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Blitzschutz, Erdung und Potentialausgleich

Es gibt keine eindeutigen Vorschriften, die den Blitzschutz von Photovoltaik Anlagen regeln. Das gilt zumindest für Anlagen auf normalen privaten Gebäuden, für öffentliche Gebäude und für Hochhäuser gelten andere Vorschriften, die hier außer Acht gelassen werden sollen. Dringend empfohlen wird ein Schutz für Anlagen mit einer Leistung ab 10 Kilowatt, aber eine konkrete Beurteilung der Gefährdung ist nur im Einzelfall möglich.

Bisweilen verlangen Versicherungen den Nachweis eines wirksamen Blitzschutzes auch für kleinere Dachanlagen. Für den Kunden ist es im Normalfall nicht möglich, den erforderlichen Umfang der zu ergreifenden Schutzmaßnahmen zu bestimmen. Er wird sich hier auf das Urteil des Fachbetriebs verlassen müssen, das allerdings oft auch vom Verkaufsinteresse dieses Betriebs beeinflusst wird.

Erhöht eine Photovoltaik Anlage das Blitzschlagrisiko?

Im Allgemeinen nicht, es geht also lediglich um das ohnehin vorhandene Risiko eines Blitzeinschlags in Gebäude. Eine Ausnahme liegt dann vor, wenn die Photovoltaik Anlage den höchsten Punkt in der Umgebung darstellt, also wenn sie beispielsweise auf einem höherem Gestell auf einem Flachdach installiert wird.

Das allerdings ist kein spezifisches Phänomen, das nur Solarmodule betrifft. Blitze schlagen immer vorzugsweise am höchsten Punkt eines Gebäudes ein. Eine Photovoltaik Anlage erhöht das Risiko allerdings insofern, als dass der finanzielle Schaden im Fall eines Einschlags größer ist, wenn kein entsprechender Schutz vorhanden ist.

Die Anlage selbst wird beschädigt, ebenso die elektrische Installation. Darüber hinaus kann es zu Einkopplungen ins Stromnetz kommen, die möglicherweise einen Stromausfall verursachen, für dessen Folgen der Betreiber ebenfalls haftet.

Äußerer und innerer Blitzschutz

Der Schutz gegen Blitze basiert auf zwei Strategien, die nicht alternativ, sondern in Kombination angewendet werden. Der äußere Blitzschutz dient dazu, Blitzeinschläge in die Anlage so weit wie möglich zu verhindern. Der klassische Blitzableiter ist das bekannteste Beispiel dafür. Im Prinzip handelt es sich um eine geerdete Metallstange, die über das Gebäude herausragt und dem Blitz so ein attraktiveres Ziel bietet. Ein einschlagender Blitz wird dabei in die Erde abgeleitet.

Moderne Anlagen für den äußeren Blitzschutz basieren auf demselben Prinzip. Den exakten Schutzbereich solcher Anlagen zu bestimmen, ist eine recht komplizierte Aufgabe, bei der die genaue Form des Dachs eine entscheidende Rolle spielt. Der innere Blitzschutz dient dem Zweck, die Folgen eines Blitzeinschlags zu minimieren. Eine Photovoltaik Anlage muss selbstverständlich über eine elektrische Verbindung zum Wechselrichter verfügen, der meist im Keller untergebracht ist.

Wäre die Anlage vollkommen ungeschützt, würde auch der Strom eines einschlagenden Blitzes diese Verbindung nutzen, was eine vollständige Zerstörung der Anlage zur Folge hätte. Notwendig sind also schützende Einrichtungen, die extreme Stromspitzen durch Blitze ableiten.

Parallel zur Leitung zum Wechselrichter wird dazu eine geerdete Leitung geschaltet, deren Anschluss über zwei Eigenschaften verfügen muss: Im Normalbetrieb ist der elektrische Widerstand sehr hoch, sodass der gesamte Strom über die Nutzleitung zum Wechselrichter geleitet wird. Bei hohen Spannungen ist der Widerstand deutlich kleiner als der auf der Nutzleitung, weswegen der Strom nahezu vollständig diesen Weg wählt.

Der äußere Blitzschutz ersetzt nicht den inneren

Photovoltaik Anlagen sind nicht nur durch direkte Blitzeinschläge gefährdet. Statistisch betrachtet ist dieses Risiko sogar sehr gering, wenn sich die Anlage nicht in exponierter Lage befindet. Schlägt aber ein Blitz in der Nähe ein, wirken die elektrischen Leitungen zu den Modulen wie eine Induktionsspule.

