Schutz und Sicherheit - Rückströme bei PV Anlagen



Wie entstehen Rückströme?

Im Normalbetrieb erzeugt der PV Generator Strom, der über die DC Leitungen zum Wechselrichter geführt wird. Der Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und die Verbraucher können versorgt werden. Die Flussrichtung des Stroms vom PV Generator zum Wechselrichter läuft also grundsätzlich nur in eine Richtung. Egal wie stark die Einstrahlung ist, im Normalbetrieb ist der Strom der PV Module ist auf ein Maximum laut Datenblatt begrenzt. Wenn dieser maximale Strom bei der Auslegung berücksichtig wird, besteht im Normalbetrieb auch keine Gefahr, dass der Strom zu hoch ist für Module, Leitungen oder den Wechselrichter. Ein Problem entsteht aber dann wenn der Strom die Richtung ändert und somit Rückströme entstehen, die gefährlich hoch werden können.



Was muss passieren damit überhaupt Rückströme entstehen können?

Grundsätzlich können Rückströme nur auftreten wenn PV Stränge parallel miteinander verschaltet werden. Mit jedem parallel geschalteten Strang, erhöht sich auch der Gesamtstrom. Dabei kann es vorkommen, dass der Strom von mehreren parallel verschalteten Strängen über einen Modulstrang zurückfließt.

im Normalbetrieb entstehen aber keine Rückströme. Diese können nur auftreten wenn die Leerlaufsannung gegenüber einen parallel geschalteten Strang stark reduziert ist und die erzeugten Ströme deshalb über einen Strang zurückfließen. Gründe für unterschiedliche Spannungen in den Strängen können zum Beispiel unterschiedliche Bestrahlungsstärke, grobe Teilverschattungen oder Temperaturdifferenzen sein. In der Regel führen diese Gründe aber nicht dazu, dass gefährliche Rückströme entstehen. Problematisch wird es aber vor allem dann, wenn Module defekt werden oder durch einen Fehler kurgeschlossen sind. Je kleiner die Spannung im defekten Strang im Vergleich zu den anderen parallel geschalteten Strängen, desto größer ein möglicher Rückstrom. Weil im Leerlauf die größte Spannung anliegt und dadurch die größte Differenz entstehen kann, geht man auch hier von der größten Gefahr aus. Im schlechtesten Fall fließt dann der gesamte Strom der parallel verschalteten Module in den defekten Strang zurück. Je mehr Stränge parallel verschaltet sind, desto höher und gefährlicher auch der Rückstrom. Dabei kann es also dazu kommen, dass in einen Modulstrang ein weitaus größerer Strom rückfließt, als die Module diesem Strang eigentlich erzeugen könnten.


Bis zu einem gewissen Wert halten die Module diesen Rückstrom noch aus. Wenn zwei Modulstränge parallel verschaltet sind, kann der Rückstrom höchstens so hoch sein wie der maximale Strangstrom. In diesem Fall würde nichts passieren weil der Strom zwar rückfließt aber keinen gefährlichen Wert annimmt. Die maximale Rückstrombelastbarkeit beträgt meist rund den doppelten Kurzschlussstrom des Moduls. Das bedeutet ab 3 parallelen Strängen kann der Rückstrom im Fehlerfall auch für die Module richtig gefährlich werden. Je mehr Stränge parallel verschaltet werden, desto höher kann auch der Rückstrom werden und desto gefährlicher wird’s.



Zum einen werden die Module bei Überschreiten des maximal angegebenen Rückstroms beschädigt. Dabei kann es aber auch zu sehr hohen Strömen und zu erhöhter Brandgefahr kommen. Es würde also definitiv ein sehr hohes Risiko bestehen.

Um es aber garnicht soweit kommen zu lassen, gibt es Sicherheitsvorkehrungen die getroffen werden. Damit soll sichergestellt werden, dass gefährlich hohe Rückströme im Modul erst gar nicht auftreten können. Wie diese Vorkehrungen aussehen und was wir sonst noch beachten sollten um das Risiko möglichst gering zu halten, sehen wir uns beim nächsten mal an.