Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Anlagen und Solarkraftwerke

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9.18.1 Blitz- und berspannungs-schutz fr Photovoltaik (PV)-Anlagen

Aufgrund der garantierten Lebensdauer der PV-Generatoren von 20 Jahren, deren exponiertenAufstellorten sowie der sensitiven Elektronik desWechselrichters, ist ein wirksamer Blitz- und ber-spannungsschutz zwingend erforderlich. Nicht nurHausbesitzer entscheiden sich fr eine PV-Anlageauf ihrem Hausdach, sondern auch private Betrei-bergesellschaften investieren immer hufiger inGemeinschaftsanlagen, die auf groflchigenDchern von Verkehrsbauten oder nicht genutztenFreiflchen errichtet werden. Aufgrund des gro-en Flchenbedarfs des PV-Generators und dermeist sehr exponierten Lage, sind PV-Anlagen beiGewittern besonders stark durch die Auswirkungvon Blitzentladungen gefhrdet. Ursachen vonberspannungen in PV-Anlagen sind induktiveoder kapazitive eingekoppelte Spannungen infol-ge von Blitzentladungen und Schalthandlungenauf dem vorgelagerten Wechselstromnetz. Blitz-bedingte berspannungen in der PV-Anlage kn-nen zu Schden an PV-Modulen und Wechselrich-tern fhren. Dies kann schwerwiegende Folgen frden Betrieb der Anlage nach sich ziehen. Zumeinen schlagen hohe Reparaturkosten, z. B. die desWechselrichters zu Buche, zum anderen kann derAnlagenausfall zu erheblichen Ertragsminderun-gen und damit zu Gewinneinbuen fr den Anla-genbetreiber fhren.

Notwendigkeit des Blitzschutzes

Generell ist bei der Errichtung von PV-Anlagen zuunterscheiden, ob die Errichtung auf einemGebude mit oder ohne Blitzschutz erfolgt. Frffentliche Gebude, wie z. B. Versammlungsstt-ten, Schulen, Krankenhuser, fordern die Bauord-nungen der Lnder aus Sicherheitsgrnden Blitz-schutzsysteme. Dabei wird in bauliche Anlagenunterschieden, bei denen nach ihrer Lage, Bauartoder Nutzung ein Blitzeinschlag leicht eintretenoder zu schweren Folgen fhren kann. Solcheschutzbedrftigen baulichen Anlagen sind mitdauerhaft wirksamen Blitzschutzsystemen zu ver-sehen. Bei privaten, nicht ffentlich genutztenGebuden wird oftmals auf Blitzschutzmanah-men verzichtet. Dies geschieht teils aus Kosten-grnden aber auch aus nicht vorhandener Sensibi-litt gegenber diesem Thema. Wurde als Stand-

ort fr eine PV-Anlage ein Gebude ohne uerenBlitzschutz ausgewhlt, ergibt sich die Frage, obnicht mit der nachtrglichen Errichtung des Solar-generators auf dem Dach, Blitzschutzmanahmenfr die gesamte bauliche Anlage zu treffen sind.Nach dem aktuellen Stand der wissenschaftlichenErkenntnisse erhht die Installation von PV-Modu-len auf Gebuden nicht das Risiko eines Blitzein-schlags, so dass die Forderung nach Blitzschutz-manahmen nicht unmittelbar durch das Vorhan-densein einer PV-Anlage abgeleitet werden kann.Jedoch kann es zu einer erhhten Gefhrdung derelektrischen Einrichtungen des Gebudes beieinem Blitzeinschlag kommen. Dies ist darinbegrndet, dass durch die Fhrung der PV-Leitun-gen innerhalb des Gebudes in vorhandenenSteigschchten und Kabeltrassen hohe feld- undleitungsgebundene Strungen durch Blitzstrmeentstehen. Deshalb ist es notwendig das Schadens-risiko durch Blitzeinschlag entsprechend DIN EN62305-2 (VDE 0185-305-2) abzuschtzen und diedaraus resultierenden Ergebnisse bei der Planungzu bercksichtigen. DEHN + SHNE dafr die Soft-ware DEHNsupport an. Die hier vorgegebeneRisikoanalyse stellt sicher, dass ein fr alle Beteilig-ten nachvollziehbares Blitzschutz-Konzept erstelltwird, das technisch und wirtschaftlich optimiert ist,das heit bei mglichst geringem Aufwand dennotwendigen Schutz bieten kann.

