeinander abgestimmt sein?

Gleichstrom- und Wechselstromkreise weisen unterschiedliche elektrische Eigenschaften auf.

Bei Gleichstrom gibt es keinen natürlichen Nulldurchgang wie bei Wechselstrom. Deshalb kann die Unterbrechung eines DC-Fehlerstroms schwieriger sein, da ein entstehender Lichtbogen länger bestehen bleiben kann.

Aus diesem Grund müssen Photovoltaik-Sicherungen, DC-Leitungsschutzschalter und DC-Lasttrennschalter ausdrücklich für die vorgesehenen Gleichstromanwendungen geeignet sein.

Der Einsatz eines ausschließlich für Wechselstrom zugelassenen Schutzgeräts in einem DC-Stromkreis kann erhebliche Sicherheitsrisiken verursachen.

7. Welche Rolle spielen PV-Sicherungen in Generatoranschlusskästen?

Ein Generatoranschlusskasten, auch PV-String-Sammelkasten genannt, ist ein elektrisches Gehäuse, in dem mehrere Photovoltaik-String-Stromkreise zusammengeführt werden.

Anschließend wird der gebündelte Strom an nachgeschaltete Komponenten weitergeleitet.

In größeren Photovoltaikanlagen werden mehrere Strings parallel geschaltet. Ihre elektrischen Ausgänge werden in einem Generatoranschlusskasten zusammengeführt und anschließend mit einem Wechselrichter oder einer weiteren Verteilungsstufe verbunden.

Warum werden PV-Sicherungen in Generatoranschlusskästen installiert?

Wenn mehrere PV-Strings parallel arbeiten, können intakte Strings einen Rückstrom in einen fehlerhaften String liefern.

Dieser Strom kann die zulässige Belastbarkeit des betroffenen Strings und seiner Komponenten überschreiten.

String-Sicherungen verhindern solche Zustände, indem sie den fehlerhaften Stromkreis unterbrechen, sobald die entsprechenden Überstrombedingungen erreicht werden.

Ein typischer Generatoranschlusskasten kann folgende Komponenten enthalten:

• PV-String-Sicherungen und Sicherungshalter.

• DC-Überspannungsschutzgeräte.

• DC-Trennschalter.

• Ausgangsklemmen und elektrische Verbindungen.

• Überwachungs- und Messeinrichtungen.

Die genaue Ausstattung hängt von der Größe, dem Aufbau und den Schutzanforderungen der Photovoltaikanlage ab.

Wie arbeiten mehrere Schutzkomponenten zusammen?

Betrachten wir eine Photovoltaikanlage mit mehreren parallel geschalteten Strings.

Jeder String verfügt über eine entsprechend dimensionierte Sicherung.

Die Strings werden in einem Generatoranschlusskasten zusammengeführt. Dort begrenzt ein Überspannungsschutzgerät transiente Überspannungen, während ein geeigneter DC-Lasttrennschalter die Trennung des zusammengeführten Stromkreises ermöglicht.

Ein nachgeschalteter DC-Leitungsschutzschalter oder eine andere geeignete Schutzeinrichtung kann je nach Anlagenkonzept zusätzlichen Schutz für den Ausgangsstromkreis bieten.

Entsteht in einem einzelnen String ein Fehler, kann dessen Sicherung den betroffenen Stromkreis isolieren. Die übrigen Strings können weiterhin Energie liefern, sofern keine andere Schutz- oder Steuerungsfunktion eine umfassendere Abschaltung erforderlich macht.

Diese Anordnung verbessert die Fehlerbegrenzung und kann unnötige Anlagenunterbrechungen reduzieren.

8. Warum ist die richtige Abstimmung aller Schutzkomponenten wichtig?

Eine zuverlässige Photovoltaikanlage benötigt mehr als nur einzelne elektrische Schutzgeräte.

Alle Komponenten müssen entsprechend den elektrischen Eigenschaften der Anlage ausgewählt und aufeinander abgestimmt werden.

Eine mangelhafte Schutzkoordination kann zu unzureichendem Fehlerschutz, unnötigen Abschaltungen, Geräteschäden und erheblichen Sicherheitsrisiken führen.

Bei der Planung sollten insbesondere folgende Faktoren berücksichtigt werden.

