Blitzschutz bei Photovoltaik-Anlagen

Blitzschutz? Für viele ist das nur ein Thema für Kirchen und Rathäuser, aber nicht beim Eigenheim. Aber wie so oft, kommt man bei der Auseinandersetzung mit komplexen Themen (wie einer Photovoltaikanlage) vom Hundertsten ins Tausendste.
Auf dieser Seite stellen wir kurz und knapp zusammen, ob und in welchem Umfang ein Blitzschutz bei Photovoltaik-Anlagen nötig und sinnvoll ist.

Ein Blitz hat eine Energiedichte von ca. 100 Millionen Volt und bis zu 100.000 AmpereAmpere Ampere ist die Einheit für Elektrische Stromstärke. Die elektrische Stromstärke wird mit dem Kurzzeichen A abgekürzt, in Formeln wird der Buchstabe "I" verwendet. Die Umrechnungsformel lautet: Ampere = Watt / Volt bzw. Leistung (Watt) dividiert durch Spannung (Volt) Vergleicht man Strom mit Wasser, wäre VOLT (=Spannung) der Druck auf der Leitung und AMPERE die Menge an Wasser..
Ein direkter Blitzeinschlag würde die PV-Anlage zerstören. Aber auch indirekte Einschläge (mangetische Felder nahegelegener Einschläge in bis zu 2 km Entfernung) können Überspannungen verursachen. Darüber hinaus ist die Hauselektronik gefährdet und es herrscht Brandgefahr. Um diese Risiken zu minimieren, sind bestimmte Standard-Sicherheitsvorkehrungen – wie ein „Überspannungschutz“ – vorgeschrieben. Blitzschutz ist nicht nur Personenschutz und Anlagenschutz, sondern auch Brandschutz.

Das Risiko eines Blitzeinschlags liegt deutschlandweit bei ca. 1:6 Millionen. Norddeutschland ist weniger stark gefährdet als Süddeutschland und dennoch ist ein Blitzeinschlag nicht auszuschließen. Eine PV-Anlage erhöht das Risiko eines Blitzeinschlags im Allgemeinen nicht!

Der Verband der Sachversicherer (VdS) empfiehlt einen äußeren Blitzschutz („Blitzableiter mit Fangstangen“) für PV-Anlagen über 10 kWp. Die Installation eines äußeren Blitzschutzes kann allerdings recht komplex sein und ist nur in Ausnahmefällen – bspw., wenn die Photovoltaikanlage der höchste Punkt des Hauses ist oder bei öffentlichen Gebäuden – erforderlich. Die Integration einer PV-Anlage in ein Blitzschutzkonzept ist erforderlich, es gibt jedoch keine Verpflichtung zur Errichtung eines Blitzableiters, nur weil eine PV-Anlage auf das Dach kommt.

Innerer Blitzschutz – Schutz vor Überspannungen

Stattdessen muss seit 2018 verpflichtend ein innerer Blitzschutz verbaut werden. Dieser verhindert im inneren des Hauses, dass die Überspannung in das Stromnetz gerät. Dieser Überspannungsschutz für den inneren Blitzschutz wird europaweit genormt auch „Surge Protection DeviceÜberspannungsschutz Haushaltsnetzspannung = ca. 230 Volt.  Bei höheren Spannungen können elektrische Geräte Schaden nehmen. Ein Überspannungsschutz (im englischen "Surge Protection Device" = SPD) verhindert die Ausbreitung von Überspannungen (bspw. durch Blitzeinschlag) und schützt die übrigen elektrischen Geräte vor drohendem Totalschaden. Gemäß DIN VDE 0100-443/-534 ist ein Überspannungsschutz für alle Neubauten ab 2018 und bei Erweiterung/ Veränderung der bestehenden Anlage (bspw. durch eine PV-Anlage) vorgegeben. Es gibt 3 Überspannungskategorien: Typ 1: Grobschutz vor direkten Blitzeinschlägen. Die Restspannung wird auf 1.300 bis 6.000 V reduziert. Typ 2: Mittelschutz; die Restspannung wird auf unter 600 bis 2.000 V reduziert. Typ 3: Feinschutz; reduziert die verbliebene Überspannung. Viele Wechselrichter haben bereits einen integrierten Überspannungsschutz SPD Type 2 oder Type 1 und 2 DC- und/oder AC-seitig eingebaut, was einen drohenden Totalschaden auf den Wechselrichter reduziert. Der Überspannungsschutz muss innerhalb von 10 m nach "Hauseintritt" verbaut werden. Ist die Entfernung vom Hauseintritt im Dach und dem im Keller sitzenden Wechselrichter größer als 10 m, ist in jedem Fall ein separater Überspannungsschutz zu installieren, idealerweise unmittelbar nach Hauseintritt.“ (SPD) genannt. Es gibt zwei verschiedene Typen dieser Schutzgeräte: SPD Typ 1 wird direkt in der Elektroinstallation (Sicherungskasten) verbaut. SPD Typ 2 zwischen den Komponenten der Photovoltaikanlage. Parallel dazu empfiehlt sich eine zweite Erdungsleitung zwischen Modulen und dem Wechselrichter. Bei Blitzeinschlag leitet dieser fast den gesamten Strom ins Erdreich ab.