Der Gesamtverband der deutschen Versicherungs-wirtschaft hat in der VdS-Richtlinie 2010 Risikoor-ientierter Blitz- und berspannungsschutz frObjekte die Risikoabschtzung aus der DIN EN62305-2 (VDE 0185-305-2) aufgegriffen und fhrtBlitzschutzmanahmen fr bauliche Anlagen ausSicht der Versicherungswirtschaft auf. In dieserRichtlinie werden in Tabelle 3 in vereinfachter Wei-se Schutzklassen und berspannungs-Schutzma-nahmen Objekten zugeordnet. So fhrt dieseRichtlinie auch Gebude mit alternativen Energie-versorgungsanlagen, wie z. B. Gebude mit einerPV-Anlage (> 10 kW) auf. Demnach ist fr solcheObjekte der Gefhrdungspegel (LPL) III zu berck-sichtigen. Daraus resultiert die Ausfhrung einerBlitzschutzanlage nach Schutzklasse III. Zustzlichwerden berspannungs-Schutzmanahmen gefor-dert.In DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) Beiblatt 2 wirdbeschrieben, dass ein Blitzschutzsystem, das frSchutzklasse III ausgelegt ist, den normalen Anfor-derungen fr PV- und Solarthermischen Anlagen

9.18 Blitz- und berspannungsschutz fr PV-Anlagen und Solar-kraftwerke

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entspricht: Photovoltaische- und Solarthermi-sche-Anlagen auf Gebuden drfen die vorhande-nen Blitzschutzmanahmen nicht beeintrchtigen.Photovoltaische und solarthermische Anlagenwerden durch getrennte Fangeinrichtungen nach5.2 und 6.3 in DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) vordirekten Blitzeinschlgen geschtzt. Ist ein direk-ter Anschluss nicht zu vermeiden, dann ist die Aus-wirkung des in das Innere der baulichen Anlageeingekoppelten Blitzteilstrme zu beachten.

Schutz von Photovoltaik-Wechselrichternvor berspannungen auch bei direktenBlitzeinschlgenBei der Errichtung einer PV-Anlage auf einemGebude mit uerem Blitzschutz soll grundstz-lich darauf geachtet werden, dass die PV-Modulesich im Schutzbereich einer getrennten Fangein-richtung befinden. Auerdem ist der Trennungs-abstand zwischen dem PV-Traggestell und demueren Blitzschutz einzuhalten, um unkontrol-lierte berschlge zu vermeiden. Andernfalls kn-nen erhebliche Blitzteilstrme in das Innere derbaulichen Anlage verschleppt werden.

Oftmals wird vom Betreiber gewnscht, dass daskomplette Dach mit PV-Modulen belegt wird, umeinen mglichst hohen Ertrag zu erwirtschaften.In diesen Fllen ist der Trennungsabstand oft nichtzu realisieren und das PV-Traggestell ist in denueren Blitzschutz mit einzubinden. Nach DIN EN62305-3 (VDE 0185-305-3) Beiblatt 2 sind in diesemFall aber die Auswirkungen der in das Innere derbaulichen Anlage eingekoppelten Strme zubeachten und der Blitz-schutz-Potentialausgleich istsicher zu stellen. Dies bedeu-tet, dass nun auch fr die DC-Leitungen, die blitzstrombe-haftet sind, der Blitzschutz-Potentialausgleich ausge-fhrt werden muss. Entspre-chend der DIN EN 62305-3(VDE 0185-305-3) mssen dieDC-Leitungen mit einemberspannungsschutzgert(SPD engl. Surge protecivedevice) Typ 1 beschaltet wer-den. Bisher gab es keineberspannungsschutzgerteTyp 1 auf Funkenstreckenba-

sis zum Einsatz auf der Gleichspannungsseite vonPV-Anlagen. Das Problem bestand darin, dassbeim Znden der Funkenstrecke, diese durch denflieenden Gleichstrom nicht wieder gelscht wer-den konnte und somit der Lichtbogen bestehenblieb.

Mit dem Kombi-Ableiter DEHNlimit PV 1000 (Bild9.18.1.1) ist es DEHN + SHNE gelungen, einenFunkenstrecken-Ableiter zu entwickeln, dergleichstromlschend ist. DEHNlimit PV 1000 istsomit der ideale Ableiter fr den Einsatz in photo-voltaischen Stromerzeugungsanlagen. Die gekap-selte Gleitfunkenstrecken-Technologie ermglichteinen sicheren Schutz des PV-Generators und desWechselrichters, auch bei direkten Blitzstrmen.Dieser Kombi-Ableiter ist einsetzbar fr PV-Anla-gen bis 1000 V UOC STC . DEHNlimit PV 1000 hat einhohes Blitzstrom-Ableitvermgen von 50 kA10/350 s.

