1. Was geerdet werden muss
Die Erdung in einem Solarsystem ist kein technisches Detail, sondern die Grundlage des gesamten Sicherheitskonzepts. Es geht nicht nur darum, "etwas an die Erde anzuschließen", sondern darum, dass alle Metallteile und elektronischen Einheiten des Systems auf dem gleichen Potenzial liegen und im Fehlerfall ein sicherer Weg für anormalen Strom vorhanden ist.
Die Erdung ist kein Betriebsleiter. Im Normalbetrieb fließt idealerweise kein Strom durch sie. Sie wird wichtig, wenn etwas nicht wie geplant geschieht: Isolationsfehler, Blitzeinschlag in der Nähe, Überspannung oder Kurzschluss.
In einer PV-Anlage gibt es mehrere Elemente, die geerdet werden müssen, aber alle aus unterschiedlichen Gründen.
Erdung von Montagesystemen
Die Montagesysteme auf dem Dach sind eine großflächige, zusammenhängende Metallkonstruktion. Aluminiumschienen, Stahlhaken, Verbindungselemente. Aus elektrischer Sicht ist dies eine bedeutende leitende Oberfläche.
Wird diese Konstruktion nicht an das Erdungssystem angeschlossen, bleibt sie auf schwebendem Potenzial. Bei einem Blitzeinschlag in der Nähe kann sie Spannung aufnehmen und im Fehlerfall ein Berührungsschutzrisiko darstellen. In der Praxis kommt es hier oft zu Fehlern bei der Ausführung. Die mechanische Verschraubung allein garantiert nicht immer eine elektrische Durchgängigkeit. Die eloxierte Aluminiumschicht oder eine lackierte Oberfläche kann die elektrische Verbindung leicht unterbrechen.
Deshalb muss bei der Erdung des Montagesystems:
- die elektrische Durchgängigkeit der gesamten Konstruktion gewährleistet sein
- an mindestens einem Punkt eine zuverlässige Verbindung zur Haupterdungsschiene bestehen
- die Verbindung messbar und überprüfbar sein
Dies ist keine ästhetische Frage, sondern ein messbarer elektrischer Parameter.
Erdung des Panelrahmens
Der Aluminiumrahmen des Solarmoduls steht im Normalbetrieb nicht unter Spannung. Dies gilt jedoch nur, solange alle Isolierungen intakt sind. Ein beschädigtes Kabel, Feuchtigkeit oder ein mechanischer Riss genügen, um den Rahmen unter Potenzial zu setzen.
Hier treffen zwei Ziele aufeinander: Berührungsschutz und Potenzialausgleich.
Die Paneele und die Montagesysteme auf das gleiche Potenzial zu bringen, verhindert, dass im Fehlerfall gefährliche Spannungsunterschiede zwischen verschiedenen Punkten des Systems entstehen. In der Praxis erfolgt die Erdung der Paneele oft über die Klemmen. Aber nicht jede Klemme ist dafür geeignet. Es ist eine Lösung erforderlich, die:
- die eloxierte Oberfläche durchdringt
- eine langfristig stabile metallische Verbindung gewährleistet
- den Herstellervorgaben entspricht
Erdung des Wechselrichters
Der Wechselrichter ist das elektronische Herzstück des Systems. Halbleiter, Filter, Überspannungsschutzgeräte arbeiten darin. Seine Erdung dient gleichzeitig dem Berührungsschutz und der Funktion. Einerseits darf das Metallgehäuse nicht unter gefährliches Potenzial geraten. Andererseits können Überspannungsschutzgeräte nur dann wirksam arbeiten, wenn sie an einen Erdungspunkt mit niedriger Impedanz angeschlossen sind.
Wenn die Erdung des Wechselrichters schleifenartig, lang oder über mehrere Zwischenverbindungen an das Erdungssystem angeschlossen ist, erhöht sich die Impedanz. Im Falle einer Überspannung ist dies entscheidend. Deshalb muss der Schutzleiter des Wechselrichters direkt an die Haupterdungsschiene angeschlossen werden, mit ausreichendem Querschnitt, um "verkettete" Lösungen zu vermeiden.
