Erdung PV-Anlage: Erdung der Photovoltaikanlage zur Sicherheit und Leistungsoptimierung
Die Erdung der Photovoltaikanlagen ist ein wichtiger Aspekt für die Sicherheit, die Funktionalität und die Zuverlässigkeit der Photovoltaikanlage
Photovoltaikanlagen werden normalerweise auf Dächern oder im Freien installiert und sind aufgrund dieser exponierten Position besonders dem Risiko von Blitzen und Überspannungen ausgesetzt. Ein Ausfall einer Anlage aufgrund von Überspannungsschäden führt einerseits zu einem entgangenen Gewinn während der Reparaturdauer und andererseits zu zusätzlichen Kosten, beispielsweise durch den Austausch des Wechselrichters oder eines defekten Moduls.
In der Planungsphase einer Photovoltaikanlage sollte daher, wo nötig, der Schutz der verschiedenen Abschnitte der Anlage gegen Überströme und Überspannungen atmosphärischen Ursprungs vorgesehen werden.
Die Erdung ist insbesondere eine wesentliche Komponente für die Sicherheit von Photovoltaikanlagen, sowohl zum Schutz der Personen als auch der elektrischen Geräte, angesichts der Exposition dieser Anlagen gegenüber variablen Wetterbedingungen und der Anwesenheit signifikanter elektrischer Ströme. Dies ist ein grundlegender Aspekt, der berücksichtigt werden muss, um die Sicherheit und die Lebensdauer der Anlage zu gewährleisten.
Um sicherzustellen, dass Sie alle notwendigen Schutzvorrichtungen einfügen, einschließlich der Überspannungsableiter in den verschiedenen Abschnitten der Anlage, empfehlen wir eine Photovoltaik-Software zu verwenden die es ermöglicht, automatisch das Einliniendiagramm der geplanten Photovoltaikanlage zu erhalten, bei dem Sie nur die zu integrierenden Schutzvorrichtungen auswählen und an welcher Stelle Sie diese positionieren möchten.
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine Erdungsanlage?
Die Erdungsanlage, auch bekannt als Erdung, ist ein essentielles Sicherheitssystem für jede elektrische Anlage, das entwickelt wurde, um den Schutz der Anlage selbst und vor allem die Sicherheit der Personen, die sie nutzen, zu gewährleisten.
Ihr Zweck ist es, die Benutzer vor dem Risiko eines Stromschlags zu schützen, indem eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Boden und den Teilen der Anlage hergestellt wird, die, obwohl sie normalerweise nicht aktiv sind, im Falle von Störungen oder Fehlfunktionen elektrisch geladen werden könnten.
Im Wesentlichen hält die Erdung das elektrische Potenzial der metallischen Teile auf Bodenniveau und verhindert, dass es Spannungsunterschiede zwischen ihnen oder im Vergleich zur Erde gibt.
Was versteht man unter der Erdung von Photovoltaik-Modulen?
Im Kontext einer Photovoltaikanlage kann sich die Erdung sowohl auf die Massen (wie die Metallstruktur der Module) als auch auf das elektrische Produktionssystem (zum Beispiel die Photovoltaikzellen) beziehen. Eine Photovoltaikanlage kann nur dann geerdet werden, wenn eine galvanische Trennung vom Stromnetz vorhanden ist, die normalerweise durch einen Transformator realisiert wird.
Obwohl ein isoliertes Photovoltaiksystem für Personen, die mit aktiven Teilen in Kontakt kommen könnten, sicherer erscheinen mag, ist der Isolationswiderstand zur Erde der aktiven Komponenten nicht unendlich.
Folglich kann eine Person von einem Strom durchflossen werden, der durch den Isolationswiderstand zur Erde fließt. Dieser Strom nimmt mit zunehmender Spannung zur Erde der Anlage und ihrer Größe zu, da eine größere Ausdehnung den Isolationswiderstand zur Erde verringert.
Darüber hinaus verringern das Altern der Isolatoren und die Anwesenheit von Feuchtigkeit im Laufe der Zeit diesen Widerstand weiter. Daher könnte in großen Anlagen eine Person, die mit einem aktiven Teil in Kontakt kommt, einen Stromschlag erleiden. Folglich ist der Vorteil isolierter Systeme im Vergleich zu geerdeten Systemen nur für kleine Anlagen signifikant.
