Wie wichtig ist der Schutz gegen Blitze und Überspannungen in Photovoltaikanlagen?
Zafiris Politis: Um große Solaranlagen zu planenund aufzubauen, nehmen die Investoren sehr viel Geld in die Hand. Es geht darum, möglichst viel und möglichst lange grünen Strom zu erzeugen. Dadurch wird die Investition in einem überschaubaren Zeitraum refinanziert und der Gewinn maximiert. Der richtige Blitzschutz ist unerlässlich, um diese Investition abzusichern. Er minimiert die Risiken, zumal ein Solarpark eine langfristige Investition darstellt.
Worin liegen die technischen Herausforderungen für korrekten Blitzschutz?
Ein Solarpark mit einem Megawatt Leistung bedeckt eine Fläche von einem halben Quadratkilometer oder mehr. Diese Fläche ist durch die metallischen Gestelle, die Modulrahmen und die Elektrik einer sehr großen Gefahr durch Blitzeinschläge ausgesetzt. Vor allem die Elektronik in den Wechselrichtern ist durch die Blitzbeeinflussung gefährdet. Wenn einige Solarmodule ausfallen, sind die Auswirkungen sehr viel geringer, als bei einem Totalausfall des Zentralwechselrichters. Funktioniert dieser nicht mehr einwandfrei, wird keine Energie ins Netz eingespeist.
Gibt es Besonderheiten bei großen Anlagen?
Eine besondere Herausforderung besteht bei großen Solarparks: Sie arbeiten mit hohen Spannungen im DC-Kreis. Die Überspannungsschutzgeräte müssen für hohe DC-Betriebsspannungen ausgelegt sein und gleichzeitig die energiereichen Blitzteilströme, die im Falle eines Blitzeinschlages auch in die DC-Infrastruktur eingekoppelt werden, sicher und kanalisiert zur Erde ableiten. Während das Schutzgerät den Blitzteilstrom führt, lässt sich an seinen Anschlusspunkten kennlinienbedingt eine höhere Spannung abgreifen, die auch das zu schützende Gerät schadenfrei überstehen muss. Eine weitere technische Herausforderung ist es also, ein Überspannungsschutzgerät zu entwickeln, das selbst bei hohen Blitzströmen einen niedrigen Schutzpegel bietet. Je kleiner der Schutzpegel des Schutzgerätes, desto geringer ist die energetische Belastung des zu schützenden Systems. Somit erhöht sich die Verfügbarkeit des Gesamtsystems über den gesamten Lebenszyklus der Photovoltaikanlage.
Welche Stromstärken werden durch einen Blitz in die Anlage geleitet?
Blitze treten aus den Wolken mit bis zu 200.000 Ampere Stromstärke aus. Diese gewaltige Energie muss durch das Blitzschutzsystem abgeleitet werden, um die Belastung des DC-Kreises möglichst gering zu halten.
Wie werden solche enormen Ströme bewältigt?
Ein Teil des Blitzstromes wird über die Schutzmodule zur Erde abgeleitet, abhängig von der elektrischen Infrastruktur bis zu 25.000 Ampere. Der Stromverlauf kann mit der Kurvenform Zehn-350-Mikrosekunden beschrieben werden. Zehn Mikrosekunden dauert der Anstieg des Stroms bis zu seinem Scheitelwert. 350 Mikrosekunden beträgt die sogenannte Rückenhalbwertzeit. Das ist die Zeitspanne, bis der Strom auf 50 Prozent seines Scheitelwertes abgeklungen ist.
Wie wird das technisch gelöst?
Konventionelle Blitzstromableiter für Photovoltaikanlagen basieren auf Varistortechnik, die in der Regel epoxidharzummantelt ist. Die Schutzgeräte sind von den DC-Stromkreisen jeweils zur Erde verschaltet. Wenn die Nennspannung anliegt, verhalten sich diese Geräte aufgrund ihrer hohen Impedanz ähnlich einem Isolator. Überschreitet die angelegte Spannung einen vorher festgelegten kritischen Wert, verringert sich der innere Widerstand des Schutzgerätes exponentiell. Das ist ein gewünschter Effekt, um im Falle eines Blitzeinschlages die energiereichen Ströme kanalisiert und am zu schützenden Gerät vorbei ableiten zu können.
Dabei wird das Schutzgerät heiß ...
Die dadurch entstehende Verlustleistung zieht eine enorme Temperaturerhöhung des Varistors nach sich, die aufgrund der Epoxidharzummantelung nicht an die Umgebung abgegeben werden kann. Die thermische Beeinflussung von Varistoren vermindert die Lebenszeit des Halbleitermaterials erheblich. Diese Schutzgeräte unterliegen somit einem ständigen Monitoring und müssen in die Wartungsintervalle mit eingeplant werden.
