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Dieser Sommer hat es wieder gezeigt: Binnen weniger Stunden waren Regionen um München, in Schwaben, Köln oder Berlin unter schwarzen Wolken verschwunden. Donner und Blitze krachten in die Gebäude, unzählige Male rückten die Feuerwehren aus. Denn die Hitze erhöhte die Energie in der Atmosphäre. Die Folge: An den Gewitterwolken bildeten sich enorme Potenziale aus, die sich als Blitz zur Erde entluden. Wie wahrscheinlich ein Einschlag ist, zeigt die Karte der Schadensversicherer, in der die Erdblitzdichte dargestellt ist. Für Gebäude lässt sich der Blitzeinschlag mit geeigneten Methoden aus der VDE 0185-305-2 (Risikomanagement) abschätzen.
Jedes Gebäude wird nicht nur von den Blitzen getroffen, die auf seiner Grundfläche einschlagen. Je höher es ist, desto mehr zieht es Blitze an, die eigentlich außerhalb zur Erde gegangen wären. Also werden hohe Bauten häufiger getroffen als niedrigere. Freistehende Gebäude sind besonders exponiert.
Obwohl der Blitzschutz mit Fangstangen für Einfamilienhäuser nicht vorgeschrieben ist, gehört er aufs Dach, spätestens wenn eine Photovoltaikanlage montiert wird. Für öffentliche und Betriebsgebäude ist Blitzschutz gesetzlich in den Landesbauordnungen vorgeschrieben. Wird dort Photovoltaik installiert, muss das Schutzkonzept auf die Montagesysteme und Solarmodule angepasst werden. Andernfalls riskiert der Installateur bei einem Direkteinschlag, dass der Blitz das Dach durchschlägt. Es wird undicht, im schlimmsten Fall entsteht ein Brand. Auch kann der Blitz eine solch enorme Kraft freisetzen, dass Teile des getroffenen Daches abgeschlagen und Menschen verletzt werden. In der Regel zerstört ein Blitz auch die Elektroinstallation im Gebäude, zumindest teilweise, was erhebliche Schäden und Gefahren nach sich ziehen kann.
Unbedingt anbieten
Die Photovoltaikanlage erhöht das Risiko des Blitzeinschlages nicht, weil sie das Gebäude meist kaum überragt. Aufgrund der steigenden Gewittertätigkeit in Deutschland ist der fachkundige Schutz vor Blitzen und Überspannungen dennoch unbedingt anzubieten. Wenn der Kunde diesen Posten aus dem Angebot streicht, kann der Installateur zumindest nachweisen, dass es die Entscheidung des Kunden war. Zur Erinnerung: Der Solargenerator soll zwei oder drei Jahrzehnte stromen. Wenn der Wechselrichter zwischenzeitlich den Heldentod stirbt, weil er nicht gegen Überspannungen abgesichert wurde, kann das erheblich ins Geld gehen.
Denn Schäden an Photovoltaikgeneratoren verursachen immer vor allem eins: Kosten und Ärger. Die Amortisationszeit der Anlage verlängert sich. Deshalb ist schon bei der Planung zu klären, wie die Anlage nebst Gebäude in den Blitzschutz einbezogen werden kann. Manche Versicherungen schreiben den Blitzschutz vor, im Kleingedruckten. In einigen Regionen gelten gesonderte Regelungen, niedergelegt in der Landesbauordnung.
Überspannungen im Keller
Zusätzlich zu den Fangstangen und Blitzableitern sollten die Sonnengeneratoren mit Überspannungsableitern ausgestattet werden. Sie schützen die Anlage vor Spannungen, die beispielsweise durch den Keller ins Gebäude und seine Verkabelung – und damit auch in den Wechselrichter – kriechen können. Wichtig für den Schutz vor (äußeren) Blitzen ist es, die enormen Ströme aus dem Himmel möglichst schnell in die Erde abzuleiten.
Da die Berechnung der Blitzschutzanlage sehr aufwendig geraten kann, sollte jeder Installationsbetrieb eine Blitzschutzfachkraft nach DIN VDE 0185-305 haben oder als Partner bei der Planung und Installation einer Anlage konsultieren.
Ein wichtiges Kriterium ist der Mindestabstand, auch als Trennungsabstand bezeichnet. Er muss groß genug sein, damit der Blitz beim Einschlag nicht auf die Solarmodule, die Rahmen, die Montageschienen oder die Stringverkabelung überspringt. Der Blitz soll über die Fangstangen abgeleitet werden, nicht über die Generatorhauptleitung. Manchmal muss man die Fangstangen oder Fangspitzen sehr dicht stellen, damit die Solaranlage unberührt bleibt. Dann befindet sich der Generator im Schutzbereich der äußeren Blitzschutzanlage. Sowohl auf der Gleichstromseite als auch auf der Wechselstromseite des Wechselrichters verwendet man Überspannungsableiter vom Typ 2.
