Überspannungsschutz für Solarmodule: Dimensionierung und Koordinierung 2025

Die Dimensionierung und Koordination von Überspannungsschutzgeräten für Solarmodule entscheidet darüber, ob Ihre Solarmodulanlage Blitzeinschläge und transiente Ereignisse übersteht, die teure Geräte bedrohen. Ein ordnungsgemäßer Überspannungsschutz erfordert mehr als nur die Installation allgemeiner Geräte - Sie müssen die entsprechenden Nennwerte berechnen, mehrere Schutzstufen koordinieren und Überspannungsschutzgeräte in Überstromschutz- und Erdungssysteme integrieren. Dieser umfassende Leitfaden enthält alles, was Solarkonstrukteure und -installateure für einen wirksamen Überspannungsschutz benötigen.

Blitze stellen die größte Bedrohung für Solaranlagen dar. Ein einziger Blitzeinschlag liefert genug Energie, um Wechselrichter, Module und Überwachungssysteme im Wert von mehreren zehntausend Euro sofort zu zerstören. Selbst Beinahe-Einschläge, die Hunderte von Metern entfernt sind, induzieren durch elektromagnetische Kopplung mit den Leitern der Anlage schädliche Spannungen. Die richtige Auswahl von Überspannungsschutzgeräten verhindert diese Verluste durch systematische Dimensionierung und Koordination.

Anforderungen an einen Überspannungsschutz für Solarmodule

Was macht den solaren Überspannungsschutz so einzigartig?

Photovoltaik-Solaranlagen stellen im Vergleich zu herkömmlichen Elektroinstallationen besondere Anforderungen an den Überspannungsschutz. Solaranlagen werden an exponierten Stellen montiert - oft an den höchsten Punkten von Gebäuden - und sind damit ein beliebtes Ziel für Blitzeinschläge. Lange Gleichstromleitungen zwischen den Anlagen und Wechselrichtern wirken wie Sammelantennen für die elektromagnetische Energie von Blitzeinschlägen und wandeln transiente Felder in schädliche Spannungen und Ströme um.

Der Gleichstrom-Überspannungsschutz unterscheidet sich grundlegend von Wechselstromanwendungen. Gleichstrom hat eine konstante Spannung ohne Nulldurchgänge, was zu einer anhaltenden Lichtbogenbildung in den Schutzgeräten führt, die bei Wechselstromsystemen durch natürliche Stromnulldurchgänge, die 120 Mal pro Sekunde auftreten, vermieden wird. Überspannungsschutzgeräte für Solaranlagen müssen diese Herausforderung der DC-Lichtbogenlöschung meistern, während sie mit Spannungen arbeiten, die üblicherweise 600 V bis 1500 V erreichen - wesentlich höher als die AC-Spannungen im Wohnbereich.

Solarmodule stehen immer dann unter Spannung, wenn Licht auf die Module fällt, so dass eine vollständige Abschaltung nicht möglich ist, ohne die Module physisch abzudecken oder die Dunkelheit abzuwarten. Diese permanente Stromzufuhr bedeutet, dass Überspannungsschutzgeräte sowohl die netzseitige als auch die lastseitige Spannung gleichzeitig abfangen müssen - das Öffnen von Trennschaltern beseitigt nicht die Gefahr von Stromschlägen oder Überspannungen auf der Anlagenseite der Geräte.

💡 Wichtige Erkenntnis: Überspannungsschutz für Solaranlagen ist keine optionale Luxusausrüstung - NEC 690.35 schreibt Überspannungsschutzgeräte vor, wenn die Leiter des Gleichstromkreises mehr als 2 Meter von der Anlage entfernt sind, was praktisch alle Installationen mit Ausnahme von Mikro-Wechselrichtersystemen mit Elektronik auf Modulebene betrifft.