Welche technische Lösung bietet Raycap an?
Unser Strikesorb-System besteht aus einer großflächigen, nicht vergossenen Varistorscheibe. Diese wird durch zwei massive Aluminiumelektroden fixiert, die gleichzeitig als Kühlkörper fungieren, um die unzulässige Temperaturerhöhung des Varistors zu vermeiden. Durch diesen konstruktiven Aufbau können zudem deutlich höhere Energien absorbiert werden als mit konventionellen Überspannungsschutzgeräten.
Welche Vorteile erzielen Sie damit?
Das Ergebnis spiegelt sich in einer deutlich erhöhten Lebenserwartung des Schutzgerätes wider, die wir mit einer zehnjährigen Garantie auf die gesamte Strikesorb-Produktfamilie unterstreichen. Auch das Einplanen von Wartungsintervallen entfällt für unsere Technologie, was sich besonders in DC-Systemen auszahlt, die durch ihre hohe Betriebsspannung mit enormem Aufwand in den Wartungsmodus versetzt werden müssten. Alle diese Eigenschaften sind von übergeordneter Wichtigkeit für jeden Anlagenbetreiber.
Wo wird das Strikesorb-System eingebaut?
Unsere Strikesorb-Module werden vorwiegend in den Zentralwechselrichtern und in den Stringboxen integriert, da sie empfindliche elektronische Baugruppen enthalten. Die Kosten für unsere Schutzmodule sind weit niedriger als die Kosten, die durch Ausfall oder Fehlfunktion der Anlage nach einem Blitzeinschlag entstehen können. Der Einbau in die Wechselrichter und die Stringboxen erfolgt durch die Hersteller oder erfahrene Ingenieure bei den Projektierern, die im Auftrag ihrer Kunden handeln.
Kann man Strikesorb auch nachträglich installieren?
Für den nachträglichen Einbau und das Retrofitting von Anlagen bieten wir komplette Kits und Systeme an. Auch in diesem Fall sollte die Installation in der Hand eines Fachmannes liegen, da für die Auslegung und Installation von Schutzsystemen gewisses Know-how erforderlich ist. Strikesorb kann selbstverständlich auch in Dachanlagen verbaut werden. Wir konzentrieren uns derzeit jedoch mehr auf die Großinvestitionen in Megawattanlagen. Denn wir sind davon überzeugt, dass dieses Marktsegment weiter an Bedeutung gewinnen wird.
Das Gespräch führte Heiko Schwarzburger.
Themendossier
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Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV)
Steigende Schäden durch Blitzschlag
Im vergangenen Jahr gab es 410.000 versicherte Schäden durch Blitze und Überspannung. Das bestätigt die Statistik, die der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) führt. Gegenüber 2011 waren es 30.000 Schäden weniger. Dieser Rückgang spiegelt sich jedoch nicht in den ausgezahlten Leistungen der Hausrat- und Wohngebäudeversicherer wider: Mit 330 Millionen Euro zahlten sie 2012 so viel wieim Jahr davor.
Die GDV-Statistik belegt, dass Blitz und Überspannung immer teurere Einzelschäden verursachen. 2006 gabes 550.000 Schäden, die mit 340 Millionen Euro beglichen wurden. Innerhalb von sechs Jahren stiegensomit die Versicherungsleistungen für einen durchschnittlichen Blitzschaden um 30 Prozent. Grund dafür sind die Vielzahl und die Hochwertigkeit der elektronischen Geräte in deutschen Haushalten.
Blitz- und Überspannungsschäden haben zwei spezifische Merkmale: Zum einen treten sie saisonal unterschiedlich stark auf. In der Langzeitbetrachtung zeigt sich eine Häufung in den Sommermonaten Juni und Juli. Zum anderen sind die Schäden regional sehr unterschiedlich verteilt. Vor allem im Süden Deutschlands und im Erzgebirge blitzt es sehr oft. 2012 schlugen die Blitze am häufigsten im Osten und Süden Brandenburgs, in Sachsen und im Allgäu ein.
Einfluss auf Blitzschäden hat auch das regionale Umfeld. Als Faustformel gilt: In einer Stadt, die einweit verzweigtes Leitungsnetz hat, führt ein Blitz deutlich seltener zu einem Überspannungsschaden als auf dem Land.
