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Blitz- und Überspannungsschutz von PV-Kraftwerken

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Eingestellt 22, Apr 2014 in Photovoltaik von Wolfgang Wegmann (36 Punkte)

Bei den Blitz- und Überspannungsschutzmaßnahmen für PV-Anlagen sind einige Besonderheiten zu beachten. Aus diesem Grunde wurden bereits 2009 die zusätzlichen Informationen für den Blitzschutz von Gebäuden mit PV-Stromversorgungssystemen in DIN 62305-3 Beiblatt 5 „Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme“ zusammengefasst. Zwischenzeitlich wurde eine aktualisierte Ausgabe des Beiblatts 5 der EN 62305-3 erarbeitet, die im Februar 2014 veröffentlicht worden ist. Neu formuliert wurde der Anhang D zum Blitz- und Überspannungsschutz von PV-Freiflächenanlagen. Im aktuellen Beiblatt 5 wird nicht mehr ausschließlich das Erdungssystem von PV-Freiflächenanlagen behandelt, sondern es sind auch Aussagen zur Blitzstromverteilung und -belastung der Verkabelung in Freiflächenanlagen enthalten.  


Erdungssystem bei PV-Freiflächenanlagen

Eine Erdungsanlage mit geringer lmpedanz verringert die Potentialdifferenz zwischen den baulichen Anlagen und damit die Störeinkopplung in die elektrischen Verbindungen. Dieses grundsätzliche Schutzziel ist auch im aktuellen Beiblatt 5 beibehalten worden. Es wird weiterhin ein niedriger Erdungswiderstand von <10 Ohm empfohlen. Die einzelnen Erdungsanlagen von Betriebsgebäude und PV-Modulfeld sollen miteinander verbunden werden, um durch ein vermaschtes Erdungssystem möglichst eine ideale „Äquipotentialfläche“ zu erhalten. Präzisiert wurden die Empfehlungen wie dieses Erdungssystem realisiert werden kann. Es war in der Ausgabe von 2009 bereits beschrieben, dass Schraubfundamente als Erder verwendet werden können, wenn die Wanddicke die Vorgaben der Tabelle 7 in EN 62305-3 erfüllt. In der Vorgängernorm war bereits festgelegt, dass bei der Verwendung von Schraubfundamenten als Einzelfundament die Mindesterderlänge l1 nach DIN EN 62305-3 eingehalten werden sollte. Neu wurde nun der Hinweis aufgenommen, dass bei Modulgestellen mit Schraub- oder Rammfundamenten, die miteinander dauerhaft und blitzstromtragfähig verbunden sind, die im Erdreich wirksamen Einzellängen von < 2,5m addiert werden können um die Vorgaben an die Mindesterderlänge nach EN 62305-1 zu erfüllen. Die Blitzstromtragfähigkeit der Anbindung ist durch eine Prüfung nach DIN EN 62561-1 nachzuweisen. Eingefügt wurde der Hinweis, dass metallene Modultische mit Schraub- oder Rammfundamenten, die den beschriebenen Vorgaben entsprechen, als Teil der Erdungsanlage genutzt werden können.
Erweitert wurden auch die Aussagen zur Verwendung von Streifenfundamenten als Teil der Erdungsanlage. Streifenfundamente bei PV-Anlagen entsprechen in der Regel nicht den baulichen Eigenschaften von Streifenfundamenten, wie sie bei Gebäuden verwendet werden. Deshalb wurde ausgeführt, dass solche Streifenfundamente im Vergleich zu Ramm- oder Schraubfundamenten eine reduzierte Erderwirkung aufweisen. Deshalb wird eine zusätzliche Erdungsanlage empfohlen. Die metallenen Modulgestelle sind blitzstromtragfähig an die Erdungsanlage anzubinden.

