Das Wichtigste zur Erdung einer PV-Anlage auf einen Blick:
- Eine normgerechte Erdung von PV-Anlagen ist essenziell, um Personen- und Sachschäden zu vermeiden, und muss gemäß Vorschriften wie DIN VDE 0100 Teil 540 und DIN 18014 erfolgen.
- Der Einsatz und die korrekte Installation eines Blitzschutzsystems inklusive äußerem und innerem Blitzschutz sind unerlässlich zum Schutz von PV-Anlagen vor Blitzeinschlägen und Überspannungen.
- Die sorgfältige Auswahl und Verlegung der Kabel nach EN 50618 gewährleisten die Effizienz und Sicherheit der PV-Anlage, während ein korrekter Potentialausgleich elektrische Schläge und Schäden durch Potenzialunterschiede verhindert.
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Wesentliche Grundlagen der Erdung bei PV-Anlagen
Die Erdung bei Photovoltaikanlagen hat eine entscheidende Rolle in der Sicherheit. Sie leitet normgerecht den Strom ab und verteilt ihn sicher. Eine ordnungsgemäße Erdung ist unerlässlich, um Personen- und Sachschäden zu vermeiden. Daher muss bei der Installation von PV-Anlagen immer eine korrekte Erdung sichergestellt werden.
Die Einhaltung von Vorschriften und Normen wie DIN VDE 0100 Teil 540 und DIN 18014 ist notwendig, um Sicherheitsstandards zu gewährleisten und rechtliche Konsequenzen zu vermeiden. Die DIN VDE 0100-712 legt beispielsweise fest, dass Gleichstromleitungen so errichtet werden müssen, dass das Risiko eines Erdschlusses oder Kurzschlusses minimal ist. Eine sachgemäße Erdung ist somit nicht nur für die sichere Funktion der PV-Anlage selbst wichtig, sondern auch für die Einhaltung gesetzlicher Anforderungen und Normen.
Warum ist eine Erdung notwendig?
Die Erdung von Photovoltaikanlagen hat eine Reihe von wesentlichen Funktionen. Sie dient in erster Linie dazu, überschüssige elektrische Ladungen sicher in die Erde abzuleiten und so die Verhinderung von elektrischen Schlägen zu gewährleisten. Darüber hinaus schützt eine fachgerechte Erdung Gebäude und deren Bewohner vor Feuer durch Blitzschlag und verhindert Überspannungen und Schäden an der gesamten Solaranlage.
Es gibt verschiedene Arten der Erdung, einschließlich der Schutzerdung, die zu einem zuverlässigen und sicheren Betrieb von PV-Anlagen beitragen und die Anforderungen der DIN VDE 0100 Teil 540 erfüllen. Die korrekte Erdung der PV-Anlage, ist daher entscheidend für deren Sicherheit und Effizienz und sollte stets von einem qualifizierten Fachmann durchgeführt werden.
Gesetzliche Anforderungen und Normen
Die Norm DIN VDE 0100-712 legt fest, dass seit dem 09.04.2019 alle PV-Anlagen nach dieser Norm geplant und errichtet werden müssen. Darüber hinaus definiert die Norm EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) und das Beiblatt 5 den Schutz von PV-Anlagen gegen Blitzschlag und elektrostatische Entladungen und gibt Hinweise auf die erforderlichen Schutzmaßnahmen. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, dass Nutzer und Installateur mit diesen Normen vertraut sind und sie in allen Aspekten Ihrer PV-Anlage einhalten.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass gemäß DIN VDE 0100-712 überprüft werden muss, ob auf der Wechselstromseite von PV-Stromversorgungssystemen Überspannungsschutzmaßnahmen notwendig sind. Außerdem schreibt DIN VDE 0100-712 Teil 443 vor, dass Überspannungsschutzmaßnahmen erforderlich sind, wenn kurzzeitige Überspannungen Einfluss auf Personen oder Betriebsmittel haben könnten. Die Installation von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) auf der Wechselstromseite kann im netzseitigen Anschlussraum des Zählerschranks nach DIN VDE 0100-443 durchgeführt werden.
Die korrekte Einhaltung dieser Vorschriften und Normen ist entscheidend, um die Sicherheit einer PV-Anlage zu gewährleisten und rechtliche Konsequenzen zu vermeiden.