Einpoliger Photovoltaik-Ableiter Typ 2 mitintegrierter KurzschlievorrichtungDer innere Aufbau der berspannungs-AbleiterTyp 2, DEHNguard PV 500 SCP (Bild 9.18.1.2) setztneue Mastbe in punkto Sicherheit. In diesemAbleiter wurde die bewhrte zweifach wirksameberwachungs- und Abtrennvorrichtung Thermo-Dynamik-Control mit einer zustzlichen Kurz-schlievorrichtung kombiniert. Diese vllig neueArt der Ableiterberwachung bewirkt auch beiberlastung der Gerte, z. B. durch einen Isolati-onsfehler im PV-Generatorkreis, einen sicherenBetriebszustand ohne dem Risiko einer Brandge-fhrdung.

Bild 9.18.1.1 Kombi-Ableiter Typ 1, DEHNlimit PV, zumSchutz von Photovoltaik-Wechselrichtern vorberspannungen auch bei direkten Blitzein-schlgen

Bild 9.18.1.2 Einpoliger Photovoltaik-Ableiter Typ 2, DEHNguardPV 500 SCP, mit integrier-ter Kurzschlievorrichtung


Im nachfolgenden Beispiel wird die Wirkungswei-se der Kurzschlievorrichtung im DEHNguard PV500 SCP nher erlutert:

1. Bild 9.18.1.3: Whrend des Betriebs der PV-Anla-ge tritt ein Isolationsfehler am PV-Generator auf

2. Bild 9.18.1.4: Dies fhrt zur berlastung desberspannungs-Ableiters durch berschreitungder maximal zulssigen Dauerspannung Uc.

3. Bild 9.18.1.5: Die kombinierte Abtrenn- undKurzschlievorrichtung des DEHNguard PV 500SCP wird aktiviert. Diese ist in der Lage, einenKurzschlussstrom bis zu 50 A bis zur Instandset-zung der PV-Anlage selbststndig zu fhren.Damit ist selbst bei einem Isolationsfehler im PV-Generatorkreis ein sicherer Betriebszustand her-gestellt ohne dass dabei eine Brandgefhrdung frdie Anlage entsteht.

AnwendungsbeispieleGebude ohne ueren BlitzschutzIm Bild 9.18.1.6 ist das berspannungsschutz-Kon-zept fr eine PV-Anlage auf einem Gebude ohneueren Blitzschutz gezeigt. Mgliche Einsatzorteder berspannungsschutzgerte knnen hierbeisein:

DC-Eingang des Wechselrichters

AC-Ausgang des Wechselrichters

Niederspannungs (NS)-Einspeisung

In der NS-Einspeisung des Gebudes kommt einberspannungsschutzgert SPD vom Typ 2, DEHN-guard zum Einsatz. Dieser berspannungs-Ablei-ter vom Typ DEHNguard M ist als verdrahtungsfer-tige Kompletteinheit fr jedes Niederspannungs-system (TN-C, TN-S, TT) lieferbar (Tabelle 9.18.1.1).Befindet sich der PV-Wechselrichter nicht weiterentfernt als 5 m vom Einsatzort dieses DEHNguard(NS-Einspeisung), dann ist der AC-Ausgang desWechselrichters ausreichend geschtzt. Bei gre-ren Leitungslngen sind zustzliche berspan-nungsschutzgerte SPD Typ 2 vor dem AC-Eingangdes Wechselrichters notwendig (Tabelle 9.18.1.1).

Jede eingehende Stringleitung ist am DC-Eingangdes Wechselrichters jeweils mit einem berspan-nungsschutzgert vom Typ DEHNguard PV 500 SCP

=

~+

SCP SCP

=

~+

+

SCP SCP

=

~+

+

SCP SCP

Bild 9.18.1.3 Isolationsfehler am PV-Generator

Bild 9.18.1.4 berlastung des berspannungs-Ableiters aufgrundeines Isolationsfehlers

Bild 9.18.1.5 Aktivierung der Abtrenn- und Kurzschlievorrichtungdes DEHNguard PV 500 SCP; dadurch sicherer Betriebs-zustand trotz Isolationsfehler im PV-Generatorkreis

zwischen Plus und Minus gegenErde zu beschalten. Mit dieserberspannungs-Schutzbeschal-tung knnen PV-Anlagen mit einerGeneratorspannungen bis 1000 VDC sicher geschtzt werden.

