Warum sollte jede Solaranlage einen Solar-Überspannungsableiter enthalten?
Photovoltaikanlagen (PV) sind elektrischen Überspannungen ausgesetzt, die kostspielige Schäden und Ausfälle der Stromversorgung verursachen können. In diesem Artikel wird erklärt, warum jede Solaranlage einen Solar-Überspannungsableiter benötigt – ein Gerät, das kritische Geräte vor vorübergehenden Überspannungen schützt.
1. Was ist einSolar-Überspannungsableiter?
Ein Überspannungsableiter, auch Überspannungsschutzgerät (SPD) genannt, ist eine elektrische Komponente, die Systeme vor Überspannungen schützt. Überspannungsableiter stoppen oder absorbieren keine durch Blitze verursachten Überspannungen. Stattdessen umgehen oder leiten sie Überspannungen ab, um Schäden an elektrischen Geräten innerhalb eines Gebäudes zu begrenzen. Diese Geräte verhindern den kontinuierlichen Fluss von Hochspannungsströmen, indem sie diese in den Boden leiten.
Wenn eine Überspannung durch einen Leiter fließt, unterbricht der Ableiter dessen Isolierung, sodass die Überspannung zur Erde gelangen kann. Sobald sich das Spannungsniveau wieder normalisiert, wird die Isolierung zwischen Leiter und Erde wiederhergestellt. Der Stromfluss in Richtung Boden stoppt dann.
Ein Solar-Überspannungsableiter ist ein SPD, der speziell für Photovoltaikanlagen entwickelt wurde. Es schützt Solaranlagen vor transienten Überspannungen und dauerhaften Überspannungen, die durch Defekte im Leiter oder Ausfälle von Transformatoren verursacht werden.
Transiente Überspannungen sind vorübergehende Spannungsspitzen, die über mehrere Zyklen hinweg mehr als 10 Prozent über dem Nennwert des Verteilungsnetzes liegen. Bei dauerhaften Überspannungen bleibt das Spannungsniveau dauerhaft hoch.
Zu einem vollständigen Blitzschutzsystem gehören Luftanschlüsse (Blitzableiter), Ableitungen, Überspannungsschutz, Potenzialausgleich und ein Erdungssystem. Dies ist die erste Verteidigungslinie gegen einen direkten Blitzeinschlag.
2. Warum brauchen Solaranlagen einen Überspannungsschutz?
Solaranlagen sind anfällig für Überspannungen, die kostspielige Schäden an der Ausrüstung verursachen und zu vorübergehenden Ausfällen der Stromversorgung führen können. Elektrische Überspannungen können durch äußere Faktoren wie Blitzeinschläge, interne Störungen oder Schwankungen im Stromnetz verursacht werden.
Physische Exposition macht Sonnensysteme anfällig
Solaranlagen werden typischerweise auf offenen Flächen, auf Dächern oder auf großen Feldern installiert, wo sie Umwelteinflüssen ausgesetzt sein können. Aufgrund der großen Oberfläche und der exponierten Platzierung, beispielsweise auf Dächern oder auf dem Boden in offenen Räumen, sind Solarmodule anfällig für Blitzeinschläge, die ihre Lebensdauer verkürzen können.
Selbst wenn eine Solaranlage nicht direkt vom Blitz getroffen wird, können Blitzeinschläge in der Nähe gefährliche Spannungen induzieren, die kritische Komponenten beschädigen können. Wenn ein Blitz in nahegelegene Gebäude, Versorgungsleitungen oder den Boden einschlägt, können die resultierenden elektromagnetischen Felder transiente Spannungen in der Verkabelung des Solarsystems induzieren. Diese induzierten Überspannungen können sich durch die gesamte Installation ausbreiten und Geräte beschädigen, die weit vom ursprünglichen Einschlagsort entfernt sind.
Umfangreiche Verkabelung schafft Wege für Überspannungen
Da Photovoltaikanlagen häufig umfangreiche Gleichstromkabel und miteinander verbundene elektrische Geräte umfassen, bieten sie mehrere Wege für die Ausbreitung von Stoßströmen. Ihre ausgedehnten Verkabelungsnetzwerke können als Leiter fungieren und transiente Spannungen in das System einleiten.
Sowohl die DC- als auch die AC-Seite benötigen Schutz
Ein einzigartiges Merkmal von Photovoltaikanlagen besteht darin, dass sie sowohl mit Gleichstrom- als auch mit Wechselstromkreisen betrieben werden können. Überspannungen können durch beide Seiten des Systems eindringen. Effektive Strategien zum Überspannungsschutz bei Sonneneinstrahlung richten sich sowohl an Gleichstrom- als auch an Wechselstromkreise, um eine umfassende Abdeckung zu gewährleisten.