Auswahl und Installation des richtigen Erdungssystems
Die Auswahl und Installation des richtigen Erdungssystems für Ihre Photovoltaikanlage ist ein wichtiger Schritt in der Planungs- und Installationsphase. Laut DIN 18014 ist es erforderlich, bei Neubauten in Deutschland mit Photovoltaik-Aufdachanlagen, die kein integriertes Blitzschutzsystem besitzen, einen Fundamenterder zu installieren. Dies dient der Sicherheit der Anlage. Die DIN 18014 regelt die Ausführung und Installation von Fundamenterdern und bildet die Grundlage für die Planung von Erdungsanlagen. Es ist daher wichtig, dass Nutzer und Installateur diese Normen verstehen und befolgen.
Fundamenterder müssen von mindestens 5 cm Beton umgeben sein, um Korrosion vorzubeugen und eine langfristige Verbindung mit dem Erdreich sicherzustellen. Sie werden entweder direkt in Beton eingebettet oder als Ringerder umgesetzt, wenn eine leitende Verbindung zum Erdreich durch die Bauweise, wie eine Perimeterdämmung oder “Weiße Wanne”, nicht gegeben ist. Es ist daher wichtig, die spezifischen Bedingungen der Anlage und des Standorts zu berücksichtigen, um das am besten geeignete Erdungssystem zu wählen.
Typen von Erdungssystemen
Es gibt verschiedene Typen von Erdungssystemen, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Anwendungsbereiche haben. Ein Tiefenerder (Typ A) ist ein Erder, der generell senkrecht in größere Tiefen eingebracht wird und aus Rund- oder anderem Profilmaterial bestehen kann. Ein Oberflächenerder wird meist in geringer Tiefe bis etwa 1 Meter eingebracht und kommt bei gut leitenden Bodenschichten an der Oberfläche zum Einsatz.
Ein Ringerder bildet einen geschlossenen Ring um eine bauliche Anlage, der unterhalb oder auf der Erdoberfläche verlegt wird. Der Fundamenterder besteht aus einem oder mehreren Leitern, die in Beton eingebettet sind und eine große Berührungsfläche mit der Erde aufweisen. Jeder dieser Typen hat seine eigenen Vor- und Nachteile und kann je nach den spezifischen Bedingungen der PV-Anlage und des Standorts geeignet sein.
Fachgerechte Installation
Eine professionelle Installation von Erdungssystemen setzt eine sorgfältige Planung und intensive Bauüberwachung voraus. Die fachgerechte Installation von Erdungsanlagen erfolgt in Übereinstimmung mit den Richtlinien der DIN 18014, DIN EN 62305-3 und VDE 0101. Es ist daher wichtig, dass der Installateur diese Normen versteht und einhält.
Für die Konstruktion einer Erdungsanlage ist die Berücksichtigung der speziellen Bodenverhältnisse und der zu erwartenden Fehlerströme unerlässlich. Die Dokumentation der Erdungsanlage sollte das Ergebnis der Durchgangsmessung, Ausführungspläne und Fotografien der Anlage umfassen. Darüber hinaus muss die richtige Installation einer Erdungsanlage die Bauweise und spezielle Abdichtungsvarianten des Gebäudes, insbesondere bei Perimeterdämmungen, einbeziehen.
Durch die Einhaltung dieser Richtlinien und Best Practices können Nutzer sicherstellen, dass das Erdungssystem effektiv, sicher und konform installiert wird.
Integration des Potentialausgleichs in PV-Anlagen
Der Potentialausgleich in PV-Anlagen ist ein weiterer wichtiger Aspekt, der bei der Planung und Installation einer Anlage berücksichtigt werden muss. Die gesetzliche Vorschrift zur Ausführung des Potentialausgleichs stützt seine wesentliche Rolle beim Personenschutz und dem Schutz der PV-Anlage selbst. Der Potentialausgleich sichert gleiche elektrische Potenziale aller leitfähigen Teile der PV-Anlage, um Schäden durch Potenzialunterschiede und Stromschläge zu verhindern.
Der Potentialausgleich ist ein System von leitfähigen Verbindungen und Erdungselektroden zum Ausgleich der elektrischen Potenziale zwischen den PV-Anlagenkomponenten. Eine fachgerechte Umsetzung des Potentialausgleichs hat folgende Vorteile:
- Minimiert das Risiko elektrischer Schläge
- Schützt die Anlage vor potenziellen Überspannungen
- Entspricht den Anforderungen der DIN Normen
- Beeinflusst die Absicherung der PV-Anlage durch Versicherungen positiv.
