Überspannungsschutz für PV-Anlagen

Eine Solaranlage auf dem Dach ist Gewittern direkt ausgesetzt. Schon ein Blitzeinschlag in der Nähe kann über induktive Kopplung hohe Spannungen in die Stringleitungen einkoppeln. Der Hersteller DEHN beschreibt, dass die Verkabelung der Module häufig große Leiterschleifen bildet, die wie Antennen wirken: Je länger der String, desto stärker die Induktionswirkung. Diese eingekoppelten Ströme belasten vor allem den Wechselrichter.

Ein Überspannungsableiter (englisch Surge Protective Device, kurz SPD) begrenzt solche Spannungsspitzen und leitet den Stoßstrom gegen Erde ab, bevor er die Elektronik erreicht. Er ersetzt aber keinen äußeren Blitzschutz und keine fachgerechte Erdung. Grundlagen dazu finden Sie im Ratgeber Erdung & Blitzschutz der PV-Anlage und in unserer Übersicht zum Zubehör Erdung.

In Deutschland regeln drei Normen den Überspannungsschutz rund um die PV-Anlage:

• DIN VDE 0100-443 und -534 (Ausgabe Oktober 2016): Sie legen fest, wann auf der AC-Seite Überspannungsschutz nötig ist und wie die Geräte ausgewählt und eingebaut werden. Die Übergangsfrist endete am 14.12.2018. Laut Fachzeitschrift elektro.net gibt es keine generelle Nachrüstpflicht für Bestandsanlagen, erneuerte oder erweiterte Anlagenteile müssen aber nach aktuellem Normenstand errichtet werden. DEHN weist darauf hin, dass beim Anschluss einer PV-Anlage in der Regel ohnehin der Zählerplatz nach den aktuellen Technischen Anschlussbedingungen angepasst wird, sodass die Anforderungen auch bei Nachrüstungen auf Bestandsgebäuden greifen.
• DIN VDE 0100-712: Die Errichtungsnorm für PV-Stromversorgungssysteme verweist für die Überspannungs-Schutzeinrichtungen auf Beiblatt 5 der DIN EN 62305-3.
• DIN EN 62305-3 Beiblatt 5: Es beschreibt Blitz- und Überspannungsschutz speziell für PV-Anlagen.

Nach Darstellung von DEHN ergibt sich daraus: Ist auf der AC-Seite ein Überspannungsschutz vorhanden, ist zum Schutz des Wechselrichters auch auf der DC-Seite einer erforderlich, und zwar bei Gebäuden mit und ohne äußeres Blitzschutzsystem. Verbindlich prüft das Ihre Elektrofachkraft für Ihr konkretes Gebäude.

Ableiter werden nach ihrem Ableitvermögen in Typen eingeteilt. Typ 1 (Blitzstrom-Ableiter) verkraftet Teilblitzströme, Typ 2 begrenzt Überspannungen aus indirekten Einschlägen und Schalthandlungen, Typ 3 dient dem Feinschutz am Endgerät. Kombi-Ableiter vereinen mehrere Typen in einem Gerät.

Welcher Typ auf welche Seite gehört, hängt nach Beiblatt 5 vom Blitzschutz des Gebäudes ab. Die Auswahlmatrix in der DEHN-Broschüre zu PV-Systemen fasst das so zusammen:

Für das typische Einfamilienhaus ohne Blitzableiter ist auf der Gleichstromseite also ein Typ-2-Ableiter üblich. Liegen zwischen Ableiter und Wechselrichter mehr als 10 Meter Leitung, empfiehlt DEHN ein weiteres Typ-2-Gerät, bei nicht eingehaltenem Trennungsabstand einen weiteren Kombi-Ableiter Typ 1 + 2. Auf der AC-Seite sitzt der Kombi-Ableiter meist im Zählerschrank am Gebäudeeintritt.