Dieser innere Blitzschutz kann im Sicherungskasten verbaut werden, ist bei größeren (Gewerbe-)Anlagen häufig zwischen DC-Leitung und Wechselrichter im Generatoranschlusskasten verbaut oder direkt im Wechselrichter.

Blitzschutz bei Herstellern von Wechselrichtern

Da der innere Blitzschutz nach DIN VDE 0100-443 und -534 vorgeschrieben ist, wird es den Interessenten möglichst leicht gemacht: In vielen Wechselrichtern ist Typ 1 oder Typ 2 oder beide Überspannungsschütze bereits fest installiert oder aber gegen Aufpreis nachrüstbar.
Die Hersteller verfolgen dabei unterschiedliche Ansätze:

HUAWEI hat in seinem „Klassiker“ Huawei SUN2000-10KTL-M1 einen AC- und DC-Überspannungsschutz TYP 2 integriert. Allerdings kann dieser nicht vom Betreiber oder Elektriker getauscht werden. Bei einem Blitzeinschlag ist also nicht nur die „Sicherung“ kaputt, sondern auch der Wechselrichter muss getauscht werden. Die Idee dahinter: Das Risiko eines Blitzeinschlags ist so extrem gering, dass die Notwendigkeit eines Wechselrichter-Tauschs eigentlich ausgeschlossen werden kann. Aber da es eben doch nicht ganz ausgeschlossen werden kann, wird er standardmäßig für alle integriert, um im Falle eines Falles zumindest das Hausnetz (und das öffentliche Stromnetz) zu sichern und größeren Schaden abzuwenden.

FRONIUS bietet in der Wechselrichter-Serie GEN24 die Möglichkeit, den Überspannungsschutz Typ 1+2 nachzurüsten und auch zu tauschen. Die größeren Wechselrichter (Typ Verto) sind standardmäßig wahlweise mit einem Überspannungsschutz (SPD) Typ 2 auf der AC- und DC-Seite oder mit einem SPD Typ 1+2 auf der AC- und DC-Seite ausgeliefert.

Empfehlung beim Umgang mit Blitzschutz und Photovoltaikanlagen

Ist ein Blitzschutz vorhanden, muss dieser zwingend bei der Installation von PV-Anlagen berücksichtigt werden. (Abstände zwischen Blitzableiter und elektrischen Komponenten einschlisslich der Kabelführung!). Bei öffentlichen Gebäuden ist eine Blitzschutzanlage ohnehin vorgeschrieben, aber bei Privathäusern nur in seltenen Fällen, also i.d.R. nicht. Der Stromversorger Vattenfall rät auf seiner Internetseite, den Ratschlag einer Blitzschutzfachkraft einzuholen, wenn die PV-Anlage 30 cm über das Flachdach hinaus ragt oder Spitzdächern besonders exponiert sind.
Die Stadt Hamburg listet ein paar Blitzschutz-Unternehmen auf.