Die Betriebsspannung der ber-spannungsschutzgerte ist so zuwhlen, dass sie ca. 10 % hherliegt als die an einem kalten Win-tertag bei maximaler Einstrahlungzu erwartende Leerlaufspannungdes Solargenerators.

Gebude mit uerem Blitzschutzund Einhaltung des Trennungsab-standesDer ordnungsgeme Zustand desBlitzschutzsystems ist durch vor-handene Prfprotokolle oderdurch Wiederholungsprfung zubelegen. Werden bei der Prfungdes Blitzschutzsystems Mngel amueren Blitzschutz festgestellt (z.B. starke Korrosion, lockere undlose Klemmverbindungen), so hatder Errichter der PV-Anlage diePflicht den Gebudeeigentmerauf diese Mngel schriftlich hinzu-weisen.Der Aufbau der PV-Anlage auf derDachflche hat unter der Berck-sichtigung des bestehenden ue-ren Blitzschutzes zu erfolgen.Dabei ist die PV-Anlage zumSchutz vor einem direkten Blitz-schlag so zu installieren, dass sichdiese im Schutzbereich des ue-ren Blitzschutzes befindet. Durchgeeignete Fangeinrichtungen, wiez. B. Fangstangen, knnen direkteBlitzeinschlge in die PV-Moduleverhindert werden. Die notwendi-gen, eventuell zustzlich zu mon-tierenden Fangstangen sind soanzuordnen, dass sie mit ihremSchutzraum einen Direkteinschlagin das PV-Modul verhindern undandererseits dabei keinen Kern-schatten auf die Module werfen.Zu beachten ist, dass zwischen den


HAK

kWh kWh

AC-Ausgang

DC-Eingang

Zhler-Haupt-verteilung

VNB

ss

=~

Bild 9.18.1.7 berspannungsschutz-Konzept fr eine PV-Anlage auf einem Gebude mituerem Blitzschutz und bei Einhaltung des Trennungsabstandes s

HAK

kWh kWh

AC-Ausgang

DC-Eingang


VNB

=~

Erdungs-leitung

Bild 9.18.1.6 berspannungsschutz-Konzept fr eine PV-Anlage auf einem Gebude ohne ueren Blitzschutz

PV-Komponenten und Metallteilen wie Blitz-schutzanlagen, Dachrinnen, Dachfenster, Solarkol-lektoren oder Antennenanlagen ein Trennungsab-stand s nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) ein-gehalten werden muss. Der Trennungsabstand istnach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) zu berech-nen. Die im Bild 9.18.1.7 gezeigte PV-Anlage befin-det sich im Schutzbereich des ueren Blitzschut-zes.

Das berspannungs-Schutzkonzept fr eine PV-Anlage auf einem Gebude mit uerem Blitz-schutz und ausreichendem Trennungsabstand derPV-Module zum uerem Blitzschutz zeigt Bild9.18.1.7.Wesentlicher Bestandteil eines Blitzschutzsystemsist der Blitzschutz-Potentialausgleich fr alle vonauen ins Gebude eingefhrten leitfhigen Sys-teme. Die Forderungen des Blitzschutz-Potential-


Bild9.18.1.6

Schutz fr... Schutzgerte Art.-Nr.

TN-C-System DEHNguard M, DG M TNC 275DEHNguard M, DG M TNC 275 FM

952 300952 305

TN-S-System DEHNguard M, DG M TNS 275DEHNguard M, DG M TNS 275 FM

952 400952 405

NS-Einspeisung

TT-System DEHNguard M, DG M TT 275DEHNguard M, DG M TT 275 FM

952 310952 315

2 x (jeweils zwischenPlus und Minus gegenErde)

DEHNguard, DG PV 500 SCPDEHNguard, DG PV 500 SCP FM

950 500950 505


TN-System DEHNguard M, DG M TN 275DEHNguard M, DG M TN 275 FM

952 200952 205

AC-Ausgang des Wechselrichters/Wechselstrom, Installationsort des Wechselrichters im Dachgeschoss

TT-System DEHNguard M, DG M TT 2P 275DEHNguard M, DG M TT 2P 275 FM

952 110952 115

Tabelle 9.18.1.1 Auswahl der berspannungsschutzgerte fr PV-Anlagen auf Gebuden ohne ueren Blitzschutz

Bild9.18.1.7


TN-System DEHNguard M, DG M TN 275DEHNguard M, DG M TN 275 FM

952 200952 205

AC-Ausgang des Wechselrichters/Wechselstrom, Installationsort des Wechselrichters im Dachgeschoss

