Blitzschutz und Potentialausgleich bei PV-Anlagen

PV-Anlagen erhöhen weder das Risiko eines Blitzschlags noch die Brandgefahr für Häuser. Wichtig ist jedoch, sie selbst gegen Blitzeinschläge und Überspannungen zu schützen. Dazu gehören der äußere und innere Blitzschutz samt Ableitern und dem sogenannten Potenzialausgleich sowie die Erdung der PV-Module.

Um PV-Anlagen ranken sich einige falsche Mythen, einer davon: PV-Anlagen würden die Brandgefahr von Häusern erhöhen. Fakt ist: PV-Anlagen können sich weder selbst entzünden noch das Risiko eines Blitzschlags erhöhen. Das Forschungsinstitut Fraunhofer ISE hat das Gefahrenpotenzial für Brände im Zusammenhang mit PV-Anlagen ermittelt. Das Ergebnis: Nur 0,006 Prozent aller PV-Anlagen verursachen einen Brand mit größerem Schaden. Damit entspricht das Brandrisiko durch PV-Anlagen dem anderer haushaltsüblicher Elektrogeräte.

Mögliche Brandursachen bei PV-Anlagen vermeiden

Sollte eine PV-Anlage dennoch Feuer fangen, lagen die Brandursachen laut Fraunhofer ISE zu rund einem Drittel bei fehlerhaften oder defekten Komponenten. Einem weiteren Drittel lagen Planungsfehler zugrunde. Das verbleibende Drittel der Brände wurde durch Installationsfehler ausgelöst. Somit gilt: Eine fachkundige Beratung sowie brandschutzgenormte Qualitätsprodukte und -komponenten bilden die Grundvoraussetzung zur Brandsicherheit einer PV-Anlage. Wichtig ist auch eine regelmäßige Wartung der Komponenten.

PV-Anlagen und Häuser vor Überspannung schützen

Auch wenn PV-Anlagen das Risiko eines Blitzeinschlags nicht erhöhen, sollten sie selbst davor geschützt sein. Denn Blitze und Überspannungen gehören zu den häufigsten Schäden an PV-Anlagen und verursachen hohe Reparaturkosten. Gleichzeitig können die Folgen von Blitzeinschlägen schwerwiegender sein, wenn die PV-Anlage auf dem Dach nicht gegen Überspannungen geschützt ist – dann können auch andere technische Geräte im Haus ausfallen oder geschädigt werden. Das gilt auch bei indirekten Blitzeinschlägen im Umkreis von 500 m.

PV-Anlage richtig für den Brandfall versichern

Einige Versicherungen bestehen zudem auf ein Blitzschutzsystem, um Solarstromanlagen umfassend abzusichern. Wollen Hauseigentümerinnen und Hauseigentümer die Police nicht riskieren, sollten sie bereits bei der Planung einer PV-Anlage auf ein Blitzschutz- und Überspannungskonzept achten.

Überspannungsschutz von PV-Anlagen

Seit 2018 ist es Pflicht, neu geplante Gebäude, die an das Stromnetz angeschlossen sind, mit Überspannungsschutz auszustatten (nach DIN VDE 0100-443 und -534). Für ältere Gebäude gilt die Verpflichtung erst, wenn Veränderungen an der Elektrik vorgenommen werden – auch für diese Gebäude ist ein Überspannungsschutz jedoch dringend empfohlen.

Den Schutz gibt es sowohl für Wechselstromleitungen vom Versorgungsnetz (AC) als auch für die Gleichstromleitungen von den PV-Modulen (DC). Hauseigentümerinnen und Hauseigentümer, die eine PV-Anlage kaufen wollen, sollten deshalb auf einen AC- und DC-seitigen Blitzschutz für die Anlage achten.

Äußerer Blitzschutz bei PV-Anlagen

Vor Überspannung schützen der äußere und der innere Blitzschutz. Ersterer befindet sich außerhalb des Hauses. Er besteht aus mehreren vertikalen Metallstangen auf dem Dach, die miteinander und über eine Metallleitung mit der Erde verbunden sind. Wichtig ist, dass diese Fangstangen die höchsten Punkte auf dem Dach ausmachen, um den Blitz „einzufangen“.

