Anlagen für erneuerbare Energien sind die blitzexponierteste Investitionsart: Sie arbeiten im offenen Gelände, am höchsten Punkt der Umgebung und erstrecken sich oft über Kilometer. Zudem bedeutet jeder Stillstand unmittelbar verlorene Produktion.
Warum ist das so kritisch?
Ein Solarkraftwerk erstreckt sich per Definition über eine große Fläche und ist dem Himmel offen ausgesetzt. Eine Windturbine ist der höchste Punkt des jeweiligen Geländes — mit einer Turmhöhe von über hundert Metern zieht sie Blitze förmlich an. In beiden Fällen ist die Anlage keine zu schützende Gebäudehülle, sondern eine Ertrag erzeugende Maschine.
Was die Schutzfrage bei diesen Anlagen wirklich erschwert, ist die DC-Seite. Im AC-Netz erlischt der entstehende Lichtbogen von selbst, da der Strom in jeder Halbperiode durch null geht. Auf der DC-Seite gibt es keinen solchen Nulldurchgang; der Lichtbogen erlischt nicht von selbst. Deshalb kann ein falsch gewählter DC-Überspannungsableiter, statt Schutz zu bieten, selbst zur Brandquelle werden. Genau das ist eine der bekannten Ursachen für Feldbrände.
Eine weitere Herausforderung ist, dass kein Personal dauerhaft vor Ort ist. Sieht niemand die rote Anzeige eines ausgedienten Überspannungsableiters, produziert die Anlage monatelang ungeschützt weiter.
Unmittelbarer Einnahmeverlust
Jeder stillstehende Wechselrichter bedeutet nicht erzeugte und nicht verkaufte Energie. Die Ausfallzeit wirkt sich unmittelbar auf den Ertrag aus.
Brandrisiko auf der DC-Seite
Da der Lichtbogen auf der DC-Seite nicht erlischt, ist ein Überspannungsableiter mit unzureichendem Trennverhalten eine ernste Gefahrenquelle.
Hohe Exposition
Offenes Gelände, hoher Turm und große Oberfläche — alle drei Faktoren erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Einschlag und Einkopplung.
Abgelegener, unbemannter Standort
Es kann Tage dauern, bis ein Defekt bemerkt wird. Ein Schutzsystem ohne Überwachung kommt einem fehlenden Schutz gleich.
Wo wird der Schutz auf dem Gelände installiert?
In einem Kraftwerk wird der Schutz als durchgehende Kette vom Panel bis zum Netzanschlusspunkt aufgebaut. Fehlt ein Glied dieser Kette, schwächt das die gesamte Kette.
Dies ist der erste Punkt, an dem die Strings der Panele zusammenlaufen, und die kritischste Schutzstufe der DC-Seite. Die Auswahl klärt sich über zwei Fragen: Gibt es auf dem Gelände ein äußeres Blitzschutzsystem (Typ 1 / Typ 2) und wie hoch ist die Systemspannung (1100 V / 1500 V DC)?
Bei Boxen mit mehreren Strings sparen die 5Y-Modelle, die mit einem Gerät zwei bis drei Strings schützen statt für jeden String einen eigenen Überspannungsableiter zu benötigen, deutlich Platz im Schaltschrank und Verkabelung. Die 5Y-Familie ist jedoch nur für 1100 V DC ausgelegt; bei 1500-V-Anlagen kommen die Standardserien zum Einsatz.
Der Wechselrichter ist das teuerste und empfindlichste Gerät im Kraftwerk. Er muss sowohl am DC-Eingang als auch am AC-Ausgang geschützt werden; nur eine Seite zu schützen, nützt gegen eine Überspannung von der anderen Seite nichts.
Lösungen mit vorkonfektioniertem Gehäuse beschleunigen die Montage auf dem Gelände und machen eine eigene Schaltschrankauslegung überflüssig.
Der Netzanschlusspunkt des Kraftwerks ist sowohl Überspannungen vom Gelände als auch vom Netz ausgesetzt. Hier werden Lösungen bevorzugt, die den Betrieb nicht unterbrechen und auch nach aufeinanderfolgenden Einschlägen weiter schützen — ein Modulwechsel soll keinen Anlagenstillstand erfordern.
Windturbinen sind so speziell, dass es für ihren Blitzschutz einen eigenen Standard gibt (IEC 61400-24). Der Strompfad beginnt an den Fangeinrichtungen in den Rotorblättern und wird über den Blattleiter, die Nabe, die Gondel (Nacelle) und den Turm zur Erde abgeleitet.