TT-System DEHNguard M, DG M TT 2P 275DEHNguard M, DG M TT 2P 275 FM

952 110952 115

2 x (jeweils zwischenPlus und Minus gegenErde)

DEHNguard, DG PV 500 SCPDEHNguard, DG PV 500 SCP FM

950 500950 505


NS-EinspeisungTN-C-System DEHNventil ZP, DV ZP TNC 255 900 390TN-S-System undTT-System

DEHNventil ZP, DV ZP TT 255 900 391

Tabelle 9.18.1.2 Auswahl der berspannungsschutzgerte fr PV-Anlagen auf Gebuden mit uerem Blitzschutz und bei Einhaltung des Trennungsabstandes s


ausgleichs wird erfllt durchden direkten Anschluss allermetallenen Systeme und denindirekten Anschluss aller unterBetriebsspannung stehendenSysteme ber Blitzstrom-Ablei-ter. Der Blitzschutz-Potential-ausgleich soll mglichst nahean der Eintrittsstelle der Syste-me und Leitungen in die bauli-che Anlage erfolgen, um einEindringen von Blitzteilstr-men in das Gebude zu verhin-dern. Die Niederspannungs-Einspeisung im Gebude wirddurch einen mehrpoligen Kom-bi-Ableiter DEHNventil ZP mitFunkenstreckentechnologiegeschtzt. Dieser ist fr denEinsatz auf 40 mm-Sammel-schienensystem im Zhlerplatzausgelegt. Die Auswahl desSchutzgertes erfolgt entspre-chend des vorhandenen Versor-gungssystems (Tabelle 9.18.1.2).

Dieser Kombi-Ableiter vereint Blitzstrom- undberspannungs-Ableiter in einem Gert, kommtohne Entkopplungsdrossel aus und ist als verdrah-tungsfertige Kompletteinheit fr jedes Nieder-spannungssystem (TN-C, TN-S, TT) lieferbar. Bis zuLeitungslngen von < 5 m zwischen DEHNventilund Endgert besteht ausreichender Schutz ohnezustzliche Schutzgerte. Bei greren Leitungs-lngen sind zustzlich berspannungsschutzger-

te SPD Typ 2 oder 3 einzusetzen. Befindet sich derAC-Ausgang des Wechselrichters nicht weiter wegals 5 m vom Einsatzort des DEHNventils ZP, so sindAC-seitig keine weiteren Schutzgerte erforder-lich.

Jede eingehende Stringleitung ist am DC-Eingangdes Wechselrichters jeweils mit einem berspan-nungsschutzgert vom Typ DEHNguard PV 500 SCP

Bild9.18.1.8


TN-C-System DEHNventil M, DV M TN 255DEHNventil M, DV M TN 255 FM

951 200951 205

TT-S-System undTT-System

DEHNventil M, DV M TT 255DEHNventil M, DV M TT 255 FM

951 110951 115

AC-Ausgang des Wechselrichters / Wechselstrom, Installationsort des Wechselrichters im Dachgeschoss

Je Stringleitung DEHNlimit, DLM PV 1000 900 330DC-Eingang des Wechselrichters

NS-EinspeisungTN-C-System DEHNventil ZP, DV ZP TNC 255 900 390TN-S-System undTT-System

DEHNventil ZP, DV ZP TT 255 900 391

Tabelle 9.18.1.3 Auswahl von berspannungsschutzgerten fr PV-Anlagen auf Gebuden mit uerem Blitzschutz ohne Einhaltung des Tren-nungsabstandes s

HAK

kWh kWh

AC-Ausgang

DC-Eingang


VNB

zwischen Plus und Minus gegen Erde zu beschal-ten.