Spezielle Konzepte für Metalldächer
Bei Metalldächern ist ein solcher teilisolierter Blitzschutz nicht möglich. Dann wird das Solarfeld direkt mit der äußeren Blitzschutzanlage elektrisch leitend verbunden, nimmt also selbst Teilströme des Blitzes auf. Die ins Gebäude gehenden, mit Blitzstrom behafteten Strangleitungen werden durch Blitzstromableiter vom Typ 1 geschützt.
Eine geschirmte Leitungsverlegung (Schirmung mit mehr als 16 Quadratmillimeter Kupfer) an der Außenfassade ist in der Regel technisch einfacher und kostengünstiger realisierbar. Metallrohre oder Rinnen, in denen die Stringleitungen laufen, werden auf dem Dach am Montagegestell und beim Erdungssystem auf Erdniveau elektrisch angeschlossen. Für anspruchsvollere Konzepte sollte man Partnerfirmen in Anspruch nehmen, die beispielsweise im Verband Deutscher Blitzschutzfirmen vereint sind.
Dort sind zahlreiche fehlerhafte Schutzkonzepte für Solargeneratoren aktenkundig, auch der TÜV weiß davon ein Lied zu singen. Neben zerstörten Wechselrichtern und ausgeglühter Verkabelung kann fehlender oder unsachgemäßer Blitzschutz noch viel gravierendere Folgen haben, etwa den kompletten Rückbau des Sonnengenerators auf öffentlichen Gebäuden. Der Verband bietet zudem ein Montagehandbuch für Blitzschutz an.
Auch der Bundesverband Solarwirtschaft hat ein Merkblatt zum fachgerechten Blitzschutz erstellt, das kostenfrei auf der Website geladen werden kann. Im Zweifelsfall sollte schon bei der Anlagenplanung ein spezialisierter Fachbetrieb für den Schutz gegen Blitz und Überspannungen konsultiert werden.
Normung
Neues Beiblatt 5 der DIN 62305-3
Im Jahr 2009 wurde von Experten der Solarbranche und Fachleuten für Blitzschutz das Beiblatt 5 der DIN 62305-3 erstellt. Bis zu diesem Jahr wurde es von der DKE umfassend überarbeitet. Die neue Fassung wurde im Februar 2014 veröffentlicht und ist damit gültig. Darin beschrieben sind die erforderlichen Maßnahmen zum inneren und äußeren Blitzschutz, zum Überspannungsschutz, zur Verlegung der Kabel und Leitungen sowie ihre Schirmung sowie zur Erdung und zum Potentialausgleich für den Blitzschutz. Zwischenzeitlich wurden auch weitere Normen und Vorschriften modernisiert:
- EN 62305 Edition 2 (Blitzschutznorm),
- DIN EN 62561 (Blitzschutzsystembauteile, auch VDE 9185-561),
- EN 50539-11 (Produktnorm für Schutzsysteme),
- DIN CLC TS 50539-12 (VDE V 0675-39-12),
- VDE 0100-443 (Schutzsysteme in Niederspannungsanlagen),
- VDE 0100-534 (Auswahl und Installation von Schutzsystemen),
- VDE 0100-712 (PV-Stromversorgungssysteme).
Die Schadensversicherer bieten eine eigene Richtlinie zum Blitz- und Überspannungsschutz an.
Phoenix Contact
Neues Labor eröffnet
Ende Mai 2014 hat Phoenix Contact in Blomberg im Bundesland Nordrhein-Westfalen ein neues Forschungszentrum für Überspannungsschutz eröffnet. Dort werden beispielsweise neuartige, auf Funkstrecken basierende Ableiter für den Blitzschutz entwickelt.
Architekt Florian Brandstetter überreichte symbolisch den Schlüssel für den rund 8.000 Quadratmeter großen Gebäudekomplex an Martin Wetter, Geschäftsbereichsleiter für Überspannungsschutz bei Phoenix Contact. Das neue Gebäude vereint Hochspannungs- und Hochstromlabore mit Büros für Entwicklung, Konstruktion und Marketing des Geschäftsbereichs unter einem Dach.
Der rund 1.000 Quadratmeter große Laborbereich ist speziell auf die technologischen und sicherheitstechnischen Anforderungen der Prüftechnik zugeschnitten. Er erfüllt nahezu alle international standardisierten Anforderungen der etablierten Zertifizierungsstellen.
