Wer eine PV Anlage plant, wird sich auch mal Gedanken dazu machen müssen, welche Schutzeinrichtungen zum Einsatz kommen. Manche davon sind Pflicht und durch Normen und Richtlinien vorgegeben, andere hingegen sind situativ einsetzbar und es hängt stark von den Gegebenheiten und Voraussetzungen vor Ort ab, ob diese verwendet werden sollten, oder nicht.
Vorweg möchte ich noch darauf hinweisen, dass dieser Artikel nicht als Vorgabe dient, um festzulegen, welche Schutzeinrichtungen tatsächlich verwendet werden müssen, sondern soll rein den technischen Hintergrund der Schutzeinrichtungen verdeutlichen. Ich beziehe mich hier im wesentlichen auf Netz-gekoppelte Anlagen.
Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
Auch bekannt als FI. Diese soll auftretende Fehlerströme erkennen und im Falle auch die Abschaltung der Anlage auslösen. Bei der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung gibt es mehrere Typen, die relevantesten für eine PV Anlage sind aber der FI Typ A und der FI Typ B.
Unterschied:
Der FI Typ A erkennt im wesentlichen Wechselstrom-Fehlerströme und pulsierende Gleichströme, der FI Typ B hingegen ist allstromsensitiv und erkennt somit auch jegliche Gleichstrom-Fehlerströme.
Welcher von beiden eingesetzt wird, hängt auch vom verwendeten Wechselrichter-Typ ab. Bei Wechselrichter ohne Trafo kann es aufgrund der nicht vorhandenen galvanischen Trennung auch dazu kommen, dass Gleichstrom-Fehlerströme die AC Installation erreichen. Für diesen Fall muss der allstromsensitive FI Typ B verwendet werden.
Manche Wechselrichter Hersteller haben diesen bereits integriert. Auch wenn dieser bereits vorhanden ist, wird ein zusätzlicher externer FI auf alle Fälle empfohlen bzw. vorgeschrieben. Man stelle sich vor, der Wechselrichter ist ausgeschaltet, in dem Fall ist natürlich auch die interne Fehlerstromerkennung nicht aktiv. Um hier dennoch Fehlerströme erkennen zu können, ist ein externer FI notwendig.
Mehr zu diesem Thema findet ihr hier Schutz und Sicherheit: Fehlerströme bei PV Anlagen
Netz- und Anlagenschutz
Der NA-Schutz ist dazu da, um permanent die anliegende Netzspannung und Netzfrequenz zu messen. Über- oder unterschreiten diese einen vorgegebenen Schwellwert, muss eine Freischalteinrichtung (sog. Kuppelschalter) dafür sorgen, dass die Anlage vom Netz getrennt wird.
Oft ist dabei auch die Rede von der ENS. Diese steht für „Einrichtung zur Netzüberwachung mit zugeordnetem allpoligen Schaltern“.
Grundsätzlich unterscheidet sich der interne NA-Schutz mit integrierten Kuppelschalter aber nicht mehr von der ENS.
Viele Hersteller bieten ihre Wechselrichter bereits mit integrierter ENS an. Ab einer Anlagengröße von größer 30kVA wird aber meist ein externer NA-Schutz gefordert, der die gesamte Anlage mit einem verbundenen Kuppelschalter trennt.
DC Trenneinrichtung
Bei gewissen Situationen ist es erforderlich, den Gleichstrom, der von den PV Modulen kommt, weg zuschalten. Beispiele dafür sind zum Beispiel ein Brandfall, Löscharbeiten der Feuerwehr oder wenn Wartungsarbeiten vorgenommen werden.
Würde man im laufenden Betrieb, wenn es eine Einstrahlung auf die Module gibt, einfach die Kabel abziehen oder die Steckverbindungen öffnen, würde es zu einem gefährlichen Lichtbogen kommen. Um das zu vermeiden gibt es DC Trennschalter, die dafür geeignet sind, die Gleichstromzufuhr auch unter Last zu trennen.
Dieser kann als externer Schalter vor dem Wechselrichter integriert werden. Oft ist dieser auch schon im Gerät integriert. Es ist aber wichtig zu wissen, dass in diesem Fall trotzdem bis zum Trenneschalter eine Spannung anliegt, auch wenn dieser abgeschaltet wird. Lediglich der Stromfluss ist unterbrochen weil kein Verbraucher mehr angeschlossen ist.
Oft ist es gewünscht, dass die DC Spannung noch am Dach oder am Hauseintritt getrennt werden kann. Dafür gibt es spezielle Abschalteinrichtungen. Wie so etwas realisiert werden kann findet ihr im Artikel Schutz und Sicherheit: Feuerwehrschalter für die PV Anlage
AC Trenneinrichtung und AC Überspannungsschutz
Ein Wechselrichter ist neben den PV Modulen auch direkt mit dem Wechselstrom verbunden.