Gebude mit uerem Blitzschutz ohne Einhal-tung des TrennungsabstandesOftmals belegen die PV-Module das kompletteDach, um einen mglichst hohen Ertrag zu erwirt-schaften. Aus montagetechnischer Sicht kanndann der Trennungsabstand hufig nicht mehreingehalten werden. An diesen Stellen muss einedirekte leitfhige Verbindung zwischen demueren Blitzschutz und den metallenen PV-Komponenten hergestellt werden. Nach DIN EN62305-3 (VDE 0185-305-3) Beiblatt 2 sind in diesemFall aber die Auswirkungen der in das Innere derbaulichen Anlage eingekoppelten Strme auf denDC-Leitungen zu beachten und der Blitzschutz-Potentialausgleich ist sicher zu stellen. Dies bedeu-tet, dass nun auch fr die DC-Leitungen, die blitz-strombehaftet sind, der Blitzschutz-Potentialaus-gleich ausgefhrt werden muss (Bild 9.18.1.8). Ent-sprechend der DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)mssen die DC-Leitungen mit einem berspan-nungsschutzgert (SPD engl. Surge protecivedevice) Typ 1 beschaltet werden. Zum Einsatzkommt der Kombi-Ableiter DEHNlimit PV 1000,der in diesem Fall parallel in die String-Leitung ein-gesetzt wird. Der Kombi-Ableiter DEHNlimit PV 1000 wurde speziell fr den Einsatz in photo-voltaischen Stromerzeugungsanlagen entwickelt.Die gekapselte Gleitfunkenstrecken-Technologieermglicht einen sicheren Schutz des PV-Genera-tors und des Wechselrichters, auch bei direktenBlitzstrmen.

Der Blitzschutzpotentialausgleich muss ebenfallsin der NS-Einspeisung ausgefhrt werden. Dortwird das DEHNventil ZP, ein berspannungsschutz-gert mit Funkenstreckentechnologie, eingesetzt(Tabelle 9.18.1.3). Befindet sich der PV-Wechsel-richter in der Nhe der NS-Einspeisung, also nichtweiter weg als 5 m, so ist der AC-Ausgang desWechselrichters ebenfalls geschtzt. berspan-nungs-Schutzmanahmen sind immer nur lokalwirksam, so auch der Schutz fr den PV-Wechsel-richter. Ist der PV-Wechselrichter im Dachgeschossmontiert, so ist der berspannungsschutz des AC-Ausgangs des Wechselrichters durch weitere ber-spannungsschutzgerte sicherzustellen. In diesemFall erfolgt dies ebenfalls mit berspannungs-schutzgerten Typ 1, DEHNventil. Grund fr denEinsatz dieses Schutzgertes ist, dass ber den

Schutzleiter und die AC-Zuleitung ebenfalls Blitz-teilstrme flieen, die vom berspannungsschutz-gert beherrscht werden mssen.

AnmerkungDie berspannungsschutzbeschaltung von soge-nannten Dnnschichtmodulanwendungen bedarfunter Umstnden einer separaten Betrachtung.

9.18.2 Blitz- und berspannungs-schutz fr Solarkraftwerke

Bei einem derartig komplexen Anlagentyp, wieeinem Solarkraftwerk, ist es notwendig das Scha-densrisiko durch Blitzschlag entsprechend DIN EN62305-2 (VDE 0185-305-2) abzuschtzen und diedaraus resultierenden Ergebnisse bei der Planungzu bercksichtigen. Schutzziel bei einem Solar-kraftwek ist es, sowohl das Betriebsgebude alsauch das Modulfeld gegen Schden durch Feuer(direkter Blitzeinschlag) und die elektrischen undelektronischen Systeme (Wechselrichter, Ferndiag-nosesystem, Generatorhauptleitung) gegen dieWirkung des elektromagnetischen Blitzimpulses(LEMP) zu schtzen.

Fangeinrichtung und Ableitungen

Zum Schutz des PV-Modulfelds gegen direkte Blitz-einschlge ist es notwendig, die Solarmodule imSchutzbereich einer getrennten Fangeinrichtunganzuordnen. Fr deren Planung wird nach derVdS-Richtlinie 2010 fr PV-Anlagen grer 10 kWdie Schutzklasse III zugrundegelegt. Entsprechendder Schutzklasse wird mit dem Blitzkugelverfahrendie Anzahl und die Hhe der Fangstangen ermit-telt. Auerdem ist darauf zu achten, dass der Tren-nungsabstand s nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) zwischen den PV-Traggestellen und denFangstangen eingehalten wird. Ebenfalls wird dasBetriebsgebude mit einem ueren Blitzschutzder Schutzklasse III ausgerstet. ber Anschluss-fahnen erfolgt der Anschluss der Ableitungen andie Erdungsanlage. Aufgrund der Korrosionsge-fahr an der Austrittsstelle der Anschlussfahnen ausdem Erdreich oder Beton ist diese korrosionsbe-stndig auszufhren (nichtrostender Stahl V4A,Werkst.-Nr. 1.4571) oder bei Verwendung von ver-zinktem Stahl mit entsprechenden Manahmen zuschtzen (z. B. Densobinde oder Schrumpf-schlauch).