Verbindung von AC- und DC-seitigen Erdungen
Oft stellt sich die Frage, ob die Erdung der AC- und DC-Seite getrennte Systeme sind. Die Antwort lautet: nein.
In einem Solarsystem gibt es ein einziges gemeinsames Erdungssystem. Daran angeschlossen sind:
- das Montagesystem
- die Panelrahmen
- der DC-Überspannungsschutz
- der Schutzleiter des Wechselrichters
- der AC-Überspannungsschutz
Der Grund dafür ist der Potenzialausgleich. Wären die DC- und AC-seitigen Erdungen getrennt, könnte bei einem Blitzeinschlag in der Nähe ein erheblicher Spannungsunterschied zwischen zwei Punkten des Systems entstehen.
Eine gute Erdung ist nicht spektakulär. Sie verbessert weder die Produktion noch erhöht sie den Wirkungsgrad.
Aber ohne sie kann das System weder aus elektrotechnischer Sicherheits- noch aus Blitzschutzsicht als vollständig betrachtet werden.
2. Erdungssysteme
Das Erdungssystem bestimmt, wie sich das Stromnetz eines Gebäudes im Fehlerfall verhält. Löst der Schutz aus? Bleibt ein Metallteil sicher? Kann das System Überspannungen ableiten?
Ein Solarsystem kommt nicht mit einer "eigenen Erdung", sondern wird immer an das bestehende Erdungssystem des Gebäudes angeschlossen. Daher ist eine der ersten Fragen bei der Installation nicht, wie viele Paneele es geben wird, sondern welches Erdungssystem im Gebäude vorhanden ist.
TT-System
In einem TT-System verfügt das Gebäude über eine eigene Erdungssonde, die unabhängig von der Erdung des Netzbetreibers ist. Im Fehlerfall schließt sich der Strom über den Boden zurück, nicht über die Netzkabel. Dies bedeutet, dass die Funktion des Schutzes stark von der Qualität der Erdung abhängt. Ist der Erdungswiderstand zu hoch, ist der Fehlerstrom nicht ausreichend, damit der Schutz schnell und zuverlässig auslöst.
Im TT-System ist der Zustand der Erdung daher keine Nebensache. Hier bestimmt tatsächlich die Qualität des Bodenkontakts die Sicherheit des Berührungsschutzes.
TN-System
In einem TN-System schließt sich der Fehlerstrom nicht über den Boden, sondern über die Netzkabel zurück. Der Neutralpunkt ist auf der Versorgerseite geerdet, und der Fehlerstrom fließt direkt über die Netzstruktur zurück. Dies führt in der Regel zu einer schnelleren und eindeutigeren Auslösung, da die Funktion des Schutzes weniger vom Erdwiderstand abhängt. Unabhängig davon wird die Erdung auch hier nicht unwesentlich, insbesondere im Hinblick auf den Überspannungsschutz.
TN-C-S-System – die häufigste Ausführung
In Ungarn haben die meisten Wohngebäude ein TN-C-S-System. Hier bringt der Versorger einen gemeinsamen PEN-Leiter in das Gebäude, der am Hauptverteiler in einen separaten Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) aufgeteilt wird.
Dieser Trennpunkt ist für das Solarsystem von entscheidender Bedeutung.
Die Erdung des Wechselrichters muss immer an die PE-Schiene nach der Trennung angeschlossen werden. Der PEN-Leiter darf nicht unterbrochen werden, und das Solarsystem darf keinen neuen Neutralpunkt bilden. Das PV-System muss sich an die bestehende Netzstruktur anpassen.
Dies ist keine administrative Regel, sondern ein grundlegendes Prinzip des Berührungsschutzes.
Erdungswiderstand – warum ist sein Wert wichtig?
Der Erdungswiderstand zeigt an, wie leicht Strom in den Boden abgeleitet werden kann. Je kleiner der Wert, desto effektiver ist die Erdung. Im TT-System ist dies besonders kritisch, da dort die Funktion des Schutzes direkt vom Bodenkontakt abhängt. Bei TN-Systemen ist er für die Auslösung weniger entscheidend, beeinflusst aber auch dort die Wirksamkeit des Überspannungsschutzes.