Die DC-Seite umfasst: Solarmodule, String-Verkabelung, Anschlusskästen, DC-Trennschalter und Wechselrichtereingänge. Die AC-Seite umfasst: Wechselrichterausgänge, Verteilungsgeräte, Transformatoren, Versorgungsverbindungen und elektrische Systeme der Anlage.
Der Schutz nur eines Teils des Systems kann dazu führen, dass andere kritische Geräte anfällig für Schäden werden.
Überspannungsschutz wird oft übersehen
Viele Besitzer von Solaranlagen konzentrieren sich auf die Moduleffizienz, die Auswahl des Wechselrichters und Prognosen zur Energieproduktion. Der elektrische Schutz wird oft vernachlässigt, bis es zu einem kostspieligen Ausfall kommt. Überspannungsereignisse können unerwartet auftreten und erhebliche Schäden an Solaranlagen verursachen, was zu Ausfallzeiten, Reparaturkosten und einem Verlust der Energieproduktion führt.
Ein Überspannungsereignis kann zu Kosten für den Austausch von Geräten, Arbeitskosten, Systemausfallzeiten, verringerter Energieproduktion, verpassten Einnahmemöglichkeiten, erhöhtem Wartungsaufwand und Versicherungsansprüchen führen.
Einige Entwickler verzichten möglicherweise auf den Einbau von Überspannungsschutzgeräten, um die Anschaffungskosten eines Projekts niedrig zu halten. Dies kann jedoch später zu höheren Wartungskosten führen, wenn Geräte durch eine Überspannung beschädigt werden und repariert oder ersetzt werden müssen.
Die finanziellen Argumente für Überspannungsschutz
Die Investition in einen Überspannungsschutz macht oft nur einen kleinen Teil der gesamten Projektkosten aus. Dennoch kann es dazu beitragen, Verluste zu vermeiden, die die Kosten für die Schutzgeräte selbst bei weitem übersteigen. Bei kommerziellen und großtechnischen Anlagen können Ausfallzeiten schnell zu erheblichen Umsatzeinbußen führen. Selbst eine kurze Betriebsunterbrechung kann Auswirkungen auf die Produktionsziele und die finanzielle Leistung haben.
3. Was passiert, wenn ein Blitz in eine Solaranlage einschlägt?
Blitze bergen ein erhebliches Risiko der vollständigen oder teilweisen Zerstörung von Solarparks, entweder unmittelbar durch einen direkten Einschlag oder durch degenerative Schäden durch einen indirekten Einschlag.
Direkte Blitzeinschläge
Direkte Blitzeinschläge können enorme Energiemengen erzeugen, die katastrophale Schäden verursachen können. Wenn ein Blitz in ein Solarpanel-Array einschlägt, verursacht er einen induzierten Übergangsstrom in den Drahtschleifen des Systems. Dies führt zum Ausfall der Isolierung, der Paneele, des Wechselrichters und der Kommunikationsausrüstung.
Indirekte Blitzeffekte
Indirekte Blitzeinwirkungen kommen häufig häufiger vor und können ebenso problematisch sein. Überspannungen können sich auf verschiedene Weise auf die Installation eines Solarpanelsystems auswirken:
• Von direkten Einschlägen bis zum äußeren Blitzschutzsystem eines Bauwerks, in dessen Nähe und sogar bis zur PV-Anlage selbst
• Von blitzinduzierten Strömen, die in das Stromnetz eingespeist werden
• Durch Überspannungen, die vom Stromnetz atmosphärischen Ursprungs (Blitzschlag) oder durch Betriebsvorgänge übertragen werden
• Von Schwankungen des elektrischen Feldes aufgrund von Blitzen
• Vom Netz, wenn ein Blitz in Mittel- oder Niederspannungsleiter einschlägt
• Von der Erde, wenn ein Blitz in der Nähe des PV-Wechselrichters einschlägt
• Von der DC-Seite, wenn ein Blitz in die PV-Module einschlägt
Schäden an Schlüsselkomponenten
Wenn eine Solar-PV-Anlage einer Überspannung ausgesetzt ist und nicht durch Blitz- oder Überspannungsableiter geschützt ist, kann es zu Schäden an der Ausrüstung kommen, die von durch Blitzschlag verursachten Löchern in den Modulen bis hin zur Beeinträchtigung von Modulen und Wechselrichtern oder sekundären Systemen wie Überwachungsgeräten und Tracker-Steuerungen reichen können.
Zu den spezifischen Komponenten mit dem höchsten Ausfallrisiko gehören der Anschlusskasten und das MPPT (Maximum Power Point Tracker Device). Einige Solar-PV-Systeme können physischen Schäden oder Schäden an den Schaltkreisen ihrer Module standhalten. Allerdings sind ihre Stromkreissteuerungen und Energiespeicher nach einem Blitzeinschlag sofort unbrauchbar.