Citel
Zwei Ableiter bis 1.500 Volt
Citel aus Bochum stellt seine neuen Produkte schon jetzt auf die EN 505039 11 und die UTE C67 740 51 um, die voraussichtlich Ende 2013 veröffentlicht werden. Sie sollen den Blitzschutz von Photovoltaikanlagen regeln. Bisher werden Schutzkonzepte gegen Blitze und Überspannungen nach VDE 0185 305, VDE V 675 39 12, DIN CLC/TS 50539-12 und VDS 2010 geregelt. Sie schreiben einen Blitzstromableiter des Typs 1 und 2 zwingend vor, wenn ein äußerer Blitzschutz vorhanden ist und der vorgeschriebene Trennungsabstand nicht eingehalten wird. Ein Überspannungsableiter vom Typ 2 ist bei Schaltüberspannungen und eingekoppelter Überspannung vorgeschrieben. Dazu bietet Citel den DS60VGPV-1500G/51 als Kombiableiter Typ 1 und 2. Er eignet sich für den Rundumschutz gegen Blitzeinschläge und Überspannungen. Der DS50VGPVS-1500G/51 ist ein neuer Überspannungsableiter Typ 2. Er wird zum Schutz gegen Schaltüberspannungen und Feldeinkopplungen eingesetzt. Die neuartige VG-Technik von Citel basiert auf einer gasgefüllten Funkenstrecke. Dadurch entsteht weder Leck- noch Betriebsstrom, was zu einer Kostenersparnis führt. Für den Betreiber bedeutet dies keine passive Alterung . Citel gibt auf alle VG-Geräte zehn Jahre Garantie.
Dehn und Söhne
Neuheiten für die Solarbranche
Auf der Intersolar hat Blitzschutzspezialist Dehn und Söhne neue Produkte zum Schutz von Leistungselektronik an Photovoltaikanlagen bei Blitz und Überspannung vorgestellt. Dazu gehören der Überspannungsableiter Dehn Guard YPV SCI-kompakt und der Leiterplattensockel Dehn Guard PCB. Der neue Ableiter basiert auf Hochleistungsvaristoren, die durch die fehlerresistente Y-Schaltung permanent mit dem Gleichstromkreis verbunden sind. Sie leiten Stoßströme bis 40.000 Ampere (8/20 Mikrosekunden) zuverlässig ab. Außerdem lassen sich damit auch kleinere Spannungsspitzen, die aufgrund ihrer Vielzahl die Lebenserwartung der Stringwechselrichter reduzieren, begrenzen. Es sind Schutzgeräte für Spannungen von 600 Volt und 1.000 Volt verfügbar. Der neue Typ-2-Überspannungsableiter Dehn Guard YPV SCI ist kompakt. Er hat eine Baubreite von drei TE und einen Klemmbereich von 1,5 bis 35 Quadratmillimetern. Die Geräte sind nach EN 50539-11 geprüft und weisen eine Kurzschlussfestigkeit von 200 Ampere DC auf.
Das neue Leiterplattensockel-Programm Dehn Guard PCB (FM) eröffnet neue Lösungen zum Schutz von Leistungselektronik vor Überspannungen. Durch die Platzierung der Sockel auf der Leiterplatte entfällt das bei Hutschienengeräten notwendige manuelle Verdrahten. Der Überspannungsschutz wird durch einfaches Stecken der entsprechenden Schutzmodule realisiert. Damit lassen sich Stoßstrombelastungen bis zu 40.000 Ampere (8/20 Mikrosekunden) beherrschen. Lieferbar sind die Sockel für unterschiedliche Systemspannungen für Gleich- oder Wechselstrom. Sowohl die DC- als auch die AC-Seite der Geräte-Leiterplatten lassen sich verwechslungssicher mit den kodierten Sockeln beschalten.
Nützliche Website
Trends bei Kombiableitern
Die ständige Innovation in der Technik und eine Fülle neuer Produkte machen den Markt für Blitzschutz und Überspannungsschutz unübersichtlich. Für Spezialisten gibt es seit Kurzem eine Website, die unabhängig von einem Hersteller über neue Trends und Produkte in der Branche berichtet. Dort finden Sie aktuelle Informationen rund um Kombiableiter. Übersichten der Hersteller, technische Hinweise und Messetermine runden das Angebot ab.
Dr. Zafiris Politis
leitet den Geschäftsbereich Electrical Protection bei der Firma Raycap im griechischen Drama. Dort wurde die patentierte Strikesorb-Technik entwickelt.
Schnitt durch den Strikesorb von Raycap. Der Ableiter besteht aus großflächigen Metallelektroden, damit die Hitze aus dem Varistor möglichst schnell abgeführt wird.
Neuer Ableiter für DC-Spannungen bis 1.500 Volt. Er wurde von Citel für große Solarparks entwickelt.
Bis zu 40.000 Ampere kann der Ableiter aufnehmen, den Dehn auf der Intersolar zeigte.
In den Anschlusskasten eingebauter Ableiter vom Typ Strikesorb.