Außerdem müssen sie einen Mindestabstand von 0,5 m bis 1,0 m zu den PV-Modulen haben. Der Trennungsabstand verhindert, dass Blitze auf die Solarmodule überspringen. Die Fangstangen sind mit Erdleitungen mit geringem elektrischem Widerstand verbunden. So kann der Blitz über das Stangensystem in die Erde ableiten.

Nicht jedes Haus besitzt einen äußeren Blitzschutz. In diesem Fall macht auch eine PV-Anlage ein solches Stangensystem nicht notwendig. Da hier kaum mit Blitzeinschlägen zu rechnen ist, reicht der Überspannungsschutz in der Hausinstallation, der sogenannte innere Blitzschutz.

Innerer Blitzschutz bei PV-Anlagen

Der innere Blitzschutz einer PV-Anlage wirkt mit Überspannungsableitern, auch SPD (surge protection device) genannt, gegen Folgeschäden von Blitzeinschlägen – egal, ob der Blitz direkt im Haus einschlägt oder das Netz durch einen in der Nähe eingeschlagenen Blitz überspannt. Die Überspannungsableiter werden in die Hausinstallation eingebunden und leiten zu hohe Ströme in die Erde ab. Die Spannungen können so keine elektrischen Haushaltsgeräte erreichen.

Die Überspannungsableiter sind bei einer PV-Anlage auf der AC-Seite zum Schutz vor Überspannung, die vom Versorgungsnetz über den Hausanschluss eindringen, zu installieren. Empfohlen werden oft auch Ableiter auf der DC-Seite:

Überspannungsableiter auf der AC-Seite: Hier wird ein zentraler Überspannungsschutz im Vorzählerbereich installiert. Beträgt der Leitungsabstand zwischen diesem Ableiter und dem Wechselrichter der PV-Anlage mehr als 10 m, muss unmittelbar vor dem Wechselrichter noch ein zweiter Überspannungsableiter SPD Typ 2 (Mittelschutz) verbaut werden.
Überspannungsableiter auf der DC-Seite: Unmittelbar vor dem Wechselrichter kommt ein Überspannungsableiter SPD Typ 1 (Grobschutz) zum Einsatz. Ist die DC-Leitung zum Wechselrichter länger als 10 m, empfiehlt sich beim Hauseintrittspunkt ein weiterer SPD Typ 1.

Wichtig: Fehlt einem Gebäude der äußere Blitzschutz, ist ein Überspannungsschutz DC-seitig laut geltenden Normen nicht immer verpflichtend. Sofern eine Risikoanalyse zeigt, dass ein Blitzeinschlag nur materielle Schäden und keine Personenschäden verursacht, kann auf die Ableiter verzichtet werden. Dafür sprechen geringere Investitionskosten. Ein Restrisiko von höheren Schäden bei Überspannungen bleibt jedoch. Entscheiden sich Hauseigentümerinnen und Hauseigentümer für die Ableiter, sollten nach der Einführung im Haus und vor dem Wechselrichter SPD Typ 2 Überspannungsschutzgeräte installiert werden.

Potenzialausgleich: Gesicherte PV- und Elektroinstallationen

Damit der innere Blitzschutz elektrische Spannung erden kann, braucht es einen Potenzialausgleich. Er sorgt dafür, dass alle leitfähigen Teile des Hauses auf dem gleichen elektrischen Potenzial liegen. Teil des Potenzialausgleichs sind alle metallenen Konstruktionen eines Gebäudes mit Leiteigenschaften wie das Hausstromnetz oder Wasser- und Heizungsinstallationen.

All diese Metallleitungen sind über Potenzialausgleichskabel mit einer Haupterdungsschiene verbunden. Im Normalbetrieb ist der elektrische Widerstand in dieser Erdungsleitung sehr hoch – es fließt also fast kein Strom ungewollt in die Erde ab. Bei Überspannungen jedoch wird der Widerstand gering und die Induktionsströme können in die Erde ableiten. Der Potenzialausgleich ist nicht nur wichtig, um Schäden an Gebäude und PV-Anlage vorzubeugen. Die elektrische Nivellierung der Spannung schützt Menschen auch vor Stromschlägen an leitfähigen Teilen der Anlagen.

