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DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 Ed. 2 - Blitzschutz für PV-Anlagen

1 Allgemeines

Die Norm DIN EN 62305-3 Beiblatt 5: Blitz- und Über-spannungsschutz für PV-Systeme [2.] wurde im Ge-meinschafts-Arbeitskreis (GAK 251/373) erarbeitet, dem Experten aus den Bereichen Blitzschutz (K 251), PV-Technik (K 373), Planer, Hersteller von Wechsel-richtern und von Überspannungsschutzgeräten ange-hörten. Die Zusammensetzung macht deutlich, dass Blitzschutz für PV-Systeme in den genannten Fach-kreisen eine hohe Bedeutung hat.

Blitzschutz für PV-Systeme ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt des vorbeugenden Brandschutzes von großer Bedeutung. In der Praxis haben sich da-her die Inhalte des Beiblattes 5 schnell durchgesetzt. Bewährt haben sich die Aussagen zum Äußeren Blitz-schutz, insbesondere die Vorgaben zur Berechnung und Einhaltung des Trennungsabstandes und den Hin-weisen zur Verschattung der PV-Module durch Fang-einrichtungen.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Beiblattes 5 im Oktober 2009 [2.] konnten viele Hersteller schon ge-eignete Überspannungsschutzgeräte für die DC-Seite anbieten. Es fehlten allerdings verbindliche Normen, die insbesondere die Anforderungen an die Prüfung solcher Schutzgeräte definierten. Dies hat sich mittler-weile mit der Veröffentlichung der DIN EN 50539-11 [6.] geändert.

Rückmeldungen der Anwender haben gezeigt, dass insbesondere bei der Einbeziehung der Modulrahmen und –gestelle in den Potentialausgleich, weiterer Er-läuterungsbedarf besteht.

Diese vorgenannten Punkte, aber auch die erforder-liche Anpassung an die DIN EN 62305-3 Ed. 2 (10-2011) [1.], haben dazu geführt, dass sich der GAK 251/373 erneut zusammengesetzt hat und eine 2. Edi-tion der DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 [3.] erarbeitet hat. Die DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 wurde im Februar 2014 veröffentlicht.

2 Blitzschutzsystem

Im Abschnitt 5.1 des Beiblattes 5 wird in einer Anmer-kung deutlich darauf hingewiesen: dass ein PV-Gene-rator bereits bei geringer solarer Einstrahlung Strom und Spannung liefert. Dies ist bei der Montage und bei Fehlern zu beachten.

2.1 Äußerer Blitzschutz

Ein Blitzschutzsystem der Schutzklasse III, entspricht den normalen Anforderungen für ein PV-Stromversor-

gungssystem. In besonderen Einzelfällen, z. B. bei Kulturgütern oder Anforderungen an erhöhter Verfüg-barkeit der Anlage, sollte die Erfordernis zusätzlicher Maßnahmen oder eine abweichende Blitzschutzklas-se nach DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-3) geprüft werden.

Werden vom Gesetzgeber Blitzschutzmaßnahmen als Bestandteil des vorbeugenden Brandschutzes gefor-dert, dürfen diese durch PV-Stromversorgungsysteme nicht beeinträchtigt werden.

PV-Stromversorgungssysteme sind Dachaufbauten, die nach DIN EN 62305-3 (VDE0185-305-3) nach Möglichkeit mit getrennten Fangeinrichtungen gegen direkte Blitzeinschläge zu schützen sind. Die Positio-nierung der Fangeinrichtung kann mittels drei Verfah-ren ermittelt werden (siehe Bild 1):- Blitzkugelverfahren- Maschenverfahren- Schutzwinkelverfahren

Um gefährliche Funkenbildung gegen Teile des PV-Stromversorgungssystems zu vermeiden, sind die Fangeinrichtungen unter Berücksichtigung des Tren-nungsabstandes zu errichten. Dieser ist entsprechend nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) zu ermitteln.

Kann der erforderliche Trennungsabstand nicht ein-gehalten werden, so wird empfohlen geeignete Ver-bindungen zwischen dem Blitzschutzsystem und den Komponenten des PV-Stromversorgungsystems her-zustellen. Dabei ist zu beachten, dass die daraus re-sultierenden Teilblitzströme erst in der Erdungsanlage ausgekoppelt werden können. Dies ist bei der Auswahl der Überspannungsschutzgeräte ebenfalls zu berück-sichtigen.

