Blitzschutz von Energiespeichersystemen

Batterie-Energiespeichersysteme sind eine wichtige Technologie zur Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen und zur bedarfsgerechten Rückspeisung ins Netz. Die elektronischen Komponenten dieser Systeme können jedoch durch Überspannungen wie Blitzentladungen und netzbedingte Spannungsspitzen erheblich beschädigt werden. Daher ist ein umfassendes Blitz- und Überspannungsschutzsystem erforderlich, um die ständige Verfügbarkeit der Batteriespeichersysteme sicherzustellen und schwerwiegende wirtschaftliche Folgen zu vermeiden.

Gefahren durch Blitz- und Stoßströme

Blitzentladungen stellen eine erhebliche Bedrohung für Batteriespeichersysteme dar. Die durch einen Blitzeinschlag verursachte Überspannung kann die dielektrische Festigkeit der elektronischen Komponenten im Speichersystem überschreiten. Dies kann zu Schäden an elektronischen Komponenten, einschließlich der Informations- und Kommunikationstechnik, sowie zu Ausfällen von Wechselrichtern oder Batterieeinheiten führen. Erfolgt ein Blitzeinschlag als direkter Treffer, kann das Metalldach des Speichersystems durchschlagen werden, wodurch bei Regen Wasserschäden entstehen.

Darüber hinaus stellen netzbedingte Spannungssprünge, wie sie durch Schalthandlungen, Erd- und Kurzschlüsse verursacht werden, eine potenzielle Gefahr dar. Diese transienten Überspannungen können elektronische Geräte beschädigen und zu kostspieligen Wartungs- und Reparaturarbeiten führen. Daher ist es für die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit dieser Systeme entscheidend, die Art dieser Bedrohungen zu verstehen und wirksame Schutzmaßnahmen umzusetzen.

Normen für Blitz- und Überspannungsschutz

Normen wie IEC 62305 geben Richtlinien für den Schutz elektrischer Systeme vor transienten Überspannungen durch atmosphärische Einflüsse vor. Diese Normen umfassen Blitz- und Überspannungsimpulse, einschließlich Blitzentladungen, direkter Blitzeinschläge in Netzleitungen und transienter Überspannungen durch Schalthandlungen.

Sie legen fest, ob Schutzmaßnahmen erforderlich sind, die Schutzkategorien sowie die für die Ausrüstung relevanten Bemessungsstoßspannungsfestigkeiten.

Darüber hinaus berücksichtigen sie die erforderliche Verfügbarkeit des Systems. Die Einhaltung dieser Normen ist entscheidend für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Batteriespeichersystemen.

Als Yılkomer bieten wir den Schutz von Energiespeichersystemen im Rahmen der Rollkugel-Methode mit Gromtor isolierten passiven Fangeinrichtungen, isolierten Ableitungssystemen und Tripod-Systemen. Das gesamte System wird in den Potentialausgleich einbezogen. Raycap AC- und DC-Überspannungsschutzgeräte müssen zwingend an den Ein- und Ausgangspunkten des Systems integriert werden. Andernfalls kann die gesamte Investition innerhalb von Nanosekunden beschädigt werden.

Blitzschutz für Solarenergiespeichersysteme

Werden Solarkraftwerke mit einem Batteriespeichersystem ausgestattet, müssen elektronische Geräte, Batterien und Wechselrichter vor Überspannungen geschützt werden. Beispielsweise kann ein Solarenergiespeichersystem (Containerbauweise) einen direkten Blitzeinschlag über den Metallcontainer zusammen mit der Erdung ableiten. Um das Entstehen von Löchern im Dach des Metallcontainers zu verhindern, werden an allen vier Ecken passive Fangeinrichtungen installiert. Die im Container befindlichen Geräte werden wie in einem Faraday-Käfig geschützt, das heißt, die erforderlichen Abstände zu den elektrischen Komponenten werden eingehalten. Jegliche Einkopplung von Überspannungen über kupferbasierte Leitungen muss durch Überspannungsschutzgeräte abgeleitet werden, die möglichst nahe an den Eintrittsstellen der Hauptversorgungsleitungen installiert sind.