ErdungsanlageDie Erdungsanlage (Bild 9.18.2.1) der PV-Anlagewird als Ringerder (Oberflchenerder) mit einerMasche 20 m x 20 m ausgefhrt. Die metallenenTraggestelle, auf denen die PV-Module befestigtsind, werden etwa alle 10 m an die Erdungsanlageangebunden. Die Erdungsanlage des Betriebsge-budes ist als Fundamenterder nach DIN 18014ausgelegt. Die Erdungsanlage der PV-Anlage unddie des Betriebsgebudes sind miteinander bermindestens eine Leitung (30 mm x 3,5 mm Band-stahl V4A, Werkst.-Nr. 1.4571 oder Stahl verzinkt)zu verbinden. Der Zusammenschluss der einzelnenErdungsanlagen verkleinert den Gesamterdungs-widerstand. Durch die Vermaschung der Erdungs-anlagen entsteht eine quipotentialflche, diedie Spannungsbeanspruchung der elektrischenVerbindungsleitungen bei Blitzbeeinflussung zwi-schen PV-Modulfeld und Betriebsgebude deutlichreduziert. Die Oberflchenerder sind in mindes-tens 0,5 m Tiefe verlegt und die Maschen sind mitKreuzklemmen untereinander verbunden. Die Ver-bindungsstellen im Erdreich sind mit einer Korrosi-onsschutzbinde zu umwickeln. Dies gilt auch beiVerlegung von V4A Bandstahl im Erdreich.

Blitzschutz-Potentialausgleich

Alle von auen in das Betriebsgebude eingefhr-ten leitfhigen Systeme mssen grundstzlich inden Blitzschutz-Potentialausgleich einbezogenwerden. Die Forderung des Blitzschutz-Potential-ausgleichs wird erfllt durch den direktenAnschluss aller metallenen Systeme und des indi-rekten Anschluss aller unter Betriebsspannung ste-henden Systeme ber Blitzstrom-Ableiter. DerBlitzschutz-Potentialausgleich soll mglichst nahean der Eintrittsstelle der baulichen Anlage erfol-gen, um ein Eindringen von Blitzteilstrmen in dasGebude zu verhindern. In diesem Fall (Bild9.18.2.2) wird die Niederspannungs-Einspeisungim Betriebsgebude durch einen mehrpoligenKombi-Ableiter DEHNventil geschtzt (Tabelle9.18.2.1).

Auerdem mssen die eingehenden DC-Leitungenin den PV-Wechselrichter im Betriebsgebude bereinen Blitzstrom-Ableiter auf Funkenstreckenbasisgeschtzt werden. Hierfr wird der geeigneteKombi-Ableiter DEHNlimit PV 1000 eingesetzt.

berspannungs-Schutzmanahmen im PV-Modulfeld

Um die Beanspruchung der Isolation im Innerender Solarmodule im Falle eines Blitzschlages in diegetrennte Fangeinrichtung zu reduzieren, kom-men mglichst nahe am Solargenerator in einemGeneratoranschaltkasten thermisch berwachteberspannungsschutzgerte zum Einsatz. FrGeneratorspannungen bis 1000 V DC wird hierjeweils zwischen Plus und Minus gegen Erde einberspannungsschutzgert vom Typ DEHNguardPV 500 SCP eingesetzt. In diesem Fall sind ber-spannungsschutzgerte vom Typ 2 ausreichend, dasich die PV-Module im Schutzbereich des uerenBlitzschutzes befinden.

In der Praxis hat es sich bewhrt, berspannungs-schutzgerte mit potentialfreien Kontakten zur Sig-nalisierung des Betriebszustandes der thermischenAbtrennvorrichtung zu verwenden. Die Intervallezwischen den turnusmigen Kontrollen derSchutzgerte vorort werden dadurch verlngert.Die berspannungsschutzgerte in den Generator-anschaltksten bernehmen lokal die Schutzfunkti-on fr die PV-Module und stellen sicher, dass es auf-grund leitungs- und feldgebundener Strungen zukeinen Funkenberschlgen in die PV-Modulekommt.