Aus diesem Grund ist es auch von Bedeutung, in welcher geometrischen Form die Gleichstromleitungen verlegt werden, mittels derer die einzelnen Module verbunden werden. Die umschlossene Fläche sollte möglichst gering sein. Durch die starken und schnell veränderlichen magnetischen Felder eines Blitzes werden Ströme induziert, die ebenfalls Schäden an der elektrischen Installation verursachen können.

Das gilt insbesondere auch für Blitzeinschläge, die durch den äußeren Blitzschutz abgefangen wurden. Diese Ströme sind nicht so stark wie bei einem direkten Einschlag in die Photovoltaik-Anlage. Der oben beschriebene grobe innere Blitzschutz, der bei sehr starken Stromspitzen aktiv wird, greift hier nicht.

Ein weiterer Überspannungsschutz ist erforderlich, um solche Spannungsspitzen abzufangen und die Elektronik zu schützen. Auch hier droht ansonsten zusätzlich eine Einkopplung dieser Spannungsspitzen in das Versorgungsstromnetz, die Schäden an der Installation des Netzbetreibers verursachen kann.

Auf einen inneren Blitzschutz sollte keinesfalls verzichtet werden. Mit geringem finanziellem Aufwand lassen sich die Folgen eines indirekten Blitzeinschlags deutlich mindern. Bereits die Verwendung eines Kabels mit spezieller Schirmung als Verbindung zwischen den Modulen und dem Wechselrichter kann zahlreiche Schäden vermeiden.

Über spezielle Anschlüsse wird diese Schirmung mit dem Gehäuse verbunden, über das ein erheblicher Teil des Stroms abfließen kann.

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von Stefanie W. aus Karlsruhe

Der Potentialausgleich

Sämtliche geerdeten Installationen eines Gebäudes müssen gemäß DIN Norm elektrisch miteinander verbunden sein, damit keine elektrischen Potentialdifferenzen entstehen können. Dazu zählen nicht nur elektrische Leitungen, sondern beispielsweise auch Wasserleitungen. Auch hier ist darauf zu achten, nicht durch eine ungeschickte Leitungsführung riesige Induktionsspulen zu erzeugen, in denen bei einem Blitzschlag starke Ströme induziert werden können.

Daher werden die in den Potentialausgleich einzubeziehenden Komponenten nicht direkt untereinander verbunden, sondern sternförmig an eine Haupterdungsschiene angeschlossen, die sich am Hausanschluss befindet. Verfügt das Gebäude über eine Blitzschutzanlage, ist ein spezieller Blitzschutz-Potentialausgleich erforderlich.

Die Blitzschutzanlage steht im Fall eines Blitzeinschlags unter einer sehr hohen Spannung, weswegen sich Funkenentladungen zu anderen geerdeten Metallteilen bilden können, wenn die Leitungen der Blitzschutzanlage diesen zu nahe kommen. Der beste Weg, dies zu vermeiden, besteht in einer geschickten Leitungsführung, die solche so genannten Näherungen vermeidet.

Ist das nicht möglich, können in diesem Fall direkte elektrische Verbindungen zwischen der Blitzschutzanlage und den zu nah benachbarten Installationen hergestellt werden. In einigen Fällen ist eine ständige Verbindung nicht wünschenswert. Hier kommen als Verbindungselemente Trennfunkenstrecken zum Einsatz, die erst ab einer speziellen Potentialdifferenz leitend werden.

Eine kurze Checkliste

Folgende Fragen sind vor der Entscheidung, ob und in welcher Form ein spezieller Blitzschutz für eine Photovoltaik Anlage installiert werden soll, zu klären:

  1. Besteht eine gesetzliche Verpflichtung für einen Blitzschutz? Das wird im Allgemeinen nicht der Fall sein, wenn es sich um ein privates Gebäude handelt.
     
  2. Ist das Gebäude besonders gefährdet? Das ist dann der Fall, wenn es sich um ein freistehendes Gebäude oder um ein Gebäude auf einer Anhöhe handelt. Also immer dann, wenn das Gebäude den höchsten Punkt in einer größeren Umgebung darstellt.
     
  3. Besteht bereits ein äußerer Blitzschutz? In diesem Fall ist eine genaue Untersuchung erforderlich. Es ist möglich, dass der bestehende Blitzschutz nach der Installation der Anlage nicht mehr ausreicht.
     
  4. Verlangt die Versicherung einen Blitzschutz? Einige Photovoltaik Versicherungen verlangen einen Blitzschutz. Denkbar sind auch spezifische Haftungsausschlüsse für den Fall eines nicht vorhandenen Blitzschutzes.

Letzte Aktualisierung: 04.04.2023