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PV-Module erden

Neben dem inneren und äußeren Blitzschutz ist es sinnvoll, die PV-Module zu erden, um die statische Elektrizität bei einem Blitzeinschlag abzuleiten. Die Gestelle von PV-Anlagen sollten immer mit der Haupterdungsschiene des Gebäudes verbunden und somit geerdet werden. Auch der Rahmen von PV-Modulen lässt sich erden, obwohl er zunächst nur eine Hilfskonstruktion bei der Montage darstellt. Ist der Rahmen geerdet, verhindert er jedoch Stromschläge für Mensch und Tier bei der Berührung des PV-Generators. Einige Hersteller verlangen sogar die Erdung für ihre Module.

Die Rahmen lassen sich auf zwei Weisen erden:

Erdung über Modulklemmen: Modulklemmen bilden einen Kontakt zwischen dem Rahmen und dem Gestell der PV-Anlage. Die Rahmen lassen sich damit leitend mit der PV-Unterkonstruktion verbinden, sodass nur noch die Schienen geerdet werden müssen. Der Aufwand ist gering. Wichtig ist jedoch, passende Modulklemmen zu kaufen. Nicht alle durchdringen die Eloxalschicht der Aluminiumrahmen – die Klemmen müssen mit einem Erdungspinn ausgestattet sein. Ist die Eloxalschicht jedoch beschädigt, kann das die Garantie des Herstellers verletzen.

Erdung über Erdungslöcher: Einige Hersteller bieten Rahmen mit vorgebohrten Erdungslöchern an. Die Montage ist etwas aufwendiger, jedoch werden keine Modulklemmen mit Erdungspin benötigt. Die Eloxalschicht bleibt damit unbeschädigt und die Vorgaben des Modulherstellers können eingehalten werden.

Zwischen Modulherstellern, Handwerksbetrieben und Sicherheitsexperten herrscht zurzeit keine Einigkeit, ob man Rahmen erden sollte. Wer sich eine PV-Anlage kaufen möchte, sollte deshalb in jeden Fall mit den Installateuren die Möglichkeiten einer Rahmenerdung besprechen.

Kosten und Installation eines PV-Blitzschutzes

Die Kosten für den inneren und äußeren Blitzschutz bei PV-Anlagen variieren je nach Vorinstallation sowie Gegebenheiten am Gebäude, der Gebäudelage und -größe. Die Einbindung einer PV-Anlage in ein bestehendes Blitzschutzsystem kostet rund 500 Euro. Wird ein neues Blitzschutzsystem errichtet, liegen die Kosten höher.

Ein Beispiel: Bei einem durchschnittlichen, freistehenden Einfamilienhaus sind für den inneren Blitzschutz zwischen 600 Euro und 1.600 Euro fällig. Beim äußeren Blitzschutz fallen rund 1.000 Euro bis 3.000 Euro an. Zusätzliche Kosten entstehen durch den Potenzialausgleich und die Erdungseinrichtung eines Hauses: mit 500 Euro bis 4.500 Euro variieren die Kosten hier besonders stark. Sinnvoll ist es, für die Errichtung des Blitzschutzes verschiedene Angebote von Fachbetrieben zu vergleichen.

Blitzschutz ist kein DIY

Wichtig ist in jedem Fall, Fachperson hinzuzuziehen: Einen Blitzschutz zu planen und zu errichten oder gegebenenfalls an ein bestehendes System anzubinden, ist Aufgabe von Elektroinstallateuren. Die Arbeit an spannungsführenden Teilen sollten Hauseigentümerinnen und Hauseigentümer ohne entsprechendes Knowhow nicht in Eigenregie übernehmen.

Auch die Abnahme kann nur von einer zertifizierten Blitzschutzfachkraft erfolgen. Unbedingt empfohlen: Das Blitzschutzsystem immer direkt mit der Planung einer neuen PV-Anlage prüfen und nicht bis nach der Installation der Anlage warten.