Betriebs-

gebude

Fangstange

Generatoranschaltkasten

Modulfeld

ErdungsanlageMaschenweite 20 x 20 m

DC-Leitung

Bild 9.18.2.1 bersichtsplan einer PV-Groanlage auf einer Freiflche

AnmerkungDie berspannungsschutzbeschaltung von soge-nannten Dnnschichtmodulanwendungen bedarfunter Umstnden einer separaten Betrachtung.

berspannungs-Schutzmanahmen frinformationstechnische SystemeIm Betriebsgebude befindet sich ein Ferndiagno-sesystem, das zur einfachen und schnellen Funkti-

onsberprfung der PV-Anlagen dient. Strungenan der PV-Anlage knnen so frhzeitig vom Betrei-ber erkannt und behoben werden. Durch das Fern-berwachungssystem ist es mglich, dass die Leis-tungsdaten des Solargenerators stndig zur Verf-gung stehen, um die Ertrge der PV-Anlage zuoptimieren. Wie in Bild 9.18.2.3 gezeigt, werdenber externe Sensoren an der PV-Anlage Messun-gen der Windgeschwindigkeit, Modultemperatur


=

Fundamenterder

Generatoran-schlusskastenWechselrichter-Gebude

PV-Module

Stahl-Tele-Blitzschutzmast

1

3

2

3

Bild 9.18.2.2 Prinzipschaltbild berspannungsschutz fr ein Solarkraftwerk

Nr. im Bild9.18.2.2

Schutz fr ... Schutzgerte Art.-Nr.

TN-C-SystemTN-S-SystemTT-System

DEHNventil, DV M TNC 255DEHNventil, DV M TNS 255DEHNventil, DV M TT 255

951 300951 400951 310

1

DC-Eingang des Wechselrichters DEHNlimit, DLM PV 1000 900 330

Generatoranschaltkasten DEHNguard DG PV 500 SCPDEHNguard DG PV 500 SCP FM950 500950 505

2

3

Tabelle 9.18.2.1 Auswahl von berspannungsschutzgerten fr Solarkraftwerke

und Umgebungstemperatur durchgefhrt. DieseMesswerte knnen direkt an der Erfassungsein-heit abgelesen werden. Die Datenerfassungsein-heit verfgt ber Schnittstellen, wie RS 232 oderRS 485, die an einen PC und/oder Modem zurFernabfrage und -wartung angeschlossen wer-den. Damit kann das Servicepersonal per Ferndi-agnose die Strungsursache ermitteln und dann

gezielt beseitigen. Das Modem in Bild 9.18.2.3 istan das Netzabschlussgert (NTBA) eines ISDN-Basisanschluss angeschlossen. Die gezeigten Mess-sensoren fr Windgeschwindigkeit und Modul-temperatur sind ebenso wie die PV-Module imeinschlagsgeschtzten Bereich montiert. Blitzstr-me treten damit auf den Messleitungen nicht auf,wohl aber leitungsgebundene transiente ber-


Bild 9.18.2.3 Schutzkonzept fr Datenerfassung und -auswertung

=

Messdaten-Erfassungseinheit

NTBA Modem1

32

4

4

Nr. im Bild9.18.2.3

Schutz fr ... Schutzgerte Art.-Nr.

Netz- und Dateneingang eines NTBAs NT PRO 909 9581Anlagen und Gerte der MSR-Technik mit vier-adriger Datenbertragung, z.B. RS 485 Bussystem

BLITZDUCTOR VT, BVT RS 485 5 918 4012

Windrichtungsanzeiger, z.B. analogerMesswertbertragung 4 bis 20 mA

BLITZDUCTOR XT, BXT ML4 BE 24+ Basisteil BXT BAS

920 324920 3003

Umgebungs- und Modultemperatur-Sensor BLITZDUCTOR XT, BXT ML4 BE 5+ Basisteil BXT BAS

920 320920 300

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Tabelle 9.18.2.2 berspannungsschutzgerte fr Datenerfassung und -auswertung

spannungen, die durch Induktionswirkung beiBlitzeinschlgen in die getrennte Fangeinrichtungentstehen. Um eine ungestrte und fortlaufendebertragung der messtechnischen Daten an dieMesseinheit jeder Zeit sicherzustellen, ist es not-wendig, die ins Gebude eintretenden Sensorlei-tungen ber berspannungsschutzgerte zu fh-ren (Tabelle 9.18.2.2). Bei der Auswahl der Schutz-gerte ist darauf zu achten, dass keine Beeintrch-tigung der Messwerte erfolgt. Die Weiterleitung

der messtechnischen Daten ber das Fernmelde-netz per ISDN-Modem muss ebenso sicher gestelltsein, damit eine stndige Kontrolle und Optimie-rung der Anlagenleistung vorgenommen werdenkann. Hierzu wird die Uk0-Schnittstelle vor demNTBA, an dem das ISDN-Modem angeschlossen ist, mit einem berspannungs-Schutzadaptergeschtzt. Mit diesem Adapter ist zustzlich derSchutz der 230 V-Versorgung des NTBA sicherge-stellt.


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Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Anlagen und Solarkraftwerke