Der Erdungswiderstand muss immer durch Messung überprüft werden. Bei der Installation einer neuen PV-Anlage stellt sich oft heraus, dass die bestehende Erdung nicht den heutigen Anforderungen entspricht und ergänzt oder verbessert werden muss.
Rolle der Erdungssonden
Die Erdungssonde stellt die physikalische Verbindung zum Boden her. Ihr Material kann verzinkter Stahl oder Kupfer sein, aber die eigentliche Frage ist, ob sie langfristig eine stabile und niederohmige Verbindung gewährleistet.
Eine einzelne Sonde ist nicht immer ausreichend. Die Art des Bodens, sein Feuchtigkeitsgehalt und seine Struktur beeinflussen den Messwert erheblich. In vielen Fällen ist die Verbindung mehrerer Elektroden erforderlich, um einen angemessenen Erdungswiderstand zu erreichen.
Es ist wichtig, dass die Erdungssonde nicht als eigenständige "Insel" fungiert, sondern durch den Anschluss an die Haupterdungsschiene Teil des gesamten Erdungssystems ist.
Potenzialausgleich
Im Falle eines Blitzschlags oder Fehlers ist die größte Gefahr nicht, dass an einem Punkt eine hohe Spannung auftritt, sondern dass zwischen zwei nahegelegenen Metallteilen ein großer Potenzialunterschied entsteht.
Der Potenzialausgleich stellt sicher, dass die Metallteile des Systems, wie z. B. das Montagesystem, das Gehäuse des Wechselrichters oder andere leitfähige Elemente, auf gleichem Potenzial liegen.
Dies ersetzt die Erdung nicht, sondern ergänzt sie. Die Erdung des Solarsystems funktioniert gut, wenn sie in das gesamte Potenzialausgleichssystem des Gebäudes integriert ist und nicht als eigenständige Lösung erscheint.
3. Praxis des Blitzschutzes
Viele betrachten Blitzschutz als eine "zusätzliche Sicherheitsoption", obwohl es sich tatsächlich um eine systemweite Frage handelt. Er bereitet auf ein seltenes Ereignis vor, aber wenn es eintritt, kann der Schaden unverhältnismäßig groß sein.
Es ist wichtig, von Anfang an klarzustellen: Blitzschutz verhindert keinen Blitzeinschlag. Das Ziel ist, dass bei einem Blitzeinschlag in das Gebäude oder dessen Nähe die Energie auf einem vordefinierten, kontrollierten Weg abgeleitet wird und nicht über den Wechselrichter, Kabel oder die Dachkonstruktion.
Solarsysteme sind in dieser Hinsicht besonders empfindlich, weil sie:
- große Metallflächen auf erhöhte Punkte legen,
- lange Leitungen in das Gebäude einführen,
- und empfindliche Elektronik enthalten.
Diese drei Punkte allein rechtfertigen es, den Blitzschutz nicht auf die leichte Schulter zu nehmen.
Äußerer Blitzschutz
Der äußere Blitzschutz soll die Energie direkter Blitzeinschläge bewältigen. Klassische Elemente sind Fangeinrichtungen, Ableitungen und das Erdungssystem. Diese bilden zusammen das Blitzschutzsystem.
Bei Solarsystemen ist die Schlüsselfrage, ob das PV-Feld innerhalb des geschützten Raumes liegt. Wenn das Gebäude bereits über einen äußeren Blitzschutz verfügt, müssen die Paneele so angeordnet werden, dass sie nicht aus dem Schutzraum herausragen und die vorgeschriebenen Abstände eingehalten werden.
Wenn die Solarmodule außerhalb des Schutzbereichs liegen, kann bei einem Blitzeinschlag der Blitz auch über die Unterkonstruktion oder den Rahmen der Module abgeleitet werden. Dies gefährdet nicht nur die Module, sondern auch den Wechselrichter und das gesamte interne Netzwerk.