Euclid-Projekt
Vier Millionen Blitze im Jahr
Um die Gefahr von Blitzschlag zu ermitteln, wurde europaweit ein Netz von Messstellen installiert. Die Daten werden bei der Europäischen Kommission für Blitzerkennung (Euclid) gesammelt. Die Sensoren der deutschen Messstationen stammen von Siemens, das ein spezielles Detektionssystem (Blids) entwickelt hat.
Zwischen 2006 und 2012 zuckten rund vier Millionen Blitze im Jahr über Europa. Am meisten krachte es im Dreiländereck von Österreich, Italien und Slowenien. Pro Quadratmeter schlugen dort sieben Blitze im Jahr ein.
Weltweit schlagen nach Angaben der Nasa 46 Blitze pro Sekunde ein. Die Amerikaner nutzen Satelliten, um die Häufigkeit zu ermitteln. Solche Systeme sollen ausgebaut werden. Für 2015 und 2018 sind die Starts eines US-amerikanischen und eines europäischen Satelliten für die Blitzerfassung geplant. Auch soll 2016 ein Blitzsensor an der internationalen Raumstation ISS montiert werden.
Schutz von Solarparks
Fläche erhöht das Risiko
Je größer ein Solarpark ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Blitz einschlägt. Das hat etwas mit der Blitzdichte auf der Erdoberfläche zu tun. Deshalb ist kluge Planung unerlässlich. Denn die Anlagen auf der freien Fläche können sich in der Regel nicht auf ein vorhandenes System zum Blitzschutz stützen. Es muss in jedem Fall aufgebaut werden. Aufgrund der großen Solarflächen summiert sich der Kabelbedarf, hinzu kommen Fangmasten, Erder, Grabungsarbeiten für erdverlegte Kabel und die Vermaschung der Fundamente zum Potenzialausgleich.
Die Module werden im Schutzbereich einer getrennten Fangeinrichtung angeordnet: mit Fangstangen. Zwischen den Stangen und den Gestellen für die Solarmodule sind die Schutzabstände genau einzuhalten.
Anschlussfahnen verbinden die Ableitungen mit der Erdungsanlage. Die Erdungsanlage wird als Ringerder (mindestens einen halben Meter tief) mit Maschen von 20 mal 20 Metern ausgeführt. Die metallischen Gestelle der Module werden alle zehn Meter an die Erdungsleitungen angebunden. Das Betriebsgebäude wird mit Fundamenterdern nach DIN 18014 abgesichert. Die Erdung der Modulanlage und des Betriebsgebäudes sind miteinander über Leitungen aus Bandstahl verbunden.
Eine Faustformel besagt, dass rund 2,5 Prozent der Gesamtinvestition für einen Solarpark auf den Schutz gegen Blitzeinschlag und Überspannungen entfallen.
Blids-Statistik
Coburg war 2013 Spitzenreiter
Die Siemens AG hat das erste Blitze-Ranking für Deutschland veröffentlicht. Demnach registrierten die Messstellen des Siemens-Systems (Blids) mehr als eine halbe Million Einschläge zwischen Nordsee und Alpen. Das oberfränkische Coburg war 2013 die Hauptstadt der Blitze. Dort ermittelten die Sensoren im vergangenen Jahr 6,39 Blitze pro Quadratkilometer. Sehr wenig blitzte es im Landkreis Limburg-Weilburg: nur 0,17 Einschläge pro Quadratkilometer.
Hinter Coburg landete der ehemalige Landkreis Löbau-Zittau (jetzt Görlitz) in Sachsen mit 5,89 Einschlägen pro Quadratkilometer, dahinter folgten Kempten im Allgäu mit 5,24 Blitzen und Mülheim an der Ruhr mit durchschnittlich 5,14 Blitzen pro Quadratkilometer. 2013 maß Blids in Deutschland insgesamt 542.376 Blitzeinschläge. 2012 war Memmingen der Spitzenreiter mit 7,4 Blitzen pro Quadratkilometer, 2011 Neubrandenburg mit 6,3 Blitzen.
Prinzipiell gilt: Im Süden Deutschlands gibt es mehr Blitze als im Norden. Das hängt von den jeweiligen Temperaturen und der Großwetterlage ab. Genau vorhersagen lassen sich Blitze nicht.
