Die Erdung oder der Potentialausgleich von Photovoltaikanlagen
Während der äußere Blitzschutz einer Photovoltaikanlage mehr eine freiwillige Sache ist, ist die Erdung einer Solarstromanlage gesetzlich zwingend vorgeschrieben. Die Herstellung des Potentialausgleichs (Erdung) der Photovoltaikanlage ist wichtig, um Personen und die Anlage zu schützen. Gemäß DIN VDE 0100 Teil 200 ist der Potentialausgleich folgendermaßen definiert: „Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen leitfähigen Teilen, um Potentialgleichheit zu erzielen.“
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Die Forderung für den Potentialausgleich ergibt sich aus den „Anforderungen zum Schutz gegen elektrischen Schlag“ und ist in der DIN VDE 0100-410 festgelegt. Die Verbindung aller leitfähigen Gehäuse elektrischer Betriebsmittel mit einem Schutzleiter, der mit der Haupterdungsschiene verbunden ist, stellt die Grundlage für den Schutz gegen einen elektrischen Schlag dar.
Da die Stahl- oder Aluminiumkonstruktion einer PV-Anlage zum Gebäude gehören, gilt hier die DIN VDE 0100 Teil 540 („Erdung, Schutzleiter, Potentialausgleichsleiter“) zum Schutz vor Stromschlägen. Dazu gehören nicht nur die Rahmen der Solarmodule und das Montagegestell, sondern auch metallene Kabeltrassen, metallene Leitungsschutzrohre und das Wechselrichtergehäuse, sofern es aus Metall besteht.
All diese leitfähigen Teile werden nach der DIN VDE 0100-410 mit der Hauptpotentialausgleichsschiene, die beim Errichten von elektrischen Anlagen zwingend vorgeschrieben ist, verbunden. Die Potentialausgleichsschiene ist die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Hauptschutzleiter im Hausanschlusskasten oder dem Haupterdungsleiter (Fundamenterder), die Fehlerströme oder Überspannungen in die Erde ableiten.
Die in der VDE angeführte Schutzmaßnahme wird nur durch normgerechte Ausführung mit anschließender Prüfung der Anlage sichergestellt. Nicht ohne Grund zählt deshalb die Installation von elektrischen Anlagen, zu den meisterpflichtigen Gewerken in Deutschland. Das heißt, dass die Elektroinstallation nur von einem Meisterbetrieb durchgeführt werden darf, der gemäß Handwerksordnung (HwO) §1 Abs. 1 in die Handwerksrolle eingetragen ist und damit als Elektrofachfirma gilt. Für Laien sind Arbeiten an der Elektroinstallation tabu! Grundlage dafür ist §13 Abs. 2 Satz 4 der „Niederspannungsverordnung“ (NAV) sowie die DIN VDE 0100-1000. Dieses Verbot gilt für die gesamte Hauselektrik.
Für die Photovoltaikanlage bedeute dies, dass sie als Teil der Gebäudekonstruktion ordnungsgemäß geerdet sein muss. Die Anlagenteile müssen deshalb mit dem zwingend vorgeschriebenen grün-gelben PE-Leiter verbunden werden. Dient die Erdung lediglich dem Potentialausgleich innerhalb der elektrotechnischen Anlage des Gebäudes, ist ein Schutzleiter-Querschnitt von 6 mm² ausreichend. Erfüllt die Erdung aber auch eine Überstromfunktion, wie zum Blitzschutz, ist ein Leitungsquerschnitt von mindestens 16 mm² erforderlich.
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Überspannungsschutz nicht vergessen
Alle PV-Anlagen sind seit dem 09.04.2019 nach DIN VDE 0100-712 zu planen und zu errichten. Die Norm DIN VDE 0100-712 Teil 443 legt fest, dass der Einbau von Überspannungsschutzeinrichtungen immer dann notwendig ist, wenn kurzzeitige Überspannungen Auswirkungen auf Personen oder Betriebsmittel haben. Die DIN VDE 0100-712 Teil 534 legt fest, welche Überspannungsschutzgeräte wie zu installieren sind.
So ist auf der Wechselstromseite der PV-Anlage mit Hilfe der DIN VDE 0100-712 Teil 443 vom Elektroinstallationsunternehmen zu ermitteln, welche Überspannungsschutzmaßnahmen auf der Wechselstromseite des PV-Stromversorgungssystems vorgesehen werden muss. Dabei kann es sich um ein Überspannungsschutzgerät Typ 1, den sogenannten Blitzstrom-Ableiter für sehr hohe Ströme handeln. Durch den Blitzstrom-Ableiter wird im Moment des Blitzeinschlages der Potentialausgleich zwischen dem Schutzleiter (PE) und den Außenleitern sowie dem Neutralleiter hergestellt. Der Blitzstrom-Ableiter wird hinter dem Wechselrichter eingesetzt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Blitzstrom nicht in die Gebäudeinstallation fließen kann. Es wird empfohlen, auch auf der Gleichstrom-Seite ein Überspannungsschutzgerät Typ 1 einzusetzen, um den Wechselrichter zu schützen.
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Es kann sich, je nach Schutzkonzept der PV-Anlage, auch um ein Überspannungsschutzgerät Typ 2, für einen sogenannten Mittelschutz, handeln. Er wird zur Begrenzung von Blitzüberspannungen aus Ferneinschlägen oder von Schaltüberspannungen eingesetzt. Für Überspannungsschutzgeräte Typ 2 gilt die gleiche Funktionsweise und die gleichen Empfehlungen wie für den Typ 1. In manchen Wechselrichtern von PV-Anlagen sind werksseitig bereits Überspannungsschutzgeräte verbaut. Werden sie jedoch nachträglich fest installiert, finden sie in der Regel in der Unterverteilung ihren Platz.
Ergibt sich die Notwendigkeit für Überspannungsschutzmaßnahmen auf der Wechselstromseite und soll insbesondere ein Schutz des Wechselrichters sichergestellt werden, so sollten auch auf der Gleichstrom-Seite Überspannungsschutzmaßnahmen vorgenommen werden. Werden mit dem Strom der Photovoltaikanlage Signal- und Kommunikationsmittel betrieben, sollten diese ebenfalls mit Überspannungsschutzeinrichtungen versehen werden.
Blitzschutz für Photovoltaikanlagen
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