Funktion und Bedeutung des Potentialausgleichs
Der Potentialausgleich verbindet alle leitfähigen Gehäuse elektrischer Betriebsmittel mit der Haupterdungsschiene und dient dem Schutz gegen elektrischen Schlag. Er wird auch als Schutzpotenzialausgleichsleiter oder Schutzerder bezeichnet und kann gefährliche Berührungsströme sicher zur Erde ableiten.
Zur Vermeidung elektrischer Potentialdifferenzen müssen alle geerdeten Installationen eines Gebäudes, einschließlich der PV-Anlage, gemäß DIN Norm elektrisch miteinander verbunden sein. Ein Schutzleiter-Querschnitt von 6 mm² ist ausreichend für den Potentialausgleich innerhalb der elektrotechnischen Anlage, für Überstromfunktionen wie zum Blitzschutz ist allerdings ein Leitungsquerschnitt von mindestens 16 mm² erforderlich.
Im Schadensfall, wie bei blankliegenden DC-Leitungen, ermöglicht der Potentialausgleich, dass die Isolationsüberwachung des Wechselrichters den Fehler erkennen und die Anlage trennen kann.
Anbindung an die Haupterdungsschiene
Alle leitfähigen Teile einer PV-Anlage müssen mit der Hauptpotentialausgleichsschiene verbunden werden, um Fehlerströme oder Überspannungen sicher in die Erde ableiten zu können. Die Gestelle von PV-Anlagen müssen immer direkt mit der Haupterdungsschiene des Gebäudes verbunden sein; einzelne Teile der Anlagen, falls separat, sind ebenfalls anzuschließen.
Es gibt drei zulässige Varianten für die Anbindung an den Schutzpotentialausgleich:
- Direkte Verbindung
- Anbindung über einen Erdungsstab mit zusätzlicher Anbindung an den Schutzpotentialausgleich
- Anbindung über einen Erdungsstab ohne zusätzliche Anbindung an den Schutzpotentialausgleich
Module der Schutzklasse II dürfen gemäß Herstellererklärung mit den Varianten (B) und (C) an den Schutzpotentialausgleich angeschlossen werden. Schutzpotenzialausgleichsleiter müssen mindestens einen Querschnitt von 6 mm² Kupfer oder 16 mm² Aluminium aufweisen.
Empfohlen wird die Verwendung von Schutzpotentialausgleichsleitungen in grün-gelb; der Mindestquerschnitt soll 6 mm² Kupfer betragen, wobei 16 mm² Kupfer besonders empfohlen wird. Die sternförmige Anbindung der Komponenten einer PV-Anlage unterstützt die effektive Ableitung von Überspannungen und verhindert das Entstehen großer Induktionsschleifen.
Blitzschutz für PV-Anlagen: Mehr als nur Erdung
Blitzschutz für PV-Anlagen ist ein weiterer wichtiger Aspekt, der bei der Planung und Installation Ihrer Anlage berücksichtigt werden muss. Blitzschutzsysteme haben laut VDE 0185-305-3 die Aufgabe, Blitzstrom in die Erde einzuleiten und Potentialunterschiede zu minimieren, um PV-Anlagen vor Blitzeinschlägen und Überspannungen zu schützen.
Die Komponenten des äußeren Blitzschutzes bestehen aus vertikalen Metallstangen, Metallleitungen und Erdleitungen und dienen dazu, direkte Blitzeinschläge zu verhindern und den Blitzstrom sicher in den Boden abzuleiten.
Der innere Blitzschutz schützt elektrische und elektronische Geräte innerhalb der PV-Anlage vor Überspannungen durch den Einsatz von Überspannungsableitern. Die Planung und Installation eines Blitzschutzsystems sollte bereits mit der Planung der PV-Anlage einhergehen und durch Fachpersonal erfolgen, um die Effektivität und Richtlinienkonformität zu gewährleisten.
