Bei der Errichtung von PV-Anlagen muss untersucht werden, ob und in welcher Form ein Blitzschutz notwendig ist. Dabei muss der Blitzschutz entsprechend den örtlichen Gegebenheiten ausgelegt und der Überspannungsschutz dimensioniert werden.

Generell erhöht eine PV-Anlage auf einem Gebäudedach nicht die Gefahr eines Blitzeinschlags. Durch die PV-Anlage wird die Höhe des Gebäudes nicht oder unwesentlich verändert, daher ergibt sich keine erhöhte Einschlagswahrscheinlichkeit.

Auftreten von Fehlerbildern

Abhängig vom Ort des Blitzeinschlags und den örtlichen Gegebenheiten können folgende Fehlerbilder auftreten:

• direkte Blitzeinschläge: Hier fließt der Blitzstrom, sofern kein Blitzschutzsystem vorhanden ist, über die PV-Anlage und eventuell vorhandene elektrische Installationen, die dadurch in der Regel zerstört werden. Dabei treten starke mechanische Zerstörungen auf und eventuelle Brände sind nicht auszuschließen.

• indirekte Blitzeinschläge: Hier fließen Blitzteilströme, die größere Schäden hervorrufen können, über die elektrische Installation bzw. Versorgungsleitungen.

• nahe Blitzeinschläge (< 0,5 km): Hier induzieren die hohen magnetischen Felder Überspannungen in den elektrischen Installationsschleifen, die Schäden verursachen können.

• ferne Blitzeinschläge (> 1 km): Hier kommt es zu kapazitiven Einwirkungen, die im Allgemeinen keine technischen Beschädigungen hervorrufen.

Blitzschutzkonzept für Photovoltaikanlagen

Der Blitzschutz für eine PV-Anlage erfordert einen Schutz gegen direkte Blitzeinschläge (äußerer Blitzschutz) und Überspannungsschutzmaßnahmen zum Schutz der Anlagenkomponenten (innerer Blitzschutz). Die PV-Anlagen können in folgende Schutzkategorien unterteilt werden:

• Ein Schutz vor direkten Blitzeinschlägen ist möglich oder existiert bereits, sodass keine direkten Blitzeinschläge in die PV-Anlage möglich sind.

• Es ist kein Schutz vor direkten Blitzeinschlägen gegeben, sodass Direkteinschläge bzw. erhebliche Blitzteilströme auftreten können.

Wird die PV-Anlage auf ein Gebäude mit bereits vorhandenem Blitzschutz montiert, so muss die Anlage in das Schutzkonzept integriert werden. Die notwendigen Blitzschutzmaßnahmen können von einer detaillierten quantitativen Bewertung des Blitzschadensrisikos entsprechend der Norm DIN V VDE V 0185-2 „Blitzschutz – Risikomanagement: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen“ 2 abgeleitet werden.

Schutz von Photovoltaikanlagen, die keinen direkten Blitzeinschlägen ausgesetzt sind

Ein direkter Blitzeinschlag in ein PV-Modul muss grundsätzlich verhindert werden, da er die Zerstörung des Moduls und der gesamten PV-Anlage verursachen kann.

Falls es zu einem direkten Blitzeinschlag in das Gebäude kommt, so ist die PV-Anlage vor Blitzteilströmen dann sicher, wenn sich die PV-Module vollständig im Schutzbereich der Fangeinrichtung befinden. Dabei sollte ein Trennungsabstand von > 0,5 – 1 m gewährleistet sein. Die genaue Berechnung des Trennungsabstands kann anhand der Norm DIN V VDE V 0185-3 „Blitzschutz – Schutz von baulichen Anlagen und Personen“ erfolgen.

Da keine Blitzteilströme auf der Generatorhauptleitung auftreten, sind nur jeweils zwei Überspannungsableiter im Generatoranschlusskasten und am Gleichspannungseingang des Wechselrichters notwendig. Zum Teil sind bereits Schutzgeräte werkseitig am Gleichspannungseingang des Wechselrichters vorhanden. Dieser Sachverhalt sollte vor der Auslegung des Blitzschutzsystems mit dem Hersteller des Wechselrichters abgeklärt werden.

Weiters wird empfohlen, alle Modulgestelle mit in den Potenzialausgleich einzubeziehen. Dazu wird eine Potenzialausgleichsleitung (PAL) zusammen mit der Hauptleitung zum Generator geführt. Eine leitende Verbindung des Modulgestells mit dem äußeren Blitzschutz darf nicht hergestellt werden.

Zum Schutz der elektrischen Geräte im Gebäude sind an der Energienetzeinspeisung üblicherweise Blitzstrom- (BSA) und Überspannungsableiter (ÜSA) für alle Phasen vorzusehen.

In Abbildung 1 ist ein Schutzkonzept für eine PV-Anlage, die keinen direkten Blitzeinschlägen ausgesetzt ist, dargestellt. Bei größeren Distanzen zwischen Wechselrichter und Hauseinspeisung können zusätzliche Überspannungsableiter direkt vor dem Wechselrichter zu dessen Schutz vorgesehen werden.

Abb. 1: Blitzschutz, wenn keine Blitzteilströme auf der Hauptleitung fließen, d.h. die PV-Anlage im Schutzbereich einer Fangeinrichtung installiert ist

Quelle: Häberlin, H.: Blitzschutz von Photovoltaikanlagen, Teil 1-6. Elektrotechnik 4/2001 - 10/2001

Schutz von Photovoltaikanlagen, die direkten Blitzeinschlägen ausgesetzt sind

Wird der vorher beschriebene Trennungsabstand zwischen PV-Modul und der Fangeinrichtung nicht eingehalten oder befinden sich die PV-Module nicht im Schutzbereich einer Fangeinrichtung, so sind Blitzteilströme auf der Generatorhauptleitung unvermeidlich.

Sind Blitzteilströme auf der Generatorhauptleitung möglich, so muss sichergestellt sein, dass die Modulrahmen den mechanischen Belastungen des direkten Einschlags standhalten. Außerdem müssen die Modulrahmen an die Fangeinrichtungen blitzstromfest angeschlossen werden.

Die Generatorhauptleitung sollte geschirmt ausgeführt werden. Dabei soll die Schirmung mindestens einen Querschnitt > 16 mm² (Kupfer) haben, um den Belastungen der Blitzteilströme standzuhalten. Die Schirmung muss an beiden Enden mittels Kabelverschraubungen an das Modulgehäuse und die Potenzialausgleichsschiene angeschlossen werden. Vorteilhaft sind dabei geschlossene Metallgehäuse, denn damit können die Blitzströme über das Modulgestell, den Metallanschlusskasten und die Schirmung abfließen. Durch diese Maßnahme können die Blitzstromableiter entfallen.

Überspannungsableiter sind wegen der weiterhin vorhandenen induktiven Einkopplungen in den PV-Modulen und wegen der Längsspannung an der Generatorhauptleitung beidseitig notwendig.

In Abbildung 2 ist ein Schutzkonzept für eine PV-Anlage mit einer geschirmten Generatorhauptleitung dargestellt.

Abb. 2: Blitzschutz, wenn Blitzteilströme auf der Hauptleitung fließen können, d.h. die PV-Anlage direkten Blitzeinschlägen ausgesetzt ist oder die erforderlichen Sicherheitsabstände nicht eingehalten werden

Quelle: Häberlin, H.: Blitzschutz von Photovoltaikanlagen, Teil 1-6. Elektrotechnik 4/2001 - 10/2001

Autor: Florian Krug