Ableiter für die Hutschiene

Die klassische Lösung ist ein steckbarer Ableiter für die 35-mm-Hutschiene, der in einem Verteiler oder Kleingehäuse nahe dem Wechselrichter sitzt. Für PV-Strings gibt es dreipolige Geräte in Y-Schaltung, die zwischen Plus, Minus und Erde schützen.

Komplett im Gehäuse

Fertig verdrahtete Gehäuse mit integriertem Typ-2-Ableiter, teils mit Strangsicherungen und Trennschalter, sparen Montagezeit. DEHN bietet solche Kästen etwa mit Schraubanschluss oder mit MC4-Steckverbindung an. Mehr zu dieser Bauform lesen Sie auf unserer Seite zum Generatoranschlusskasten; passende Steckverbinder finden Sie unter MC4-Stecker.

Im Wechselrichter integriert

Einige Hersteller bieten DC-Ableiter als Einbauoption an. Fronius etwa vertreibt für die Wechselrichter Symo GEN24 Plus und Primo GEN24 Plus ein Nachrüstset Typ 1 + 2, das in den Anschlussbereich des Geräts gesetzt wird und über das Portal Solar.web meldet, wenn es ausgelöst hat. Prüfen Sie beim Kauf eines Wechselrichters, ob eine solche Option existiert und welchen Typ sie abdeckt.

Beim Vergleich von PV-Ableitern helfen vor allem diese Kennwerte:

• UCPV (höchste Dauerspannung DC): Sie muss über der maximalen Leerlaufspannung Ihrer Strings liegen, auch bei Kälte. DEHN bietet die Baureihe DEHNguard M YPV SCI beispielsweise für 150, 1.000 und 1.200 V an.
• Prüfklasse: Typ 2 oder Typ 1 + 2, je nach Gebäudesituation (siehe Tabelle oben).
• In und Imax (8/20 µs): Nenn- und maximaler Ableitstoßstrom.
• Up (Schutzpegel): Je niedriger, desto besser für die Elektronik; er muss zur Spannungsfestigkeit des Wechselrichters passen.
• ISCPV: Kurzschlussfestigkeit gegenüber dem Modulstrom.
• Norm: PV-Ableiter werden je nach Modell nach EN 61643-31 oder EN 50539-11 geprüft.
• Fernmeldekontakt (FM): Meldet einen ausgelösten Ableiter an Ihr Monitoring.

Zwei Beispiele aus Herstellerdatenblättern: Der DEHNguard M YPV SCI 1000 ist ein Typ-2-Ableiter nach EN 61643-31 mit UCPV 1.000 V, In 12,5 kA, Imax 25 kA und Up ≤ 4 kV; die Variante mit „FM“ hat einen Fernmeldekontakt. Der OBO V20-C 3-PH-1000 ist ein dreipoliger Typ-2-Ableiter mit 1.000 V DC höchster Dauerspannung, 20 kA Nenn- und 40 kA maximalem Ableitstoßstrom, einem Schutzpegel von höchstens 4,0 kV und drei Teilungseinheiten Baubreite; eine Fernsignalisierung hat dieses Modell nicht. Aktuelle Angebote für Wechselrichter und Komplettsets vergleichen Sie unter Angebote.

Überspannungsableiter werden in den Potentialausgleich eingebunden, ihre Anschlussleitungen sollten kurz sein, und auf der DC-Seite liegen bei Stringanlagen mehrere Hundert Volt Gleichspannung an. Einbau und Auswahl sind deshalb Aufgabe einer Elektrofachkraft, die die Anlage auch beim Netzbetreiber anmeldet. Wie der Anschluss grundsätzlich abläuft, erklärt der Ratgeber Überspannungsschutz anschließen. Was Sie bei einer Eigenmontage selbst übernehmen dürfen und was nicht, lesen Sie unter PV-Anlage selbst installieren. Für Leitungen zwischen Dach und Technikraum siehe auch Solarkabel.

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