Photovoltaikanlagen (PV) — Installation und DC-Sicherheit

Eine Photovoltaikanlage (PV — photovoltaic) wandelt Sonnenlicht in den Modulen in Gleichstrom (DC) um, und ein Wechselrichter macht daraus Wechselstrom (AC), der an die Installation und das Netz angeschlossen wird. Das klingt einfach, aber die DC-Seite bricht mit mehreren Gewohnheiten, die eine Elektrikerin aus AC-Installationen mitbringt — und genau dort liegen die Gefahr und die Fehler. Die normativen Anforderungen stehen in DS/HD 60364-7-712.

• 01Module — die einzelnen Paneele, die je nach Lichteinfall jeweils eine DC-Spannung und einen DC-Strom liefern.
• 02String — in Reihe geschaltete Module, sodass sich ihre Spannungen bis zum Arbeitsbereich des Wechselrichters addieren.
• 03DC-Verkabelung und DC-Trennschalter — zwischen Strings und Wechselrichter, mit der Möglichkeit, die DC-Seite abzuschalten.
• 04Wechselrichter — wandelt DC in 230/400 V AC um und synchronisiert sich mit dem Netz.
• 05AC-Anschluss — über einen eigenen Stromkreis mit Überstrom- und Fehlerstromschutz zur Verteilung und weiter zum Netz nach dem Fællesregulativet (dänisches Netzanschlussregelwerk).

Bei AC kreuzt die Spannung 100-mal pro Sekunde den Nullpunkt; das hilft, einen Lichtbogen zu löschen, wenn ein Schalter öffnet. Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang — ein DC-Lichtbogen brennt weiter und ist schwer zu löschen. Gleichzeitig steht ein Solarstrang unter Spannung, sobald Licht darauf fällt — er lässt sich nicht an der Quelle "abschalten". Das bedeutet zweierlei: DC-Betriebsmittel (Trenner, Stecker, Kabel) müssen ausdrücklich als DC-tauglich für die Aufgabe gekennzeichnet sein, und du kannst die Module nicht spannungsfrei machen, indem du den Wechselrichter abschaltest.

Die Leerlaufspannung (Voc) eines Strings muss unter der maximalen Eingangsspannung des Wechselrichters UND unter der maximalen Systemspannung der Anlage bleiben. Entscheidend ist, dass die Voc des Moduls STEIGT, wenn es kalt wird — anders als man meinen sollte. Deshalb wird die Anzahl der Module pro String nach der niedrigsten zu erwartenden Modultemperatur ausgelegt, nicht nach einem Sommertag.

Beispiel: Ein Modul hat Voc,STC = 41 V und β = −0,29 %/°C. Bei T_min = −10 °C beträgt der Anstieg 0,0029 · (25 − (−10)) = 0,0029 · 35 = 0,102, also ca. 10 %. Voc(kalt) = 41 · 1,102 = 45,2 V pro Modul. Bei einer maximalen Systemspannung von 1000 V wird die größte Stranglänge 1000 / 45,2 = 22,1 → 22 Module pro Strang. Rechnest du nur mit den 41 V bei 25 °C, würdest du fälschlich glauben, 24 Module seien in Ordnung — und an einem kalten Wintertag die Grenze überschreiten.

Die DC-Seite muss abschaltbar sein, damit der Wechselrichter sicher gewartet werden kann — typisch ein DC-Lasttrennschalter nahe am Wechselrichter, DC-tauglich für die volle Strangspannung und den vollen Strangstrom. Manche Anlagen werden mit Modulelektronik (Optimierer/Mikrowechselrichter) ergänzt, die eine Sicherheitsfunktion hat und die Strangspannung beim Abschalten auf ein ungefährliches Niveau senkt — ein Vorteil für den Brandschutz, weil das Dach sonst unter voller DC-Spannung steht, solange die Sonne scheint. Lichtbogenerkennung (AFDD-ähnliche Funktion im Wechselrichter) gibt es bei neueren Anlagen und schaltet bei einem beginnenden DC-Lichtbogen ab.