 
Blitzstromverteilung und Belastung der SPDs bei PV-Freiflächenanlagen

Ergänzt wird in ein Abschnitt D.3 zur Blitzstromverteilung und Belastung der SPDs bei PV- Freiflächenanlagen. Die Aussagen in Beiblatt 5 basieren auf Computersimulationen zur Blitzstromverteilung  einer Freiflächenanlage, wie sie in EN 62305-4 Beiblatt 1 beschrieben sind. Beiblatt 5 beschreibt die Parameter, die die Blitzstromverteilung beeinflussen.

  • Blitzschutzklasse - Bei PV-Freiflächenanlage wird  üblicherweise  LPL III zugrunde gelegt.
  • Spezifischer Erdungswiderstand  Ausführung der DC-Verkabelung - Beiblatt 5, betrachtet  nur Zentralwechselrichter 
  • Vermaschung und Maschenweite des Erdungssystems Bei größeren Maschenweiten sind höhere Blitzteilströme über die SPDs zu erwarten.  

a. Zentralwechselrichter
EN 62305-4 Beiblatt 1 zeigt, dass ein sowohl bei relativ niedrigem als auch einem hohen spezifischen Erdungswiderstand ein Großteil des Blitzstroms direkt in die Erdungsanlage abfließt. Es fließen jedoch auch Blitzteilströme in der DC-Verkabelung, da die Annahme, dass die gesamte Fläche  der PV-Anlage als „Äquipotentialfläche“ betrachtet werden kann, in der Praxis nicht realisiert werden kann. Die energietechnische Verkabelung wirkt dabei quasi als Potentialausgleichsleiter zwischen der „lokalen“ Erde des Modulfelds in dem der direkte Blitzeinschlag erfolgte und der „fernen“ Äquipotentialfläche des Zentralwechselrichters. Die Blitzteilströme fließen also bei einer PV-Freiflächenanlage mit Zentralwechselrichter auf den DC- Leitungen zwischen den Generatoranschaltkästen und dem DC-Eingang des Zentralwechselrichters.  


b. Stringwechselrichter
PV-Freiflächenanlagen, werden auch mit Stringwechselrichtern ausgeführt. Der Unterschied zur Anlage mit Zentralwechselrichter liegt darin, dass bei Stringwechselrichtern die Blitzteilströme auf den AC-Leitungen fließen. Dementsprechend sind die Typ 1 SPDs auf der AC-Seite der Stringwechselrichter und der Niederspannungsseite des Einspeisetransformators zu installieren. Die Blitzstromverläufe weisen eine verkürzte Wellenform auf und entsprechen damit in wesentlichen den Parametern bei Zentralwechselrichtern. Auf der DC-Seite sind Typ 2 SPDs ausreichend. In Beiblatt 5 ist das Mindestableitvermögen von Typ 1 SPDs auf der DC-Seite von Zentralwechselrichtern beschrieben. Wie gezeigt, können bei Anlagen mit Stringwechselrichtern die gleichen Mindestableitwerte für die Typ 1 AC-SPDs herangezogen werden.

Hier finden Sie die vollständige Prästentation mit Abbildungen

Dipl.-Ing. Josef Birkl DEHN + SÖHNE GmbH & Co.KG. Hans-Dehn-Str. 1, Germany 92318 Neumark

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PDF herunterladen: Blitzschutz-PV_Josef Birkl.pdf

   

1 Antwort

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Beantwortet 22, Apr 2014 von Stefan Wippich (156 Punkte)
Ein Inhaltlich sehr guter und spannender Artikel. Immer wieder wird das Thema Blitz- und Überspannung in der Praxis unterschätzt. Als Sachverständige sind wir von ENVARIS für die größten deutschen Versicherer in Deutschland u.a. zu diesem Thema unterwegs. Dabei sieht man das eine oder andere und auch kuriose.

Auf unserem eigenen Firmenblog hatten wir wir vor kurzem in unserer Themenreihe ENVARIS fragt nach, eine Interview zum Thema Blitz und Überspannung mit Rainer Kohlenberg von der Manheimer Versicherung geführt. Alle die es interessiert, finden das Interview unter folgendem Link:

http://blog.envaris.de/allgemein/blitz-und-uberspannung-mit-rainer-kohlenberg/
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