Eines sollte besonders hervorgehoben werden: ein Solarpanel ist kein Blitzableiter. Die Erdung der Unterkonstruktion allein stellt keinen äußeren Blitzschutz dar.
Innerer Blitzschutz
Ein Blitz verursacht nicht nur Schäden, wenn er direkt einschlägt. Ein Blitzeinschlag in der Nähe kann auch einen hochenergetischen Spannungsimpuls in den Leitungen induzieren. In solchen Fällen brennt das Dach nicht, aber der Wechselrichter, das BMS oder die Kommunikationsgeräte können leicht zerstört werden.
Die Aufgabe des inneren Blitzschutzes ist die Begrenzung von Spannungsspitzen und der Schutz empfindlicher Geräte. Dies wird durch Überspannungsschutzgeräte (SPDs) auf der DC- und AC-Seite erreicht.
Hier ein wichtiges Grundprinzip: Ein SPD funktioniert nur gut, wenn die Erdung gut ist. Wenn das Erdungssystem eine hohe Impedanz oder fehlerhaft ist, sucht sich die Überspannung ihren Weg nicht zur Erde, sondern in Richtung der Geräte.
Stufen des Überspannungsschutzes – T1, T2, T3
Der Überspannungsschutz ist ein gestuftes System. Nicht ein einziges Gerät löst alles.
Das T1 (Typ 1) Gerät ist für die Bewältigung hochenergetischer Blitzströme vorgesehen. Es wird in Gebäuden eingesetzt, in denen auch ein äußerer Blitzschutz vorhanden ist und es realistisch ist, dass ein Teil des Blitzstroms in das interne Netz gelangt.
Das T2 (Typ 2) ist die häufigste Lösung für Solarsysteme. Es bewältigt induzierte und geschaltete Überspannungen, typischerweise in der Nähe des Wechselrichters.
Das T3 (Typ 3) ist bereits ein Feinschutz. Es wird direkt vor empfindlicher Elektronik – z. B. Messgeräten oder Kommunikationsgeräten – eingesetzt.
Es ist wichtig zu verstehen, dass diese sich nicht gegenseitig ersetzen. Ein T2 ersetzt kein T1, wenn dieses benötigt wird. Der Schutz funktioniert gut, wenn die Stufen aufeinander aufbauen.
Wann ist Blitzschutz Pflicht?
Die Pflicht hängt nicht von der Leistung des Solarsystems ab, sondern von der Risikoeinstufung des Gebäudes. In öffentlichen Einrichtungen, großen Hallen oder speziellen Anlagen ist Blitzschutz ohnehin vorgeschrieben.
Bei Wohngebäuden ist die Situation nuancierter. Das PV-System jedoch:
- erhöht die Metallfläche des Daches,
- führt neue Leitungswege in das Gebäude ein,
- und schließt empfindliche Elektronik an das Netz an.
Dies allein kann eine Überprüfung des Blitzschutzes rechtfertigen. Die richtige Entscheidung basiert immer auf einer Risikoanalyse, nicht auf Gewohnheit oder dem Motto "bisher gab es keine Probleme".
Häufige Missverständnisse
Eine der häufigsten Behauptungen ist, dass "das Solarpanel den Blitz anzieht". Ein Blitz sucht keine Objekte, sondern wählt den günstigsten elektrischen und geometrischen Weg. Das Solarsystem kann diesen Weg modifizieren, aber es wirkt nicht wie ein Magnet.
Ebenso ist ein häufiges Missverständnis, dass "es ausreicht, wenn die Unterkonstruktion geerdet ist". Die Erdung ist wichtig, aber allein kein vollständiger Blitzschutz.
Schließlich glauben viele, dass ein Überspannungsschutz "alles löst". Ein SPD ist kein universeller Schild, sondern ein für eine bestimmte Energie und Einbaulage konzipiertes Gerät. Falsch installiert oder mit unzureichender Erdung kann es praktisch unwirksam sein.
Blitzschutz ist also keine Frage eines Bauteils, sondern ein systemisches Denken. Fehlt ein Element oder passt es nicht zu den anderen, wird der gesamte Schutz geschwächt.