NEC 690.35 Anforderungen an die Dimensionierung

NEC Artikel 690.35 legt die Anforderungen an Überspannungsschutzgeräte für Photovoltaikanlagen fest, einschließlich spezifischer Bestimmungen zur Dimensionierung und Koordination. Abschnitt 690.35(A) schreibt Überspannungsschutzgeräte für Gleichstromkreise vor, wenn die Leiter mehr als 2 Meter von der PV-Anlage entfernt sind. Damit ist der Überspannungsschutz für fast alle Solaranlagen vorgeschrieben, mit Ausnahme derjenigen, bei denen Mikro-Wechselrichter direkt an den Modulen montiert sind.

Der Code schreibt vor, dass SPDs für die maximal verfügbare Spannung und den maximal verfügbaren Strom an ihrem Installationspunkt ausgelegt sein müssen. Abschnitt 690.35(D) legt fest, dass SPDs eine für die Stromkreisspannung geeignete Spannung und eine für den verfügbaren Fehlerstrom ausreichende Stromstärke aufweisen müssen. Der Code gibt zwar keine genauen Nennwerte vor, überträgt aber den Konstrukteuren die Verantwortung für die ordnungsgemäße Berechnung und Festlegung angemessener Nennwerte.

Die Anforderungen an den Installationsort gemäß 690.35 verlangen, dass die SPDs an der ersten leicht zugänglichen Stelle der Gleichstromkreise angebracht werden. Für die meisten Systeme bedeutet dies Array-Kombinatoren, DC-Haupttrennschalter an Gebäudeeingängen oder DC-Eingangsklemmen von Wechselrichtern. Die Flexibilität des Codes ermöglicht es den Konstrukteuren, die Platzierung des Schutzes auf der Grundlage der Systemkonfiguration zu optimieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass der Überspannungsschutz dort vorhanden ist, wo er am effektivsten ist.

Auswahl des Überspannungsstromwertes

Berechnung des erforderlichen Entladestroms

Der Nennstrom des Überspannungsschutzes muss den maximalen Überspannungsstrom berücksichtigen, der am Installationsort aufgrund der Blitzeinwirkung und der Systemkonfiguration zu erwarten ist. Der Nennentladestrom (In) gibt den Stoßstrom an, den das Gerät wiederholt ohne Beeinträchtigung bewältigt - typischerweise getestet mit 15-20 Stoßanwendungen. Der maximale Entladestrom (Imax) ist der höchste einzelne Stoßstrom, den das Gerät ohne katastrophalen Ausfall übersteht.

Die Bewertung der Blitzeinwirkung bestimmt die geeigneten Stromstärken. Das Kerauniveau - die durchschnittlichen jährlichen Gewittertage - gibt das relative Blitzrisiko an. In Regionen mit mehr als 40 Gewittertagen pro Jahr besteht ein hohes Risiko, das einen robusten Überspannungsschutz erfordert. Daten zur Blitzdichte am Boden bieten, sofern verfügbar, eine genauere Bewertung des Blitzrisikos, gemessen in Blitzen pro Quadratkilometer und Jahr.

Der Installationsort beeinflusst die erforderliche Stromstärke. Array-Kombinatoren und DC-Hauptschalter in der Nähe exponierter Arrays sind mit der höchsten Überspannungsenergie konfrontiert und erfordern Überspannungsschutzgeräte des Typs 1 mit Nennströmen von 10/350μs. Geräte an Orten wie den DC-Eingängen von Wechselrichtern sind mit gedämpften Überspannungen konfrontiert, nachdem die Leiterimpedanz die Energie reduziert, so dass Geräte des Typs 2 mit niedrigeren Nennwerten von 8/20μs eingesetzt werden können. Die unterschiedlichen Wellenformen stellen einen dramatisch unterschiedlichen Energiegehalt dar - 10/350μs-Wellenformen liefern bei gleichem Spitzenstrom etwa 20 Mal mehr Energie als 8/20μs.

Typ 1 vs. Typ 2 Nennströme

Überspannungsschutzgeräte des Typs 1 werden mit Stromwellenformen von 10/350μs getestet, die die Stromeigenschaften eines direkten Blitzschlags simulieren. Der lange 350-Mikrosekunden-Abschnitt dieser Wellenform liefert eine anhaltend hohe Energie, die eine robuste Konstruktion des Überspannungsschutzes erfordert. Geräte des Typs 1 mit einem Nennstrom von 40 kA (10/350μs) können etwa 10 Megajoule Energie pro Impuls verarbeiten - genug, um unzureichend bemessene Schutzvorrichtungen zu zerstören.