Notwendigkeit eines umfassenden Blitzschutzes
Ein umfassender Blitzschutz ist notwendig, um PV-Anlagen und verbundene Gebäude vor Schäden durch Unwetter zu schützen und die Sicherheit zu gewährleisten. Photovoltaikanlagen müssen sowohl ein äußeres Blitzschutzsystem zur Abschirmung vor direkten Blitzeinschlägen als auch interne Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Überspannungen umfassen. Ohne adäquaten Blitzschutz können Blitzeinschläge zu irreparablen Schäden an der elektrischen und elektronischen Installation eines Hauses führen.
Die steigende Bedeutung von Photovoltaikanlagen verdeutlicht die Notwendigkeit eines wirksamen Blitzschutzes, um die Anlagen selbst und die verbundenen Gebäude vor Schäden durch Unwetter und dem damit verbundenen Blitzschlagrisiko zu schützen. Direkte Blitzeinschläge können nicht nur die PV Module, sondern auch die gesamte Struktur der betroffenen Gebäuden beeinträchtigen und schwere Schäden nach sich ziehen. Daher ist es wichtig, in Photovoltaik Anlagen zu investieren, die über einen angemessenen Blitzschutz verfügen.
Bei der Installation von Photovoltaikanlagen, auch bekannt als Solarstromanlagen, muss darauf geachtet werden, dass bestehende Blitzschutzsysteme nicht negativ beeinflusst werden und die Anlage sich korrekt in das System einfügt.
Komponenten des Blitzschutzes
Der äußere Blitzschutz, auch bekannt als äußere Blitzschutzanlage, zielt darauf ab, direkte Blitzeinschläge abzuleiten und so die Blitzenergie sicher zur Erde zu führen. Der innere Blitzschutz, auch als Überspannungsschutz bezeichnet, schützt vor indirekten Blitzeinwirkungen durch den Einsatz von Überspannungsschutzgeräten und Varistoren, um die maximale Spannung auch bei Blitzschlag zu begrenzen.
Zur konkreten Absicherung einer PV-Anlage werden Überspannungsschutzgeräte Typ 1 als Blitzstrom-Ableiter genutzt, die nach dem Wechselrichter platziert sind, sowie Typ 2 Geräte, die gegen Blitzüberspannungen aus Fern- und Nahblitzeinschlägen sowie Schaltüberspannungen schützen. Qualifizierte Blitzschutz-Fachkräfte sollten sowohl die Planung als auch die Implementierung des Blitzschutzes übernehmen, wobei ein spezieller Blitzschutz-Potentialausgleich einzurichten ist, falls die Solaranlage über eine Blitzschutzanlage verfügt.
Zusätzlich zu den üblichen Schutzmaßnahmen sollen Signal- und Kommunikationskreise in PV-Systemen nach Beiblatt 5 zur DIN EN 62305-3 mit Überspannungsschutzeinrichtungen ausgestattet werden, um Induktionsschäden durch nahe Blitzschläge zu vermeiden.
Praktische Tipps zur Verkabelung und Leitungsführung
Die korrekte Verkabelung und Leitungsführung ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Planung und Installation einer Photovoltaikanlage. Solarkabel für PV-Anlagen müssen die Anforderungen der Norm EN 50618 erfüllen. Zur Minimierung von Gefährdungen müssen Kabel und Leitungen so verlegt werden, dass das Risiko von Erdschlüssen oder Kurzschlüssen reduziert wird und dadurch die Leistung der PV-Anlage und die Sicherheit gewährleistet sind.
Bei der physischen Installation und Verlegung von Kabeln sind folgende Punkte zu beachten:
- Scharfe Kanten sind zu vermeiden
- Biegeradien und Befestigungsabstände sind einzuhalten
- Schutz durch Kabelrinnen sowie UV-beständige Kabelmaterialien ist zu gewährleisten
Die korrekte Installation von Solarkabeln sollte von einem qualifizierten PV-Elektriker oder Solarteur ausgeführt werden.
Kabelauswahl und -dimensionierung
Die Auswahl und Dimensionierung der richtigen Kabel für Ihre Photovoltaikanlage ist ein wichtiger Schritt, um eine sichere und effiziente Stromübertragung zu gewährleisten. Die Kabelstärke, also der Durchmesser des Leiterquerschnitts, ist entscheidend für eine sichere und effiziente Stromübertragung. Eine nicht korrekt dimensionierte Kabelstärke kann zu erhöhtem Widerstand im Stromfluss führen, was Energieverluste und eine reduzierte Gesamtleistung der PV-Anlage verursacht.