Dehn & Söhne
Zahlreiche Neuheiten vorgestellt
Der Kombiableiter Dehn Combo YPV SCI schutzt Solargeneratoren vor Uberspannungen durch Blitzbeeinflussung. In nur einem Gerat vereint das Schutzgerat Blitzstromableiter Typ 1 und Uberspannungsableiter Typ 2 und beinhaltet gleichzeitig die bewahrte Y-Schaltung mit der patentierten SCI-Technologie, und das alles auf kleinstem Raum. Dehn Combo YPV SCI ist auf die Anforderungen der neuen Technischen Cenelec-Spezifikation CLC/TS 50539-12 sowie auf die Vorgaben des Beiblatts 5 der DIN EN 62305-3 zugeschnitten.
Er ist der kompakte, blitzstromtragfahige Kombiableiter fur die DC-Seite von Photovoltaiksystemen, der vorsicherungsfrei bis zu einem Kurzschlussstrom von 1.000 Ampere sowohl in Klein- als auch in Großanlagen eingesetzt wird. Er ist fur Spannungen von 600 Volt, 1.000 und 1.500 Volt erhältlich. Der Dehn Combo verfugt uber einen Gesamtableitstoßstrom von 12,5 Kiloampere (10/350 Mikrosekunden) und hat einen niedrigen Schutzpegel, sodass auch eine Koordination zu Endgeraten sichergestellt ist.
Dehn & Söhne
Freistehende Fangeinrichtung mit hochspannungsfester Leitung
Mit freistehenden Fangeinrichtungen und dem HVI-System bietet Dehn individuell anpassbare Blitzschutzsysteme. Auf Grund der Fangmasthöhen bis 7,5 Meter sind große Schutzbereiche möglich, die sich über die komplette Dachfläche erstrecken können. Bei korrekter Dimensionierung benötigen nachträglich installierte Dachaufbauten keine weiteren Maßnahmen zum Blitzschutz. Die Gefahr unkontrollierter Überschläge von Fangeinrichtungen und Ableitungen zu geerdeten metallenen Gebäudeinstallationen wird durch die gezielte Blitzstromführung in einer hochspannungsfesten isolierten Leitung unterbunden: mit der patentierten HVI-Leitung. Die Auslegung des freistehenden Systems erfolgt unter Berücksichtigung der zu erwartenden Windlast und ist individuell konfigurierbar.
Freistehende HVI-Systeme bestehen aus einem isolierten Stützrohr in Kombination mit Drei- oder Vierbeinstativ sowie der HVI-Leitung. Bei der Auswahl der hochspannungsfesten isolierten Leitung ist der Trennungsabstand entscheidend. Somit werden diese neuen Systeme sowohl mit HVI-Power-Leitung als auch mit HVI-Leitung konfiguriert. Mit der Power-Leitung wird ein äquivalenter Trennungsabstand (Feststoff) von unter 180 Zentimetern realisiert. Diese Leitung ist mit 200 Kiloampere (10/350 Mikrosekunden) geprüft und für den Einsatz in Blitzschutzklasse I, II, III sowie IV geeignet. Im Gegensatz zur HVI-Power- ist die HVI-Leitung mit 150 Kiloampere (10/350 Mikrosekunden) geprüft und somit geeignet für die Blitzschutzklassen II, III und IV. Hier ist ein äquivalenter Trennungsabstand (Feststoff) von weniger als 150 Zentimeter möglich.
Durch die neuartigen Drei- und Vierbeinstative mit seitlicher Leitungsführung wird eine einfache und zeitsparende Montage des Stützrohres sowie der im Stützrohr liegenden Leitung erreicht. Der erforderliche Anschluss an den Potenzialausgleich, welcher die Funktionalität der hochspannungsfesten isolierten Leitung sicherstellt, erfolgt über Stützrohr und Stativ. Das Stativ ist hierfür an den Gebäudepotenzialausgleich anzuschließen.
Bei der Errichtung eines freistehenden HVI-Systems spielt vor allem die Windlast eine große Rolle. Bei dieser Art von Fangeinrichtung ist neben der Materialdimensionierung auch das Kippmoment wichtig, das sich aus Standfläche und Sockelgewicht ergibt. Eine Auslegung entsprechend den Windlastforderungen erfolgt nach DIN EN 1991-1-4/NA (Eurocode 1 Teil 1-4/NA).
https://www.dehn.de/de/produkte/blitzschutz-erdung/hvi-blitzschutz/trennungsabstand
Gefährdung durch Blitzeinschlag in Deutschland, gemessen durch die Siemens-Sensoren (Blids).
Überspannungsschutz im Generatoranschlusskasten: Der sorgfältige Schutz der DC-Kreise sichert die Investition und ermöglicht den zuverlässigen Betrieb des Solargenerators.