Versteckte Langzeiteffekte
Auch wenn es zunächst nicht zu Stromausfällen kommt, kann die Anlage dennoch unter sekundären Auswirkungen von Geräteschäden leiden. Diese können die Menge an Strom reduzieren, die das System erzeugen kann. Diese Auswirkungen werden manchmal fälschlicherweise auf Geräteausfälle oder Herstellungsfehler zurückgeführt, wenn nicht sofort erkennbar ist, dass sie durch eine Überspannung verursacht wurden.
Wenn ein PV-Modul beschädigt ist, führt dies zu einem Leistungsverlust eines Strings. Eine Beschädigung eines Wechselrichters kann die Leistung eines großen Teils der Anlage beeinträchtigen oder einschränken.
Die Bedeutung der richtigen SPD-Platzierung
Um kritische Schaltkreise zu schützen, sollte im gesamten Gleich- und Wechselstromverteilungsnetz einer Solarstromanlage ein Überspannungsschutznetzwerk installiert werden. Die Gesamtzahl der in einer Solar-PV-Anlage benötigten SPDs variiert je nach Abstand zwischen Modulen und Wechselrichter.
Zu den allgemeinen Installationsrichtlinien gehören:
• Bei Wechselstromleitungen sollte an jedem Stromleiter zur Erde ein Überspannungsschutz angebracht werden.
• Wenn die Kabellänge zwischen den Solarmodulen weniger als 10 Meter beträgt, sollte ein SPD beim Wechselrichter, den Anschlusskästen oder näher an den Solarmodulen installiert werden.
• Bei Installationen mit Gleichstromkabeln von mehr als 10 Metern Länge sind mehr Überspannungsschutzgeräte sowohl am Wechselrichter- als auch am Solarmodulende der Kabel erforderlich.
• In einem Solarstromsystem für Privathaushalte mit Mikro-Wechselrichtern, das über kurze Gleichstromkabel, aber längere Wechselstromkabel verfügt, sollten SPDs am Anschlusskasten installiert werden, um das Haus vor vorübergehenden Überspannungen zu schützen.
Auf Wechselrichtern sollten SPDs installiert werden, um die DC-Eingänge und AC-Ausgänge zu schützen, wobei sowohl die positive als auch die negative DC-Leitung geerdet sein sollte. Kombinator- und Steuerkreise sowie Überwachungs- und Verfolgungssysteme sollten geschützt werden, um Störungen des Stromflusses und Datenverluste zu verhindern.
4. Zusammenfassung
Jede Solaranlage sollte über einen Solar-Überspannungsableiter verfügen. Solaranlagen sind elektrischen Überspannungen durch Blitzeinschläge, Netzschwankungen und interne Störungen ausgesetzt.
Ein Überspannungsereignis kann Wechselrichter, Panels, Anschlusskästen, Überwachungsgeräte und Energiespeichergeräte beschädigen. Schäden können zu Kosten für den Austausch von Geräten, Systemausfallzeiten, verringerter Energieproduktion und Umsatzeinbußen führen.
Selbst wenn kein unmittelbarer Schaden sichtbar ist, können Überspannungen zu versteckten Leistungseinbußen führen, die mit der Zeit zu einer Verringerung der Leistungsabgabe führen. Diese Effekte werden oft mit Herstellungsfehlern verwechselt.
Ein Überspannungsschutz ist keine Option, sondern eine Notwendigkeit. Die Installation von SPDs sowohl auf der Gleichstrom- als auch auf der Wechselstromseite des Systems mit ordnungsgemäßer Erdung trägt dazu bei, kritische Geräte zu schützen und eine zuverlässige Energieerzeugung aufrechtzuerhalten.
Der Überspannungsschutz ist ein notwendiger Bestandteil jeder Elektroinstallation, ersetzt jedoch nicht eine ordnungsgemäße Blitzschutzlösung. Ein vollständiges Blitzschutzsystem, das Luftanschlüsse, Ableitungen, Überspannungsschutz, Potenzialausgleich und ein Erdungssystem umfasst, ist die erste Verteidigungslinie gegen einen direkten Blitzeinschlag.
YRO ist bestrebt, zuverlässige Überspannungsschutzgeräte für Photovoltaikanlagen bereitzustellen. Um einen optimalen Schutz zu gewährleisten, beachten Sie immer die örtlichen Vorschriften, beachten Sie die Herstellerspezifikationen und arbeiten Sie mit zertifizierten Komponenten.
Die Wahl des richtigen Überspannungsschutzes schützt Ihre Solarinvestition. Es verhindert kostspielige Schäden und sorgt für eine zuverlässige, langfristige Energieproduktion.
