Äußerer Blitzschutz und PV-Anlagen
Wenn eine PV-Anlage und ein äußeres Blitzschutzsystem aufeinandertreffen, kommen sie sich oft ins Gehege: beide müssen sich die Dachfläche teilen. Unproblematisch verläuft die gleichzeitige Installation der PV-Anlage und des Blitzschutzsystems. Wird eine PV-Anlage nachträglich auf eine Dachfläche gesetzt, auf der bereits ein Blitzschutzsystem installiert ist, gilt es mehrere Aspekte zu berücksichtigen. Wichtig ist die Sicherstellung der Funktionalität des äußeren Blitzschutzes und auch der funktionierende Schutz der PV-Anlage durch den Blitzschutz.
Trennungsabstände
Fließt Strom durch einen Leiter, fällt entlang des Leiters eine Spannung ab. Die Größe dieses Spannungsfalls ist abhängig von Faktoren wie Querschnitt, Form und Material des Leiters, von der Verlegeart des Leiters oder von der Amplitude und Form des Stroms.
Schlägt ein Blitz in das Blitzschutzsystem ein, fließt der Blitzstrom durch die Blitzableiter in die Erde. Entlang der Ableiter fällt also eine Spannung ab. Es gibt mehrere Methoden, diese zu berechnen. Der Einfachheit halber kann ein Wert von 1.000 V pro Meter angenommen werden. Auf einer Höhe von 10 m liegt somit eine Spannung von 10.000 V zwischen dem Blitzableiter und anderen geerdeten Teilen, z. B. dem geerdeten Rahmen der PV-Anlage an. Hierdurch besteht ein Risiko, dass der Blitz vom Blitzableiter auf die PV-Anlage überspringt. Um das zu verhindern, müssen der Blitzableiter und die PV-Anlage weit genug voneinander entfernt sein. Damit der Blitz nicht überschlägt, ist der Trennungsabstand „s“ die Mindestentfernung zwischen Blitzableiter und PV-Anlage.
Der Trennungsabstand lässt sich aufgrund vieler Faktoren nicht einfach bestimmen. Dabei kann ein Experte für Blitzschutzanlagen helfen und sollte daher in die Planung mit eingebunden werden.
Ist der Trennungsabstand bekannt oder bestimmt worden, müssen alle Komponenten einer PV-Anlage an jeder Stelle diesen Mindestabstand zum Blitzschutzsystem einhalten. Wenn es nicht möglich ist, den Abstand entsprechend einzuhalten, wird die komplette PV-Anlage mit dem äußeren Blitzschutz verbunden.
Blitzströme werden bei dieser Installation nicht mehr an dem Gebäude vorbei, sondern hindurch geleitet. Das Gebäude benötigt somit auch einen höheren Schutz vor Überspannungen mit Überspannungsschutzgeräten Typ 1.
Trennungsabstände für Photovoltaikanlagen
Darstellung des Durchhangs
Durchhang
Neben dem Trennungsabstand ist auch der Durchhang zu beachten, vor allem bei Nachrüstungen von PV-Anlagen. Denken Sie sich eine gerade Linie zwischen den Spitzen der Fangstangen.
Der Bereich unterhalb dieser Linie sollte geschützt sein. Physikalisch bedingt kann der Blitz allerdings auch leicht unterhalb dieser Linie eintauchen. Dieser Bereich ist der Durchhang.
um sicher vor Blitzeinschlägen zu sein, müssen sich die PV-Module somit unterhalb des Durchhangs befinden. Die Größe des Durchhangs kann vom Errichter der Blitzschutzanlage bestimmt werden.
Darstellung des Durchhangs bei einer Aufdachanlage
In dem Fall, dass die PV-Module oberhalb des Durchhangs sitzen, gibt es zwei Möglichkeiten:
- Installation des PV-Moduls, sodass es weniger aufbaut.
- Anpassung der Blitzschutzanlage durch den Errichter der Blitzschutzanlage.
Verschattung
Zur Funktionsfähigkeit des äußeren Blitzschutzsystems wird Material auf dem Dach benötigt, das bei Sonnenschein Schatten wirft, wie z. B. die Fangstangen. Der Schatten auf PV-Paneelen wird Verschattung genannt.
Die Verschattung hat einen negativen Einfluss auf den Ertrag der PV-Anlage. Je nach Größe der verschatteten Fläche und Anzahl und Verschaltung der betroffenen Module kommt es zu Leistungsminderungen in dem String oder der ganzen Anlage. Das bedeutet, es wird weniger Strom erzeugt als ohne Verschattung. Auf lange Sicht können dadurch erhebliche Ertragseinbußen entstehen.
Ein weiteres Phänomen, insbesondere bei kleinen Verschattungen, wie z. B. durch Fangstangen, nennt sich Hot Spots. Diese entstehen durch eine stärkere Erhitzung der Schattenflächen im Vergleich zu den umgebenden Teilen des Paneels, die direkt der Sonne ausgesetzt sind. Hierfür gibt es zwei Gründe:
Der verschattete Bereich erzeugt keinen Strom mehr. Er wird von einer Quelle zu einem Widerstand, der den Strom der umgebenden Zellen nur noch durchleitet. Die Energie, die dafür benötigt wird, wird zum Großteil als Wärme abgeführt.