Solarkabel müssen der Norm EN 50618 entsprechen, die Anforderungen an Widerstandsfähigkeit und Sicherheit für die Verbindung von Solarmodulen und Wechselrichtern stellt. Der Kabelquerschnitt muss in Hinsicht auf die maximale Stromstärke, die durch die Kabel fließt, gewählt werden, um Überhitzung und Energieverlust effektiv zu vermeiden. Solarmodule sind ein wichtiger Bestandteil dieses Systems.
Verlegung der Kabel
Die Installation von elektrischen Anlagen, was die Verlegung von Kabeln einschließt, ist eine meisterpflichtige Tätigkeit und darf nur von eingetragenen Elektrofachfirmen durchgeführt werden, um die Sicherheit zu gewährleisten und den Versicherungsschutz nicht zu gefährden. Die DIN VDE 0100-520 legt fest, dass bei der gemeinsamen Verlegung von mehreren Stromkreisen in einem Kabelkanal alle Leiter für die höchste vorkommende Nennspannung isoliert sein müssen.
Bei der Kabelverlegung muss auf die Vermeidung von scharfkantigen Stellen und die Einhaltung der maximal zulässigen Biegeradien sowie Befestigungsabstände geachtet werden, um Schäden und vorzeitige Materialermüdung zu verhindern. Die Kabelverlegung sollte so geplant und ausgeführt werden, dass Wartungsarbeiten an der PV-Anlage ohne großen Aufwand möglich sind und Kabel nicht unnötig bewegt oder beschädigt werden müssen, um die Langlebigkeit des Systems zu fördern.
Versicherung und Nachweis der Erdung
Die Versicherung und der Nachweis der Erdung sind weitere wichtige Aspekte, die bei der Planung und Installation Ihrer Photovoltaikanlage berücksichtigt werden sollten. Versicherer können das Vorhandensein einer Erdung für Photovoltaikanlagen fordern und nicht konforme Anlagen können höhere Versicherungsprämien oder einen Ausschluss des Versicherungsschutzes zur Folge haben. Bestehen spezifische Haftungsausschlüsse bei Fehlen eines Blitzschutzes, kann dies den Versicherungsschutz beeinträchtigen und die Versicherungsschäden bei einem Blitzeinschlag erhöhen.
Laut DIN VDE 0100-443/-534 ist seit 2016 die Installation eines Überspannungsschutzes für Hausanlagen verpflichtend, was auch auf PV-Anlagen anzuwenden ist. Einige Versicherungen verlangen explizit den Nachweis eines Blitzschutzsystems, um den Versicherungsschutz für die Photovoltaikanlage zu gewährleisten. Es ist daher wichtig, dass Nutzer sicherstellen, dass ihre Anlage korrekt geerdet ist und einen wirksamen Blitzschutz aufweist, um ihren Versicherungsschutz nicht zu gefährden.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die ordnungsgemäße Erdung und der Blitzschutz für Photovoltaikanlagen entscheidend sind, um die Sicherheit und Leistung Ihrer Anlage zu gewährleisten. Obwohl es viele Aspekte zu berücksichtigen gibt, von der Auswahl und Installation des richtigen Erdungssystems über die Integration des Potentialausgleichs bis hin zur Versicherung und zum Nachweis der Erdung, sind diese Schritte unerlässlich, um die bestmögliche Leistung aus einer Anlage zu erzielen und die Sicherheit zu gewährleisten.
Ist eine Erdung bei PV-Anlagen Pflicht?
Ja, eine ordnungsgemäß errichtete PV-Anlage muss über eine äußere Erdung oder ein Blitzschutzsystem verfügen, um die Geräte vor Blitzschlag-Überspannungen zu schützen.
Welcher Querschnitt für Erdung PV-Anlage?
Der Querschnitt für die Erdung einer PV-Anlage sollte mindestens 6mm² Kupfer gemäß DIN VDE 0100-540 / IEC 60364-5-54 sein. Erdungs-Systeme müssen außerdem nach DIN 18014 ausgeführt und dokumentiert werden.
Wo PV-Anlage Erden?
Es ist wichtig, PV-Module zu erden, indem man die Gestelle der PV-Anlage mit der Haupterdungsschiene des Gebäudes verbindet, um die statische Elektrizität bei einem Blitzeinschlag abzuleiten.
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