Dieser Schutzansatz basiert auf dem Prinzip, einen „Schutzbereich“ um die zu schützenden Geräte zu schaffen. Fangeinrichtungen und die Metallstruktur des Containers leiten den Blitzstrom sicher zur Erde und halten ihn von den empfindlichen elektronischen Komponenten im Inneren fern. Dies allein reicht jedoch nicht für einen vollständigen Schutz aus. Überspannungsschutzgeräte an den Eintrittsstellen der Hauptversorgungsleitungen in den Container sind unerlässlich, um verbleibende Überspannungen zu dämpfen.

Batteriespeichersysteme und das Stromnetz

Befinden sich Batteriespeichersysteme für das Stromnetz in Betonbauwerken, ist es unmöglich oder zumindest sehr schwierig, Trennungsabstände zum äußeren Blitzschutzsystem einzuhalten. Dieses Problem wird durch die Installation hochspannungsfester isolierter Leitungen gelöst. Dadurch werden gefährliche Überschläge vom äußeren Blitzschutzsystem zu leitfähigen Teilen wie Versorgungsleitungen verhindert. Befinden sich Batterien und Wechselrichter in separaten Containern, können bei direkten oder nahen Blitzeinschlägen galvanische Blitzströme in die Verbindungskabel eingekoppelt werden. Um dies zu verhindern, werden die Kabel durch einen darüber verlegten Erdungsleiter in den geschützten Bereich einbezogen.

Dieser Schutzansatz basiert auf dem Prinzip, ein „geschütztes Volumen“ um die Kabel zu schaffen, die separate Container verbinden. Der über den Kabeln verlegte Erdungsleiter wirkt als Abschirmung und verhindert die Einkopplung galvanischer Blitzströme. Verbleibende Überspannungen werden anschließend durch an beiden Kabelenden installierte Typ-2-Überspannungsschutzgeräte begrenzt.

Auswahl von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten

Beispielsweise müssen Verbindungskabel, die die DC-Ausgänge von Batterie und Wechselrichter verbinden, mit einem Typ-1-SPD geschützt werden, da sie verschiedene Blitzschutzzonen durchqueren. Ein kombinierter Typ-1+Typ-2-Überspannungsableiter ist eine richtige Wahl und kann für Gleichstrom bis 950 V eingesetzt werden. Ein kombinierter Typ-1+Typ-2-Überspannungsableiter ist für Gleichstrom bis 1500 V DC geeignet.

Werden die DC-Anschlussleitungen der PV-Module durch ein Blitzschutzsystem geschützt, müssen sie mit einem speziell für Photovoltaikanlagen entwickelten Typ-1-Überspannungsableiter abgesichert werden. Zusätzlich müssen LED-Beleuchtungen in Solarkraftwerken ebenfalls gegen Überspannungseinwirkungen und schaltbedingten Verschleiß geschützt werden. Der nach Norm geforderte Potentialausgleich wird mit der K12-Potentialausgleichsschiene umgesetzt. Diese Schienen sind speziell für Schutz- und Funktionspotentialausgleich sowie Blitzschutz-Potentialausgleich geprüft.

Blitz- und Überspannungsschutz ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Planung und dem Betrieb von Batteriespeichersystemen. Das Verständnis der durch transiente Überspannungen verursachten Probleme und die Umsetzung geeigneter Schutzgeräte gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb dieser Systeme und leisten einen Beitrag zu einer nachhaltigen Energiezukunft. Die richtige Auswahl von äußerem und innerem Blitzschutz, die Einhaltung der Normen und eine sorgfältige Systemplanung können die durch Blitz- und Überspannungsschäden verursachten Risiken erheblich reduzieren. Mit der zunehmenden Verbreitung von Batteriespeichersystemen steigt auch die Bedeutung eines wirksamen Blitz- und Überspannungsschutzes.

Für weiterführende Informationen und zur detaillierten Ausarbeitung Ihrer Projekte können Sie uns Ihre Projekte unter info@yilkomer.com zusenden.

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