Die Fangstange wirkt auf die Sonnenstrahlen wie eine Linse. Das sorgt dafür, dass sich die Sonnenstrahlen am Rand des Schattens auf den Paneelen bündeln, wodurch die Intensität der Sonneneinstrahlung genau in dem Bereich erhöht wird.
Überhitzung ist ein Faktor, der wesentlich zur Degradation von PV-Modulen beiträgt. Die Zellen, die wiederholt dieser Überhitzung ausgesetzt sind, werden dadurch zerstört, wodurch der Ertrag des PV-Paneels reduziert wird. Wie stark dieser Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der PV-Module letztendlich ist und wie schnell ein solcher Effekt eintritt, wird in der Fachwelt noch diskutiert.
Ziel ist es, eine Verschattung der PV-Anlage durch Elemente des äußeren Blitzschutzes zu vermeiden.
Leitungsführung
Die PV-Module sind mit dem Wechselrichter verbunden und hierfür in Reihe geschaltet. Diese Installation sorgt für einen Ring vom Wechselrichter zu den einzelnen Modulen und wieder zurück zum Wechselrichter. Jeder dieser Leitungsringe ist auch eine Antenne und ist hierdurch empfindlich gegenüber Einkopplungen. Denn letztendlich werden durch den Leitungsring Energien in die PV-Anlage eingekoppelt, die groß genug werden können, um den Wechselrichter und auch die PV-Anlage empfindlich zu schädigen.
Achten Sie daher bei der Leitungsverlegung darauf, dass möglichst wenig Energie in die PV-Anlage einkoppeln kann. Die eingekoppelte Energie hängt mit der Fläche zusammen, die der Leitungsring aufspannt: je größer die Fläche, desto mehr Energie koppelt ein
Die Leitungsführung sieht ästhetisch aus, sorgt aber für eine groß aufgespannte Fläche. Bei einem Blitzeinschlag in das Gebäude oder in der Nähe entstehen starke Störungen in der PV-Anlage.
Leitungsführung einer PV-Anlage mit geringerer aufgespannter Fläche
Die aufgespannte Fläche ist möglichst klein gehalten. Die Einkopplung durch einen Blitzeinschlag ist deutlich reduziert.
Wie kommt die Energie überhaupt in die Antennen? Hierfür wird ein Sender benötigt. Ein sehr starker Sender ist der Blitz. Vereinfacht gesagt ist der Blitz ein Strom, der durch einen Leiter (in diesem Fall nicht aus Metall, sondern aus Plasma) von einer Wolke zu einer anderen oder zur Erde fließt.
Betrachtet man den durchschnittlichen Blitz in Europa, geht es um Ströme zwischen 10.000 A und 30.000 A. Es können sogar, wenn auch selten, Ströme von mehreren 100.000 A auftreten. Schlägt ein Blitz in der Nähe der PV-Anlage oder in das Blitzschutzsystem ein, ist der Sender in unmittelbarer Nähe. Eine möglichst kleine aufgespannte Fläche ist also wichtig für eine schadenfreie Nutzung der PV-Anlage.
Wussten Sie schon?
Sie können sich vor unnötigen Haftungsrisiken schützen!
Bei nachträglichen Installationen auf Gebäuden mit Blitzschutzsystemen muss sichergestellt werden, dass die Installation im Schutzbereich liegt. Das gilt auch für Antennen und SAT-Anlagen.
Bei Fragen zum Schutzbereich und Trennungsabständen sollte der Errichter der Blitzschutzanlage eingebunden werden. Nur so stellen Sie sicher, dass die Blitzschutzanlage weiter richtig funktioniert.
Überspannungsschutz für Photovoltaikanlagen
Neben dem Umweltschutzgedanken ist mit der Installation einer Photovoltaikanlage die Unabhängigkeit vom Energieversorger häufig das erklärte Ziel. Anstatt Monat für Monat die Stromkosten an den Energieversorger zu zahlen, wird einmalig in eine eigene PV-Anlage investiert. Zukünftige Strompreiserhöhungen spielen dann nur noch eine kleine Rolle. Unabhängigkeit und autark leben sind hier die großen Schlüsselwörter.
Eine Investition in eine Photovoltaikanlage ist auf mindestens 20 Jahre ausgelegt. Eine lange Zeit, in der viel passieren kann. Wie alle elektrischen Geräte sind auch PV-Anlagen empfindlich gegenüber Überspannungen: Wechselrichter, PV-Module, Batteriespeicher und Leitungen sind alles Bauteile, die Schaden nehmen können.
Ein wirkungsvoller Schutz vor Überspannungen erhöht somit die Betriebssicherheit der Anlage und bietet Sicherheit für die Besitzer. Dass dieser Schutz nicht kompliziert und aufwändig ist, zeigen wir Ihnen in den einzelnen Kapiteln.