2.2 Innerer Blitzschutz

Die Vermeidung gefährlicher Funkenbildung in der zu schützenden baulichen Anlage ist eine grundlegende Forderung der DIN EN 62305-3. Aufgrund der beson-deren technischen Bedingungen bei PV-Stromversor-gungssystemen hat diese Forderung auch im Beiblatt 5 eine zentrale Bedeutung.

Gefährliche Funkenbildung kann auftreten zwischen dem äußeren Blitzschutzsystem und anderen Bautei-len, wie:• der metallenen Installation;• dem PV-Stromversorgungssystem;• den elektrischen und elektronischen Systemen in-

nerhalb der zu schützenden baulichen Anlage;• den in die bauliche Anlage eingeführten äußeren lei-

tenden Teilen, Kabeln und Leitungen.

Verfasser: Dipl.-Ing. Jürgen WettingfeldDieser Beitrag wurde im Rahmen der VDE/ABB-Tagung am 24. bis 25. Oktober.2013 publiziert.

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Durch folgende Maßnahmen kann eine gefährliche Funkenbildung verhindert werden:• Einhaltung des erforderlichen Trennungsabstandes

der metallenen Teile und elektrischen Einrichtungen gegenüber dem Blitzschutzsystem oder

• einen konsequenten Blitzschutz-Potentialausgleich der metallenen Teile und elektrischen Einrichtungen mit dem Blitzschutzsystem.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die daraus resultierenden Teilblitzströme in das Gebäude und in das PV-Stromversorgungssystem zu beachten sind.

In diesem Zusammenhang ist die Notwendigkeit von Überspannungsschutzmaßnahmen auf der Wechsel-stromseite des PV-Stromversorgungssystems ent-sprechend DIN VDE 0100-443 sorgfältig zu ermitteln.

Ergibt sich hieraus die Notwendigkeit von Überspan-nungsschutzmaßnahmen auf der AC-Seite und soll ein Schutz des Wechselrichters sichergestellt werden, dann sind auch auf der DC-Seite Überspannungs-schutzmaßnahmen erforderlich.

Falls im betreffenden PV-Stromversorgungssystem Signal- und Kommunikationskreise vorhanden sind, dann sind diese Signal- und Kommunikationskreise ebenfalls durch Überspannung-Schutzeinrichtungen (SPDs) zu schützen.

Dabei sind folgende Normen zu berücksichtigen:• Für SPDs auf der Wechselstromseite des PV-Strom-

versorgungssystems, gilt DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11).

• Für SPDs, die in den Signal- und Kommunikations-kreisen installiert sind, gilt DIN EN 61643-21 (VDE 0845-3-1):2002-03.

• Für SPDs, die auf der Gleichstromseite des PV-Stromversorgungssystems installiert sind, gilt EN 50539-11.

Nach Abschnitt 5.4 des neuen Beiblattes 5 ist ein Min-destabstand zwischen SPD und zu beschützendem Wechselrichter zu beachten, damit ein wirkungsvoller Überspannungsschutz gegeben ist: Beträgt der Abstand zwischen SPD und dem zu schüt-zendem Wechselrichter mehr als 10 m, dann werden zusätzliche Überspannungsschutzgeräte in der Nähe des zu schützenden Wechselrichters eingebaut. Beispiel: Die DC-Leitung wird nach dem Eintritt in die bauliche Anlage in den Blitzschutz-Potentialausgleich einbezogen, wenn die nachfolgende Entfernung zwi-schen Einbauort des Überspannungsschutzgerätes und dem Wechselrichter größer als 10 m beträgt.

2.3 Auswahl von Überspannungsschutzgeräten

Unter Berücksichtigung der Fragen, ist eine äußere Blitzschutzanlage vorhanden und werden die not-wendigen Trennungsabstände zwischen der äußeren Blitzschutzanlage und den Elementen des PV-Strom-versorgungssystems eingehalten, erfolgt eine Aus-wahl der notwendigen von SPDs gemäß Bild 1.

Dabei werden die verschiedenen Einbauorte, die un-terschiedlichen Installationssituationen, die erforder-lichen SPDs und der dazugehörende Potentialaus-gleich berücksichtigt.

Bild 1: Einsatz von SPDs in PV-Stromversorgungs-systemen (Quelle: [3.], Bild 6)

Wird der Trennungsabstand nicht eingehalten, dann können DC-Leitungen vollständig geschirmt außen an der baulichen Anlage bis auf Erdniveau geführt wer-den. In diesem Fall werden induktiv eingekoppelte Spannungen reduziert. Der Kabelschirm ist am Mo-dulgestell und am Fußpunkt mit dem Erdungssystem zu verbinden. Auf den Einsatz von Überspannungs-schutzgeräten Typ 2 kann dann verzichtet werden.