Um diese Wechselstromversorgung für den Wechselrichter abzuschalten, benötigt es auch hier Trenneinrichtungen. Der Wechselrichter selbst besitzt nur in seltenen Fällen einen AC Trennschalter. Hierfür werden Leitungsschutzschalter/Sicherung und Fehlerstromschutzschalter verwendet.
Die Absicherung des Wechselrichters mit Leitungsschutzschalter/ Sicherung ist sowieso immer vorgesehen.
Was den AC Überspannungsschutz betrifft, ist dieser ohnehin in jeder Hausinstallation vorgeschrieben. Wo dieser zu platzieren ist und was man dabei beachten muss wenn eine PV Anlage installiert ist, sehen wir uns ebenfalls ein andermal genauer an. Dieser Punkt fällt nämlich auch unter Blitz- und Überspannungsschutz, womit wir schon beim nächsten Thema sind.
Blitz- und Überspannungsschutz
Wird eine PV Anlage aufs Dach montiert, muss auch überlegt werden welche Maßnahmen getroffen werden, um einen ausreichenden Blitz- und Überspannungsschutz zu gewährleisten.
Beim Blitzschutz selbst unterscheidet man zwischen einem inneren Blitzschutz und einem äußeren Blitzschutz.
Der Innerer Blitzschutz umfasst Überspannungsschutzeinrichtungen in der Hausinstallation, also im inneren des Gebäudes. Darunter fallen z.B. Überspannungsableiter Typ 2 oder Typ 1+2.
Der äußere Blitzschutz umfasst alle Blitzschutzeinrichtungen, die außen am Gebäude bzw. direkt bei der Anlage gemacht werden. Darunter fällt zum Beispiel das Blitzschutzsystem selbst.
Die ganze Thematik ob und welche Überspannungsschutz-Maßnahmen realisiert werden müssen, ist sehr komplex. Dabei muss auch beachtet werden welches Blitzschutzsystem vor dem Bau der PV Anlage bereits existiert hat. Zudem wird auch zwischen direkten und indirekten Blitzschutz unterschieden.
Mehr zum Thema Blitz- und Überspannungsschutz gibt in den folgenden Artikeln.
Schutz und Sicherheit: Innerer Blitz- und Überspannungsschutz bei PV Anlagen
Schutz und Sicherheit: Äußerer Blitzschutz bei PV Anlagen
Modulerdung
Bei der Modulerdung können mehrere Varianten gemeint sein. Man unterscheidet dabei zwischen der Erdung vom Gestell und von der Erdung von einem positiven oder negativen Pol.
Fangen wir mit der mal mit der Erdung vom Gestell an.
Wir setzen voraus, dass die Unterkonstruktion also das Gestell metallen und leitfähig ist.
Die Erdung vom Gestell wird aus mehreren Gründen verlangt. Damit Schutzeinrichtungen wie der Fehlerstromschutz funktionieren, ist es notwendig, dass das leitfähige Gestell auch korrekt geerdet ist. Stellen wir uns vor, die DC Leitungen liegen nach einem Defekt der Isoliereng durch beispielsweise einem Maderbiss blank auf dem metallenen Gestell. Wenn dieses nicht geerdet ist und keine Schutzeinrichtung auslöst, kann es hier zu gefährlichen Stromschlägen kommen.
Zudem setzt auch ein funktionierendes Blitzschutzsystem eine korrekte Erdung des Modulgestells voraus.
Nun zur Polerdung eines Moduls.
Bestimmte Modultypen, und darunter fallen vor allem Dünnschichtmodule, verlangen, dass der positive oder negative Pol geerdet wird. Liegt eine DC Spannung von 500V an, und es gibt keine Pol-Erdung, dann kann es auch sein, dass der Pluspol auf einem Potential von 250V liegt und der Minuspol auf einem Potential von -250V liegt. Lediglich die Differenz ergibt 500V, es sagt aber nicht, dass das Potential unbedingt auf 0V und 500V liegen muss.
Genau das kann vor allem bei den erwähnten Dünnschichtmodulen dafür sorgen, dass eine TCO Korrosion entsteht und die Leistung der Module deshalb abnimmt. Diese Leistungsabnahme ist meist irreversibel, deshalb geben viele Hersteller eine Erdungsempfehlung für deren Module ab.
So wird bei einer Erdung vom negativen Pol dafür gesorgt, dass dieser auf dem 0V Potential liegt und der positive Pol somit auf 500V.
Achtung: Pol-geerdete Module dürfen nicht mit Trafo-losen Wechselrichtern verwendet werden. Da dieser keine galvanische Trennung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom besitzt, kann es hier ansonsten zu einem Kurzschluss kommen.
So haben wir also schonmal einen Überblick über einige Sicherheitsmaßnahmen und Schutzeinrichtungen bekommen. Wie erwähnt werden in Kürze weitere Artikel folgen, um auf so manche Themen noch im Detail einzugehen.