1. Richtige Spannungsbemessung

PV-Sicherungen, Leitungsschutzschalter, Trennschalter und Überspannungsschutzgeräte müssen über geeignete Spannungsbemessungen verfügen.

Die maximal mögliche PV-Generatorspannung muss anhand der Leerlaufspannung der Module und der niedrigsten zu erwartenden Betriebstemperatur berechnet werden.

Die Schutzkomponenten müssen für die daraus resultierende maximale Systemspannung geeignet sein.

2. Richtige Strombemessung

Bei der Auswahl einer PV-Sicherung müssen der maximale zu erwartende PV-Strom, die geltenden Auslegungsfaktoren und der maximale Serien-Sicherungsnennstrom der Module berücksichtigt werden.

Eine zu niedrig dimensionierte Sicherung kann unter normalen Betriebsbedingungen unnötig auslösen.

Eine zu hoch dimensionierte Sicherung bietet möglicherweise keinen ausreichenden Schutz.

3. Ausschaltvermögen

Das Ausschaltvermögen einer Sicherung oder eines Leitungsschutzschalters muss ausreichen, um den maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen sicher zu unterbrechen.

Das ist besonders bei DC-Photovoltaikanlagen wichtig, da elektrische Lichtbögen schwer zu löschen sein können.

4. Selektive Schutzkoordination

Die Schutzeinrichtungen sollten so abgestimmt sein, dass möglichst zuerst diejenige Komponente auslöst, die dem Fehlerort am nächsten liegt.

Dadurch lassen sich unnötige Abschaltungen reduzieren und die Anlagenverfügbarkeit verbessern.

5. Umgebungsbedingungen

Photovoltaikanlagen sind häufig hohen Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub, Vibrationen und wechselnden Witterungsbedingungen ausgesetzt.

Die Schutzkomponenten müssen deshalb für ihre jeweilige Installationsumgebung geeignet sein.

Auch Sicherungshalter und Gehäuse müssen einen ausreichenden Schutz gegen Umwelteinflüsse bieten.

6. Einhaltung geltender Normen

PV-Schutzkomponenten müssen die relevanten elektrischen Sicherheits- und Leistungsanforderungen erfüllen.

Zu den wichtigen Normen und Regelwerken gehören unter anderem:

• DIN EN 60269-6: Zusätzliche Anforderungen an Sicherungseinsätze zum Schutz von Photovoltaikanlagen.

• DIN EN IEC 62548-1: Anforderungen an die Planung und Auslegung von Photovoltaik-Generatoren.

• DIN EN 61643-31: Anforderungen und Prüfungen für Überspannungsschutzgeräte in Photovoltaikinstallationen.

• DIN VDE 0100: Anforderungen an elektrische Niederspannungsinstallationen, einschließlich relevanter Bestimmungen für Photovoltaikanlagen.

Die jeweils gültigen Ausgaben sowie nationale und projektspezifische Anforderungen müssen bei der Planung berücksichtigt werden.

9. Häufige Fehler bei der Auswahl und Installation von PV-Schutzkomponenten

Selbst hochwertige Schutzkomponenten können ihre Schutzfunktion nicht zuverlässig erfüllen, wenn sie falsch ausgewählt oder installiert werden.

Zu den häufigsten Fehlern gehören:

Verwendung herkömmlicher Sicherungen anstelle von PV-Sicherungen

Photovoltaikstromkreise weisen besondere Gleichspannungs- und Stromcharakteristiken auf. Herkömmliche Sicherungen bieten unter Umständen nicht die erforderliche Schutzleistung für PV-Anwendungen.

Auswahl falscher Sicherungswerte

Die Bemessung der Sicherung muss mit den Modulspezifikationen, dem Stringstrom, der Strombelastbarkeit der Leitungen und der maximal zulässigen Serienabsicherung abgestimmt werden.

Unzureichender Schutz gegen Rückströme

Bei parallel geschalteten Solarstrings können Rückströme Solarmodule und Leitungen beschädigen, wenn keine geeigneten Schutzmaßnahmen vorgesehen sind.

Verwendung von AC-Schutzgeräten in DC-Stromkreisen

Wechselstrom und Gleichstrom weisen unterschiedliche Abschalteigenschaften auf. Schutzgeräte müssen deshalb ausdrücklich für ihren vorgesehenen Einsatzbereich zugelassen sein.

