Systemausrüstung für den Blitzschutz von Solarmodulen

Ein Solarkraftwerk ist per Definition eine blitzgefährdete Anlage: ein System im offenen Gelände, über eine große Fläche verteilt, auf einer leitfähigen Trägerkonstruktion errichtet und mit kilometerlangen DC-Kabeln. Da zudem die einzige ertragsgenerierende Aufgabe der Anlage die unterbrechungsfreie Stromerzeugung ist, wird Schutz nicht zur Option, sondern zum Bestandteil der Investition.

Schäden an Solarkraftwerken entstehen meist nicht durch einen direkten Einschlag in die Anlage selbst, sondern durch die Spannung, die ein in der Nähe einschlagender Blitz in den DC-Kabelschleifen induziert. Wechselrichterplatinen, String-Überwachungseinheiten und Kommunikationssysteme sind empfindlich gegenüber diesen Impulsen; ein Fehler zeigt sich nicht nur an einem einzelnen Modul, sondern als Ertragsausfall eines ganzen Blocks.

Als Yılkomer steuern wir bei PV-Projekten den gesamten Prozess — von der Risikoanalyse über die Ausrüstungsauswahl bis zur Installation und regelmäßigen Kontrolle.

5 Themen, die das Schutzkonzept bei Solarkraftwerken bestimmen

1. Fangeinrichtung und Verschattungsbalance

Der Schutz vor Direkteinschlag wird durch unabhängige Fangmasten gewährleistet, die die Module nicht berühren. Doch jeder Mast ist zugleich eine Schattenquelle, und Schatten bedeutet Ertragsverlust. Die Aufgabe der Planung besteht darin, die Anzahl und Position der Masten so zu bestimmen, dass der Schutzradius gewährleistet und die Verschattung gleichzeitig minimiert wird. Dies ist ein rechnerisch zu lösendes Optimierungsproblem — nach Augenmaß platzierte Masten hinterlassen entweder ungeschützte Bereiche oder dauerhaften Ertragsverlust.

2. Trennabstand (s)

Der berechnete Trennabstand zwischen Fangeinrichtung und Modultragkonstruktion muss eingehalten werden. Ist dies nicht möglich, wird ein isolierter Leiter eingesetzt. Wird dieser Abstand unterschritten, springt der in den Mast einschlagende Strom auf die nächstliegende Metallkonstruktion über und gelangt direkt in das Modulfeld.

3. Die besondere Gefahr der DC-Seite

In DC-Stromkreisen erlischt ein Lichtbogen nicht so leicht von selbst wie bei AC. Daher muss der DC-Überspannungsableiter unter Berücksichtigung von Dauerbetriebsspannung, String-Leerlaufspannung und Temperaturkorrektur ausgewählt werden. Ein falsch gewählter DC-Überspannungsableiter erzeugt statt Schutz ein Brandrisiko — eine der bekannten Ursachen für Brände in Solarkraftwerken.

4. Kabelführung und Schleifenfläche

Je weiter sich Plus- und Minusleiter der String-Kabel voneinander entfernen, desto größer wird die Schleifenfläche zwischen ihnen — und diese Fläche erhöht die induzierte Spannung direkt. Die gemeinsame Führung der Leiter nahe an der Konstruktion ist eine der wirksamsten Maßnahmen, die ganz ohne zusätzliches Produkt umsetzbar ist.

5. Erdung und Korrosion

Die Tragkonstruktion besteht meist aus Aluminium oder verzinktem Stahl, der Erdungsleiter häufig aus Kupfer. An der Kontaktstelle dieser beiden Metalle beginnt galvanische Korrosion, wodurch die Verbindung im Laufe der Jahre ihre Funktion verliert. Die richtigen Übergangselemente und die richtige Verbindungsmethode bestimmen die Beständigkeit über die 25-jährige Lebensdauer der Anlage.

Produkt- und Ausrüstungsgruppen

• DC-Überspannungsableiter — Auf String- und Combiner-Box-Ebene, in PV-geeigneten Ausführungen.
• AC-Überspannungsableiter — Gestaffelter Schutz für Wechselrichterausgang, Trafostation und Schaltanlage.
• Signal- und Kommunikations-Überspannungsableiter — Für String-Überwachung, RS-485- und Ethernet-Leitungen.
• Isolierte Fangmasten — Unabhängige Mastlösungen, die Schutz ohne Modulberührung bieten.
• Isolierte Ableitungen — Für Trassen, bei denen der Trennabstand nicht eingehalten werden kann.
• Konstruktionsverbindungselemente — Korrosionsbeständige Klemmen für die Potentialausgleichsverbindung von Trägerprofilen und Modulrahmen.
• Erdungselektroden und -leiter — Für Ring- und Tiefenerder-Anwendungen.
• Thermoschweißausrüstung — Für dauerhafte, korrosionsgeschützte Verbindungen bei unterirdischen Anschlüssen.
• Potentialausgleichsschienen — Sammelpunkte in Wechselrichter- und Trafostationen.

Zusätzliche Aspekte bei Aufdach-Solaranlagen

Bei Systemen, die auf dem Dach eines bestehenden Gebäudes errichtet werden, ändert sich die Ausgangslage:

• Integration in das bestehende Blitzschutzsystem — Die Module müssen innerhalb des Schutzbereichs der vorhandenen Fangeinrichtung bleiben.
• Trennabstand — Der Abstand zwischen Modulkonstruktion und Ableitungen muss neu berechnet werden.
• Dachdurchführungen — An der Stelle, an der die DC-Kabel ins Gebäude eintreten, sind Überspannungsableiter und Potentialausgleich erforderlich.
• Brandschutz — Die Folgen eines DC-Lichtbogens auf dem Dach sind für das Gebäude weitaus gravierender als auf einer Freiflächenanlage.

Wie wir arbeiten

1. Standort- und Projektprüfung. Lageplan, Übersichtsschaltplan, Konstruktionstyp und Bodendaten werden ausgewertet.
2. Risikoanalyse. Die Schutzklasse wird gemäß TS EN 62305-2 bestimmt.
3. Optimierung der Fangeinrichtung. Schutzradius und Verschattung werden gemeinsam berechnet, um die Mastanordnung festzulegen.
4. Koordination der Überspannungsableiter. DC-, AC- und Signalseite werden gestaffelt projektiert.
5. Planung von Erdung und Potentialausgleich. Netzgeometrie und Anschlussdetails werden anhand des spezifischen Erdwiderstands festgelegt.
6. Installation, Messung und Dokumentation. Nach der Montage werden Messungen durchgeführt und ein Kontrollkalender erstellt.