Erdung von Photovoltaikmodulen: Anlagen mit Transformator
In Anlagen mit Transformator muss neben der Analyse des isolierten oder geerdeten Photovoltaiksystems auch zwischen den Massen oberhalb und unterhalb des Transformators in Bezug auf die Richtung der elektrischen Energie, die von der Photovoltaikanlage erzeugt wird, zur Schutz vor indirekten Kontakten unterschieden werden.
Massen oberhalb des Transformators (IT-System)
In einer Anlage mit IT-System sind die aktiven Teile von der Erde isoliert, während die Massen geerdet sind.
Der Erdungswiderstand (Ra) muss die folgende Beziehung erfüllen (CEI 64-8):
Ra ≤ 120/Id
wobei Id der Strom des ersten Erdungsfehlers ist, der im Voraus nicht bekannt ist, aber normalerweise sehr klein in Anlagen mittlerer Größe.
Im Falle eines doppelten Erdungsfehlers muss, da der Photovoltaikgenerator ein Stromgenerator ist, die von den verbundenen Massen angenommene Spannung unter folgendem Wert liegen:
Icc · Reqp ≤ 120V
wobei:
- Icc der Kurzschlussstrom der betroffenen Zellen ist;
- Reqp der Widerstand des Leiters ist, der die betroffenen Massen miteinander verbindet.
Massen oberhalb des Transformators (TN-System)
In diesem Typ von Anlage sind die aktiven Teile und die Massen mit demselben Erdungssystem verbunden (Erdungssystem der Benutzeranlage). Auf diese Weise befindet man sich in einem TN-System auf der Gleichstromseite. Im Falle eines Erdschlusses kommt es zu einem Kurzschluss wie in den üblichen TN-Systemen, jedoch kann dieser Strom möglicherweise nicht von den Überstromschutzvorrichtungen erkannt werden, da die Eigenschaft von Photovoltaikanlagen darin besteht, Fehlerströme mit Werten zu erzeugen, die nicht viel höher als der Nennstrom sind.
Massen unterhalb des Transformators
Betrachten wir ein Verbindungssystem zwischen Netz und Benutzer vom Typ TT. In diesem Kontext sind die Massen der Benutzeranlage durch einen Fehlerstromschutzschalter geschützt, der am Anfang der Anlage installiert ist und die Sicherheit sowohl in Bezug auf das Stromnetz als auch auf den Photovoltaikgenerator gewährleistet.
Es ist nicht möglich, Massen zwischen dem Netz und dem Photovoltaikgenerator zu platzieren, da dies die gesetzliche Anforderung verletzen würde, dass alle Massen einer Benutzeranlage in einem TT-System durch einen Fehlerstromschutzschalter geschützt sein müssen.
Für die Massen oberhalb, wie zum Beispiel die des Transformators oder des in den Transformator integrierten Wechselrichters, ist es notwendig, einen Fehlerstromschutzschalter einzufügen, der mögliche Ableitströme sowohl vom Netz als auch vom Photovoltaikgenerator erkennen kann.
Im Falle eines Erdschlusses führt das Eingreifen des Fehlerstromschutzschalters dazu, dass der Wechselrichter aufgrund der Unterbrechung der Netzversorgung in den Standby-Modus wechselt. Wenn jedoch das Verbindungssystem zwischen Netz und Benutzer vom Typ TN ist, erfordert sowohl die Versorgung vom Netz als auch die vom Photovoltaikgenerator keinen Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern, solange die Fehlerströme auf der Wechselstromseite die Überstromschutzvorrichtungen rechtzeitig aktivieren, wobei die von der Norm vorgesehenen Zeiten eingehalten werden.
Erdung von Photovoltaik-Modulen: Anlagen ohne Transformator
In Abwesenheit eines Trenntransformators zwischen der Photovoltaikanlage und dem Netz muss die Photovoltaikanlage selbst in ihren aktiven Teilen von der Erde isoliert werden und wird zu einer Erweiterung des Stromversorgungsnetzes, das in der Regel einen Erdungspunkt hat (TT- oder TN-System).
Auf der Gleichstromseite führt ein Erdschluss auf den Massen dazu, dass der Fehlerstromschutzschalter, der unterhalb des Wechselrichters installiert ist, eingreift. Nach dem Eingreifen des Fehlerstromschutzschalters wechselt der Wechselrichter aufgrund fehlender Netzspannung in den Standby-Modus, und der Fehler bleibt dennoch vom Photovoltaikgenerator versorgt.