Kann der Trennungsabstand nicht eingehalten wer-den, dann können DC-Leitungen geschirmt außen an der baulichen Anlage bis auf Erdniveau geführt werden. In diesem Fall ist der Kabelschirm am Hoch-punkt mit dem Fangeinrichtungssystem und am Fuß-punkt unmittelbar vor Eintritt in die bauliche Anlage mit dem Erdungssystem zu verbinden. Der Kabelschirm ist blitzstromtragfähig auszuführen und in den Blitz-schutzpotentialausgleich einzubinden, wie dies in VDE 0185-305 Teil 3 und Teil 4 beschrieben ist. Die Qualität dieser Maßnahme hängt weitestgehend von der quali-tativen Ausführung ab.

In diesem Fall kann der Einsatz eines Überspan-nungsschutzgerätes Typ 2 auf Erdniveau ausreichend sein, wenn am PV-Generator auf der Dachebene nur ein kleiner Teilblitzstrom eingekoppelt wird. Dies ist abhängig von der Länge der geschirmten Leitung, der Qualität des verwendeten Schirmes, von der Aus-führung des Blitzschutzpotentialausgleiches auf der

Verfasser: Dipl.-Ing. Jürgen WettingfeldDieser Beitrag wurde im Rahmen der VDE/ABB-Tagung am 24. bis 25. Oktober.2013 publiziert.

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Dachebene (Maschenweite) und der Anzahl der Ablei-tungen des äußeren Blitzschutzes. Dies ist im Einzel-fall zu überprüfen (siehe hierzu DIN EN 62305-4)

Diese Neuerungen wirken sich auch auf das Flussdia-gramm zur Auswahl der Schutzmaßnahmen aus, dass aus diesem Grund angepasst wurde (Bild 2).

Gemäß DIN VDE 0100-712, Abschnitt 712.54 müs-sen Schutzpotentialausgleichsleiter, wenn sie errichtet werden, parallel und in möglichst engem Kontakt mit den DC- und AC-Kabeln/Leitungen und dem Zubehör errichtet werden. Die Forderung nach einer engen Lei-tungsführung enthält auch das Beiblatt 5. Es wird dar-auf hingewiesen, dass unter bestimmten Bedingungen der Aufwand für Überspannungsschutzmaßnahmen reduziert werden kann (z.B. kurze Längen und Einhal-tung des Trennungsabstandes).

2.4 Blitzstromtragfähigkeit der Überspannungs-schutzgeräte

Grundsätzlich wird der Einsatz von Überspannungs-schutzgeräten vom Typ 1 auf der Gleichspannungssei-te empfohlen, wenn:• ein äußerer Blitzschutz vorhanden ist und• der notwendige Trennungsabstand nicht eingehal-

ten wird.

Die Blitzstoßstromtragfähigkeit Iimp der Typ I SPDs muss nach DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1) den Belastungen am Einbauort entsprechen und wird, in Abhängig von der Art des SPDs, ausgewählt. Alterna-tiv kann die Blitzstromtragfähigkeit wie in Beiblatt 1 zu EN 62305-4 beschrieben berechnet werden.

Bild 2: Flussdiagramm zur Auswahl von Schutzmaßnahmen (Quelle: [3.], Bild 11)Für den Praktiker ist diese Möglichkeit jedoch in der Regel die Ausnahme.

Verfasser: Dipl.-Ing. Jürgen WettingfeldDieser Beitrag wurde im Rahmen der VDE/ABB-Tagung am 24. bis 25. Oktober.2013 publiziert.

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3 Funktionserdung / Blitzschutz-Potentialaus-gleich

Die Aussagen zur Funktionserdung und zum Blitz-schutz-Potentialausgleich beziehen sich jetzt auf die metallene Unterkonstruktion.