Auf der elektrischen Seite müssen Pitch- und Yaw-Systeme, der Generator, der Leistungswandler, die Zustandsüberwachungssensoren und die Kommunikationsleitungen im Turm geschützt werden. Die Steuerungselektronik in der Gondel ist die am schwersten zugängliche Ausrüstung auf dem Gelände — ein Defekt bedeutet Kran- und Personalkosten.
Dies ist das Nervensystem des Kraftwerks. Kilometerlange Daten- und Messkabel können im Hinblick auf Einkopplung sogar riskanter sein als Energieleitungen. String-Überwachungskarten, Wetterstationen und Zählerleitungen müssen jeweils gesondert geschützt werden.
Ebenso wichtig ist die Überwachung des Zustands der Überspannungsableiter selbst. Fernmelde- und Überwachungseinheiten melden ein ausgedientes Modul an die Zentrale; so bleibt die Anlage nicht unbemerkt ungeschützt.
Bei großflächigen Anlagen ist die Erdung keine Frage eines einzelnen Erders, sondern eine Netzauslegung. Panel-Tragkonstruktionen, Combiner-Boxen, Wechselrichterfundamente und die Trafostation müssen an ein gemeinsames Potentialausgleichsnetz angeschlossen werden. Andernfalls entsteht zwischen den Punkten eine Potentialdifferenz, und die Schutzgeräte können ihre Aufgabe nicht erfüllen.
Der spezifische Erdungswiderstand variiert von Standort zu Standort und sogar innerhalb desselben Geländes von Punkt zu Punkt. Deshalb beginnt die Planung mit einer Messung; da sich die Bodenfeuchte außerdem saisonal ändert, ist eine periodische Messung erforderlich.
Hervorgehobene Lösungen für erneuerbare Energien
ProTec PV Familie
Typ-1- und Typ-2-Optionen für 1100-V- und 1500-V-DC-Systeme, Konfigurationen für einzelne und mehrere Strings, Lösungen mit vorkonfektioniertem Gehäuse. Alle wurden speziell im Rahmen der für Photovoltaikanlagen geltenden Normen EN 50539-11 und IEC/EN 61643-31 entwickelt — allgemeine DC-Überspannungsableiter unterliegen diesen Normen nicht.
Strikesorb und Rayvoss
Dank ihrer Bauweise ohne Sicherung und Thermotrenner funktionieren sie auch nach aufeinanderfolgenden Einschlägen weiter; für einen Modulwechsel muss die Anlage nicht abgeschaltet werden. Das senkt die Wartungskosten an abgelegenen, unbemannten Standorten unmittelbar.
Überwachung des Schutzzustands
Wird nicht bemerkt, dass ein Überspannungsableiter das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, produziert die Anlage ungeschützt weiter. Überwachungseinheiten übertragen den Schutzzustand an die SCADA; so ist bekannt, an welcher Stelle ein Eingriff nötig ist, ohne vor Ort sein zu müssen.
Wie gehen wir für Ihr Gelände vor?
- Prüfung der Standort- und Projektdaten Installierte Leistung, Systemspannung (1100/1500 V DC), Combiner-Architektur, Wechselrichtertyp und Standorttopografie werden bewertet.
- Risikoanalyse und Schutzklasse Das Risiko wird nach TS EN / IEC 62305-2 berechnet; bei Windkraftanlagen wird zusätzlich IEC 61400-24 berücksichtigt.
- Koordinierte Auslegung der DC- und AC-Seite String, Wechselrichter, Trafostation und SCADA-Leitungen werden als eine einzige Schutzkette geplant.
- Auslegung und Umsetzung des Erdungsnetzes Der spezifische Erdungswiderstand wird gemessen, das Potentialausgleichsnetz wird errichtet, die Verbindungen werden durch Thermoschweißen dauerhaft gemacht.
- Messung, Berichterstattung und Einrichtung der Überwachung Die Inbetriebnahmemessungen werden dokumentiert; der Schutzzustand wird an das Überwachungssystem angebunden und fortlaufend verfolgt.
Lassen Sie uns einen Schutzplan für Ihr Kraftwerk erstellen
PV- oder Windkraftwerk — lassen Sie uns gemeinsam ermitteln, an welchen Stellen Ihres Geländes ein Risiko besteht. Kontaktieren Sie uns für eine Projektprüfung und Erstbewertung.
