Bei Photovoltaikanlagen steht die maximale Sicherheit der Anlagen und der darin untergebrachten Personen im Vordergrund. Ebenso wichtig ist der effiziente Betrieb der Anlage, weshalb sie mit sogenannten Überspannungsableitern ausgestattet sind. Welche Eigenschaften muss ein Ableiter erfüllen und welche Folgen hat sein Fehlen?
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Photovoltaikanlagen und ihr Schutz mit Überspannungsableitern
Eine Möglichkeit, Energie aus erneuerbaren Quellen zu gewinnen, ist die Wahl einer Photovoltaikanlage. Ihre Installation erfordert bestimmte Anforderungen, darunter einen angemessenen Schutz des Systems, unter anderem gegen Überspannungen. In einem ungeschützten System kann es leicht zu Ausfällen kommen. Unabhängig von der Ursache der Überspannung kann dies zu Schäden an den Modulen selbst, Wechselrichtern, Kabeln und anderen für den ordnungsgemäßen Betrieb wichtigen Elementen führen.
Der Schutz einer Photovoltaikanlage vor Überspannungen ist aufgrund der Besonderheiten der Anlage und des Standorts der Module unerlässlich. Außerhalb des Gebäudes sind sie rauen Witterungsbedingungen ausgesetzt. Die größte Gefahr stellt ein Blitzeinschlag dar. Dieser muss die Module nicht direkt treffen, denn selbst über mehrere Kilometer Entfernung kann es zu einer induktiven Überspannung und einem Ausfall kommen.
Ein geeigneter Schutz schützt die Anlage vor Störungen im Stromnetz. Ist die PV-Anlage an das Stromnetz im Gebäude angeschlossen, ist sie anfällig für Störungen und Überspannungen, die durch Fehlfunktionen der Geräte im Netz verursacht werden. Der Einsatz eines geeigneten Überspannungsschutzes verhindert Ausfälle und hohe Reparaturkosten.
Der Funktionsmechanismus von Überspannungsableitern besteht darin, überschüssige Überspannungsenergie aus dem System abzuleiten, um Geräte und Komponenten zu schützen. Diese Energie wird anschließend zur Erde abgeleitet. In Photovoltaikanlagen werden DC- und AC-Überspannungsableiter eingesetzt.
In der Praxis werden in Anlagen unterschiedliche Ableitertypen eingesetzt. Je nach Klasse handelt es sich dabei um Ableiter:
- Typ 1 – wird dort eingesetzt, wo ein hohes Risiko eines direkten Blitzeinschlags besteht, einschließlich Systemen mit äußerem Blitzschutz;
- Typ 2 – wird am häufigsten in Photovoltaikanlagen verwendet, wo die größte Gefahr von den sogenannten induktiven Überspannungen ausgeht, die mit atmosphärischen Entladungen zusammenhängen oder vom Netz kommen;
- Typ 3 wird in Verbindung mit Modellen des Typs 2 verwendet und hat die Aufgabe, zusätzlichen Schutz für elektronische Geräte zu bieten, die besonders empfindlich auf Spannungsspitzen reagieren.
Welche Eigenschaften muss ein Überspannungsableiter für PV-Anlagen erfüllen?
In Photovoltaikanlagen kommen spezielle Überspannungsableiter zum Einsatz, die sowohl hohen als auch niedrigen Temperaturen standhalten. Da Photovoltaikmodule im Außenbereich installiert werden, sind sie Frost, Wind, Regen und im Sommer auch der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Daher müssen die verwendeten Ableiter langlebig und für den Einsatz bei extremen Temperaturen ausgelegt sein. Der Temperaturbereich sollte zwischen -40 °C und +85 °C liegen.
Der zweite wichtige Faktor ist eine hohe Impulsfestigkeit. Der Schutz muss auch hohe Impulse ohne Beschädigungsgefahr aufnehmen können. Dieser Wert muss hoch sein, etwa 40 kA, und bei Verwendung eines Überspannungsableiters Typ 1 sogar noch höher. Die Sicherheit des gesamten Systems hängt davon ab.
Folgen der Nichtverwendung geeigneter PV-Überspannungsableiter
Überspannungsschutz ist bei Photovoltaikanlagen unerlässlich. Ein plötzlicher Anstieg der Parameterwerte und das Auftreten von Überspannungen können zu schwerwiegenden Ausfällen von Photovoltaikanlagen, Wechselrichtern, Kabeln und Steckverbindern führen.
Die auftretenden Überspannungen der Elektroinstallation führen zu Brandgefahr in den Schalttafeln. Deshalb ist maximaler Brandschutz so wichtig. Es ist zu beachten, dass ein Brand in den Schalttafeln auch eine Gefahr für Wohngebäude darstellt.
Für einen angemessenen Schutz wird ein Überspannungsableiter verwendet, der an die Anforderungen einer bestimmten Anlage angepasst ist. Seine Auswahl muss mit dem Blitzschutzsystem der Anlage kompatibel sein.
Das Fehlen eines Begrenzers in Elektroinstallationen in der Nähe von Photovoltaikmodulen kann zu einer Verringerung der Betriebseffizienz und zu Stromausfällen führen.