Missachtung der Vorsicherungsanforderungen von Überspannungsschutzgeräten

Überspannungsschutzgeräte benötigen je nach Bauart eine geeignete zusätzliche Überstromschutzeinrichtung. Wird diese nicht entsprechend den Herstellervorgaben installiert, kann die Sicherheit der Anlage beeinträchtigt werden.

Vernachlässigung regelmäßiger Inspektionen

Lose Verbindungen, beschädigte Isolierungen, Korrosion, Überhitzung und gealterte Schutzkomponenten können die Wirksamkeit des gesamten Schutzsystems beeinträchtigen.

Regelmäßige Inspektionen und Wartungsarbeiten helfen dabei, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und schwerwiegende elektrische Fehler zu vermeiden.

10. Best Practices für ein zuverlässiges Schutzsystem in Photovoltaikanlagen

Ein gut geplantes Schutzsystem sollte die gesamte elektrische Installation einer Photovoltaikanlage zuverlässig absichern.

Die folgenden Maßnahmen können dazu beitragen, die Sicherheit und Betriebssicherheit zu verbessern:

1. Spannung und Strom korrekt berechnen: Berücksichtigen Sie die maximale Leerlaufspannung, den Kurzschlussstrom, Temperaturschwankungen und die Anzahl parallel geschalteter Strings.

2. Spezielle Photovoltaik-Sicherungen verwenden: Wählen Sie Sicherungseinsätze, die für PV-Anwendungen entwickelt wurden und den Anforderungen hinsichtlich DC-Spannung und Stromstärke entsprechen.

3. Geeigneten Überspannungsschutz installieren: Berücksichtigen Sie Blitzschutzrisiken, Leitungslängen, Anlagenkonfiguration und die Anforderungen der angeschlossenen Geräte.

4. Geeignete DC-Trennmöglichkeiten vorsehen: Stellen Sie sicher, dass die vorgesehenen PV-Stromkreise für Wartungs- und Notfallmaßnahmen sicher getrennt werden können.

5. Leitungsschutzschalter und Sicherungen koordinieren: Prüfen Sie Auslösecharakteristiken, Ausschaltvermögen und Selektivität der Schutzkomponenten.

6. Erdung und Potentialausgleich fachgerecht ausführen: Stellen Sie sicher, dass alle berührbaren leitfähigen Teile entsprechend den geltenden Installationsvorschriften eingebunden sind.

7. Herstellervorgaben beachten: Halten Sie die Installationsanweisungen, Betriebsgrenzen und Anforderungen an zusätzliche Schutzkomponenten ein.

8. Regelmäßige Wartung durchführen: Kontrollieren Sie Sicherungen, Sicherungshalter, elektrische Verbindungen, Gehäuse und weitere Schutzkomponenten auf Beschädigungen und Verschleiß.

Diese Maßnahmen tragen dazu bei, ein umfassendes Schutzkonzept aufzubauen, das einen sicheren Betrieb und eine langfristige Leistungsfähigkeit der Photovoltaikanlage unterstützt.

Fazit

Photovoltaik-Sicherungen übernehmen eine zentrale Aufgabe beim Schutz von Solaranlagen vor Überströmen, Kurzschlüssen und Rückströmen. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch wesentlich davon ab, wie gut sie mit anderen elektrischen Schutzkomponenten zusammenarbeiten.

Leitungsschutzschalter bieten zusätzlichen Überstromschutz, Überspannungsschutzgeräte begrenzen transiente Überspannungen, DC-Lasttrennschalter ermöglichen eine sichere elektrische Trennung und Erdungssysteme tragen zur Beherrschung elektrischer Fehlerbedingungen bei.

Auch Solarwechselrichter benötigen ein abgestimmtes Schutzkonzept auf der DC-Eingangsseite und der AC-Ausgangsseite.

Wenn alle Komponenten richtig ausgewählt, dimensioniert und installiert werden, entstehen mehrere aufeinander abgestimmte Schutzebenen. Diese helfen dabei, Geräteschäden zu vermeiden, die Anlagenzuverlässigkeit zu erhöhen und Sicherheitsrisiken zu reduzieren.