Es werden zwei Situationen unterschieden:a) Befindet sich die Anlage im Schutzbereich von

Fang¬einrichtungen und wird der Trennungsab-stand eingehalten, so wird eine Funktionserdung der metallenen Unterkonstruktion durchgeführt. Der Leiterquerschnitt sollte mindestens 6 mm² Cu oder eine äquivalente Stromtragfähigkeit aufweisen. Ebenso sollten alle Modulgestellschienen unterein-ander mit diesem Leiterquerschnitt verbunden wer-den.

b) Befindet sich die Anlage im Schutzbereich von Fangeinrichtungen und wird der Trennungsabstand nicht eingehalten, so sind metallene Unterkonstruk-tionen an das äußere Blitzschutzsystem und an die Haupterdungsschiene des Gebäudes entspre-chend Bild 16 anzuschließen. Die metallenen Un-terkonstruktionen werden entsprechend der Blitz-schutzklasse angebunden. Der Querschnitt sollte mindestens 16 mm² Cu oder 25 mm² Al betragen. Ebenso sind die Befestigungseinrichtungen (z. B. Tragprofile) untereinander zu verbinden. Es gelten die Anforderungen an natürliche Bestandteile ge-mäß DIN EN 62305-3.

4 PV-StromversorgungssystemalsFreiflächen-anlage

Für Freiflächenanlagen unterscheidet das Beiblatt fol-gende Fundamente:• Schraubfundamente oder• Platten- und Streifen- oder Rundfundamente

SchraubfundamenteEntsprechend der DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) beträgt bei Schutzklasse III für Vertikalerder die Min-destlänge mindestens 0,5 x l1 = 2,5m. Bei Modulge-stellen mit Schraubfundamenten / Rammfundamen-ten, welche miteinander über die metallischen Modulti-sche blitzstromtagfähig und dauerhaft verbunden sind, dürfen die im Erdreich wirksamen Einzellängen < 2,5m addiert werden um die Mindesterderlänge l1 nach DIN EN 62305-3 zu erfüllen.

Bei PV-Freiflächenanlagen sind die einzelnen Er-dungsanlagen, wie Betriebsgebäude und PV-Modul-feld, miteinander zu vermaschen. Damit entsteht eine große „Äquipotentialfläche“, die die Spannungsbean-spruchung der elektrischen Verbindungsleitungen bei

Blitzbeeinflussung zwischen PV Modulfeld und Be-triebsgebäude deutlich reduziert. Bei ausgedehnten Anlagen hat sich eine Maschengrö-ße von 20 m x 20 m bis 40 m x 40 m bewährt.Dabei können die metallenen Modultische als Teil der Masche genutzt werden sofern diese den Anforderun-gen nach DIN EN 62305-3 Tabelle 7 entsprechen. Bei Einsatz von metallenen Tragetischen in PV-Frei-flächenanlagen wird empfohlen, diese untereinander zu verbinden.

Platten- und Streifen- oder RundfundamenteStreifenfundamente haben eine deutlich reduzierte Erderwirkung gegenüber Ramm- oder Schraubfunda-menten. Aus diesem Grund wird als weitere Erdungs-maßnahme eine zusätzlich installierte Erdungsanlage, Maschenweite von 20 m x 20 m bis 40 m x 40 m, er-stellt. Dabei sind die Vorgaben nach DIN EN 62305-3 Tabelle 7 zu erfüllen. Der Anschluss der metallenen Modultische an die Erdungsanlage ist durchzuführen.

5 Literatur

[1.] DIN EN 62305-3: Blitzschutz -Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen (10-2011)

[2.] DIN EN 62305-3 Beiblatt 5: Blitz- und Überspan-nungsschutz für PV-Stromversorgungssystemen (10-2009)

[3.] DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 (VDE 0185-305-3 Bei-blatt 1) Ed. 2: Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssystemen (02-2014)

[4.] DIN VDE 0100-534 (02-2009): Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel -Tren-nen, Schalten und Steuern -Abschnitt 534: Über-spannung-Schutzeinrichtungen ( ÜSE)

[5.] DIN VDE 0100-712 (06-2006): Teil 7-712: Anfor-derungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art - Solar-Photovoltaik ( PV) Strom-versorgungssysteme

[6.] EN 50539-11 (05-2013): Überspannungsschutzge-räte für Niederspannung. Überspannungsschutz-geräte für besondere Anwendungen einschließlich Gleichspannung. Anforderungen und Prüfungen für Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Photovoltaik-Installationen

[7.] DIN EN 61643-11 (04-2013): Überspannungs-schutzgeräte für Niederspannung -Teil 11: Über-spannungsschutzgeräte für den Einsatz in Nieder-spannungsanlagen -Anforderungen und Prüfungen

[8.] DIN CLC/TS 61643-12 (09-2010): Überspan-nungsschutzgeräte für Niederspannung -Teil 12: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen –Auswahl und Anwen-dungsgrundsätze

Verfasser: Dipl.-Ing. Jürgen WettingfeldDieser Beitrag wurde im Rahmen der VDE/ABB-Tagung am 24. bis 25. Oktober.2013 publiziert.