Der Einsatz von AC-Überspannungsschutz ist in fast allen neu geplanten Gebäuden Pflicht. Das gilt nicht nur für medizinische Einrichtungen, öffentliche oder gewerbliche Gebäude, sondern auch für Privatgebäude sowie kleine Büros. Doch was umfassen die Regeln im Detail? Und was bedeuten sie für Photovoltaikanlagen?
In Deutschland beträgt die Haushaltsnetzspannung 230 Volt. Für diese Spannung sind die meisten Haushaltsgeräte ausgelegt. Bei höheren Spannungen können Geräte beschädigt werden und in Extremfällen explodieren oder in Brand geraten. Solche Überspannungen entstehen in erster Linie durch Blitzeinschläge. Dabei muss es sich um keinen direkten Blitzeinschlag im Gebäude handeln, die Spannung kann auch über größere Entfernungen hinweg durch Kabel weitergeleitet werden.
Überspannung gibt es in verschiedenen Kategorien. Diese Kategorien sind gerätebezogen und zeigen an, welche Stoßspannung ein Gerät verträgt. In welche Kategorie ein Gerät eingeordnet ist, hängt auch mit der Distanz zum Netzanschlusspunkt zusammen.
Kategorie | Stoßspannung | Beschreibung |
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I | 1.500 V | Geräte mit eigenem Trafo oder externem Netzteil wie Laptops oder Telefone. |
II | 2.500 V | Geräte mit Kaltgerätestecker wie die meisten Haushaltsgeräte. |
III | 4.000 V | Geräte, die direkt angeschlossen sind wie Spülmaschine, Herd oder industrielle Maschinen. |
IV | 6.000 V | Geräte, die direkt am Einspeisepunkt installiert sind, wie Rundsteuergeräte oder Hauptschalter. |
Es gibt zwei Arten von Schutz vor Blitzeinschlägen, beziehungsweise Überspannung:
Für Überspannungsschutz sorgen Geräte beziehungsweise Bauteile drei verschiedener Typen. Diese Bauteile müssen Überspannung entsprechend der genannten Überspannungskategorien absenken:
Info: Viele Wechselrichter haben standardmäßig einen integrierten Überspannungsschutz Typ 1 und 2. |
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Der äußere Blitzschutz wird in Klassen eingeordnet, die Konstruktionsregeln festlegen und dafür sorgen, dass ein bestimmter Prozentsatz von Blitzen eingefangen wird.
Die Überspannungsschutzpflicht und die Umsetzung des Schutzes sind in verschiedenen Normen geregelt:
Weiterführende Informationen können auf den Webseiten der VDE https://www.vde.com/de/blitzschutz eingesehen werden.
Photovoltaikanlagen müssen laut den oben beschriebenen Normen AC- und DC-seitig mindestens mit einem Überspannungsschutz des Typs 2 ausgestattet sein, auch bezeichnet als SPD Type II (Surge Protection Device).
Die Errichtung eines solchen Überspannungs- oder auch Blitzschutzes bedarf eines umfassenden Konzeptes und ist auch abhängig von den Gegebenheiten vor Ort. Entscheidend ist einerseits, ob ein äußerer Blitzschutz vorhanden ist oder nicht, beziehungsweise installiert werden muss oder nicht. Andererseits, ob die Leitungswege eine Länge von zehn Metern übersteigen oder nicht.
Besitzt ein Gebäude äußeren Blitzschutz, muss ein ausreichender Abstand zur PV-Anlage eingehalten werden. Der Abstand ist wichtig, damit es zu keinem Überschlag vom Blitzschutz auf die metallenen Unterkonstruktion der Module kommen kann. Der Schatten von Blitzfangstangen kann bei zu geringem Abstand zu den Modulen außerdem zu Leistungsminderungen führen.
Kann der Abstand eingehalten werden, reicht ein einfacher eigener Potenzialausgleich aus. Kann er nicht eingehalten werden, müssen Blitzschutz und PV-Anlage miteinander verbunden werden. Der gemeinsame Potenzialausgleich muss entsprechend hochwertiger ausfallen. Details dazu liefert die Norm EN 62305-3.
Für den inneren Blitzschutz gelten die gleichen Vorgaben wie bei Gebäuden ohne äußeren Blitzschutz.
Der konkrete Einbauort des Überspannungsschutzes wird grundsätzlich nicht definiert und ist in gewissen Grenzen frei wählbar. So besagt die Norm lediglich, dass er innerhalb von 10 Metern Leitungslänge vom Wechselrichter entfernt installiert werden muss. Beträgt der Abstand mehr als 10m, so ist ein zweiter Überspannungsschutz in der Nähe des zu schützenden Wechselrichters notwendig.
Während Überspannungsschutz AC-seitig Pflicht ist, hängt der Schutz DC-seitig vom Blitzschutzkonzept ab. Kabelgebundenen Kommunikationswege können selbst per SPD gesichert werden. Dazu sagt der Arbeitskreis „Schutz bei Überspannungen“ der DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik): „Jahrzehntelange Erfahrungen zeigen, dass ein sicheres und wirksames Überspannungsschutzkonzept nur erreicht werden kann, wenn Überspannungsableiter für alle eingeführten elektrischen Leitungen und damit auch für Kommunikationsleitungen eingesetzt werden.“
Es ist demnach empfehlenswert, den Überspannungsschutz nach Möglichkeit entweder direkt in den Wechselrichter zu integrieren oder diesen gleich in unmittelbarer Nähe zu installieren. Außerdem empfehlen einige Experten, SPD Typ 1 und 2 grundsätzlich vor und nach dem Wechselrichter zu installieren.
Viele Wechselrichter haben einen integrierten Überspannungsschutz SPD Type 2 oder Type 1 und 2 DC- und/oder AC-seitig. Dazu gehören beispielsweise:
Viele Systeme können außerdem aufgerüstet werden entweder durch interne oder externe Bauteile.
Die Firma Phoenix Contact bietet außerdem kompakte und preiswerte Lösungen für bis vier MPPT an.