Letztendlich sollte der Schutz einer Photovoltaikanlage als ganzheitliche technische Planungsaufgabe betrachtet werden und nicht als bloße Zusammenstellung einzelner Schutzgeräte.

Das abgestimmte Zusammenspiel von PV-Sicherungen und anderen Schutzkomponenten ist eine wesentliche Voraussetzung für eine sichere, effiziente und zuverlässige Solarstromanlage.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

1. Welche Hauptfunktion hat eine Photovoltaik-Sicherung in einer Solaranlage?

Die Hauptaufgabe einer Photovoltaik-Sicherung besteht darin, vorgesehene DC-Stromkreise vor übermäßigen Stromstärken zu schützen. Überschreitet der Strom die festgelegten Auslösebedingungen, unterbricht die Sicherung den Stromkreis und hilft dadurch, Schäden an Solarmodulen, Kabeln und anderen elektrischen Komponenten zu verhindern.

2. Benötigen Solarmodule Sicherungen?

Nicht jede Photovoltaikanlage benötigt einzelne String-Sicherungen. Ob sie erforderlich sind, hängt unter anderem von der Anzahl parallel geschalteter Strings, möglichen Rückströmen, den Modulspezifikationen, den Leitungsquerschnitten und den geltenden elektrischen Normen ab. Bei mehreren parallel geschalteten Strings ist ein geeigneter Überstromschutz häufig erforderlich.

3. Was ist der Unterschied zwischen einer PV-Sicherung und einem DC-Leitungsschutzschalter?

Eine PV-Sicherung verwendet einen Schmelzleiter, der bei übermäßigem Stromfluss schmilzt und dadurch den Stromkreis unterbricht. Ein DC-Leitungsschutzschalter verfügt dagegen über einen mechanischen Schaltmechanismus, der den Stromkreis bei einem Überstrom abschaltet. Sicherungen müssen nach dem Auslösen in der Regel ersetzt werden, während geeignete Leitungsschutzschalter nach Überprüfung und Beseitigung des Fehlers zurückgesetzt werden können.

4. Kann eine Photovoltaik-Sicherung vor Blitzeinschlägen schützen?

Eine PV-Sicherung ist nicht dafür ausgelegt, den primären Schutz vor Blitzeinwirkungen oder transienten Überspannungen zu übernehmen. Dafür werden spezielle Überspannungsschutzgeräte eingesetzt, die Spannungsspitzen begrenzen und Stoßströme ableiten.

5. Warum werden PV-Sicherungen in Generatoranschlusskästen installiert?

PV-Sicherungen werden häufig in Generatoranschlusskästen installiert, um einzelne parallel geschaltete Strings zu schützen. Sie verhindern, dass übermäßige Rückströme aus intakten Strings in einen fehlerhaften String fließen.

6. Arbeiten PV-Sicherungen mit Überspannungsschutzgeräten zusammen?

Ja. PV-Sicherungen und Überspannungsschutzgeräte bieten einen ergänzenden Schutz. Während Sicherungen vor Überströmen schützen, begrenzen Überspannungsschutzgeräte transiente Spannungsspitzen. Je nach Ausführung des Überspannungsschutzgeräts kann zusätzlich eine geeignete Vorsicherung erforderlich sein.

7. Welche Normen gelten für Photovoltaik-Sicherungen?

Eine wichtige internationale Norm ist IEC 60269-6. In Deutschland wird sie durch DIN EN 60269-6 umgesetzt. Sie legt zusätzliche Anforderungen an Sicherungseinsätze zum Schutz von Photovoltaik-Strings und PV-Generatoren fest. Bei der Auswahl und Installation müssen außerdem die geltenden Anforderungen an die Auslegung von Photovoltaikanlagen sowie die nationalen Elektrovorschriften berücksichtigt werden.

8. Wie oft sollten Schutzkomponenten einer Solaranlage überprüft werden?

Die Häufigkeit der Inspektionen hängt von der Anlagenumgebung, der Systemauslegung, den Betriebsbedingungen und den geltenden Wartungsvorgaben ab. Regelmäßige fachgerechte Prüfungen sollten Sicherungshalter, elektrische Verbindungen, Trennschalter, Überspannungsschutzgeräte, Erdungsanschlüsse und weitere elektrische Komponenten auf Beschädigungen und Verschleiß untersuchen.