Wie werden PV-Anlagen in den Blitzschutz eingebunden?

Da Photovoltaikanlagen meist auf Hausdächern montiert werden, sind sie einem Blitzeinschlag schutzlos ausgesetzt. Weiterhin besteht eine Anlage zu einem großen Teil aus leitenden Materialien. Um den Modulen sowie den Wechselrichtern vor direkten und in der Umgebung stattfindenden Einschlägen Schutz zu bieten gibt es viele Möglichkeiten.

Der Blitzschutz einer PV-Anlage unterteilt sich in den äußeren und den inneren Blitzschutz. Der äußere soll dabei einen direkten Einschlag aufnehmen und ableiten können. So wird eine direkte Beschädigung der Module verhindert. Üblicherweise werden zu diesem Zweck geerdete Blitzfangstangen auf dem Dach installiert. Sie können mehrere Meter hoch sein, überragen den höchsten Punkt der Anlage und sind so das favorisierte Ziel eines Blitzes. Die Fangstangen müssen jedoch mit einem Sicherheitsabstand von min. 0,5 bis 1m zur Anlage angebracht werden, damit es nicht zu Überschlägen von der Fangstange zum Modulrahmen kommt. Ist es nicht möglich den Sicherheitsabstand einzuhalten, muss die Fangstange blitzstromfähig mit den Modulrahmen oder dem Gestell verbunden werden. Bei der Installation muss weiterhin auf den Schattenwurf der Stange geachtet werden. Durch eine Verschattung der Anlage kann deren Wirkungsgrad beträchtlich sinken. Noch verehrender ist jedoch ein harter Schatten auf einem kleinen Teil des Moduls. Das bedeutet es wird über lange Zeit hinweg dieselbe Stelle (Zelle) stark verschattet. Bei einer solchen Zelle kehrt sich die Spannung um und sie wird zum Verbraucher. Das bedeutet zunächst eine Leistungsminderung des Moduls. Da in einem Solarmodul viele Solarzellen in reihe geschalten sind fließt durch jede derselbe Strom. Somit wird auch in der verschatteten Zelle Leistung umgesetzt. Da diese aufgrund der umgekehrten Spannungsrichtung zum Verbraucher geworden ist, äußert sich der Leistungsumsatz in Wärmeentwicklung.

Die Folge ist eine starke Erwärmung der Zelle. Das kann in schnellerem verschleiß oder sogar der Zerstörung der Zelle enden. Dieses Phänomen nennt sich Hot-Spot und ist im Bild rechts zu sehen.

Trotz einer installierten Blitzfangstange kann niemals ausgeschlossen werden, dass es zu einem Einschlag kommt. Dazu sind die elektrischen Kräfte eines Blitzes zu stark und zu unvorhersehbar. Zudem kann es Blitzeinschläge in die Umgebung geben. Ob nun direkt oder nur in der Nähe, ein Blitzeinschlag ist immer gefährlich für sämtliche elektronischen Geräte in ihrem Haus. Zu diesem Zweck sollte, wenn ein äußerer Blitzschutz vorhanden ist, auch stets ein innerer Blitzschutz installiert werden.

Ein wichtiger Faktor ist der Potentialausgleich. Dabei wird die Anlage in den Potentialausgleich des Gebäudes integriert. So werden Potentialunterschiede zwischen geerdeten elektronischen Geräten vermieden. Eine Potentialdifferenz ist im Grunde nichts anders als eine bestehende Spannung. Diese kann bei zu hohen Werten gefährlich sein und ist somit zu vermeiden.

Durch den Potentialausgleich kann es bei einem Einschlag in die Blitzschutzanlage, das Haus oder die Umgebung zu Überspanngen im gesamten System kommen. Dem sollte man mit Geräten zum Überspannungsschutz entgegenwirken. Meist kommen dabei Varistoren zum Einsatz.  Ein Schutz auf der Gleichspannungsseite ist nur notwendig, wenn die äußere Blitzschutzeinrichtung mit dem Modulrahmen bzw. dem Gestell verbunden werden musste. In diesem Fall eignet sich z.B. der Dehncube DC Überspannungsschutz.

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