Überspannungsschutzgeräte des Typs 2 testen mit 8/20μs-Wellenformen, die induzierte Blitzströme und Schalttransienten darstellen. Der kürzere 20-Mikrosekunden-Tail enthält weit weniger Energie als Wellenformen des Typs 1. Ein 20-kA-Gerät des Typs 2 (8/20μs) bewältigt etwa 250 Kilojoule - nur 2,5% der Energie, die ein 40-kA-Gerät des Typs 1 bewältigt. Dieser dramatische Unterschied erklärt, warum Geräte des Typs 1 wesentlich mehr kosten und warum die richtige Auswahl des SPD-Typs für jeden Standort entscheidend ist.

Verwechseln Sie nicht die Stromstärken - ein Gerät des Typs 2 mit 20 kA entspricht NICHT einem Gerät des Typs 1 mit 20 kA, obwohl es denselben Spitzenstrom hat. Die Energieaufnahme unterscheidet sich um Größenordnungen. Ein 20-kA-Gerät (8/20μs) vom Typ 2 bewältigt eine ähnliche Energie wie ein 2-3-kA-Gerät (10/350μs) vom Typ 1. Geben Sie immer sowohl die Stromstärke als auch den Wellenformtyp an, um die richtige Geräteauswahl zu gewährleisten.

⚠️ Wichtig: Hüten Sie sich vor Herstellern von Überspannungsschutzgeräten, die nur den Spitzenstrom angeben, ohne die Wellenform zu spezifizieren. Hinter diesem Versäumnis verbirgt sich oft eine minderwertige Energieverarbeitung. Verlangen Sie vollständige Angaben, einschließlich “In (10/350μs)” für Geräte vom Typ 1 und “In (8/20μs)” für Geräte vom Typ 2.

Koordinierung der Spannungsbewertung

Maximale kontinuierliche Betriebsspannung (MCOV)

Die maximale Dauerbetriebsspannung ist die höchste Spannung, die ein Überspannungsschutz dauerhaft ohne Beeinträchtigung oder falsche Aktivierung aushält. Die MCOV muss die maximale Spannung überschreiten, die unter allen normalen Betriebsbedingungen, einschließlich Temperaturschwankungen, Teilabschattungseffekten und dem Verhalten des Wechselrichters beim Tracking des maximalen Leistungspunkts, am Überspannungsschutzgerät auftritt.

Die Spannung von Solarmodulen schwankt erheblich mit der Temperatur und der Bestrahlungsstärke. Bei kalter Witterung erhöht sich die Modul-Leerlaufspannung erheblich - einige Module gewinnen 0,3-0,4% pro Grad Celsius unter den Standardtestbedingungen. Ein Modul mit einer Nennspannung von 40 VOC bei 25 °C kann bei -20 °C 50 V erreichen, was einem Anstieg von 25% entspricht. Bei der Berechnung der Stringspannung muss dieser Temperaturkoeffizient berücksichtigt werden, wobei die Methode der niedrigsten erwarteten Umgebungstemperatur nach NEC 690.7 anzuwenden ist.

Die maximale Leistungspunktspannung unterscheidet sich von der Leerlaufspannung, die normalerweise 75-85% der VOC beträgt. Wechselrichter betreiben Arrays normalerweise bei MPP-Spannung, so dass diese Spannung für die Auswahl der MCOV und nicht die VOC relevant ist. Die Spezifikationen des Überspannungsschutzes müssen jedoch den gesamten Spannungsbereich vom MPPT-Minimum bis zum temperaturkorrigierten VOC-Maximum berücksichtigen. Die MCOV sollte die MPP-Spannung um 10-20% übersteigen, um einen Spielraum für Spannungsschwankungen zu haben, ohne sich der VOC zu nähern, bei der ein Schutz erforderlich sein könnte.

Auswahl der Spannungsschutzklasse (VPR)

Der Spannungsschutzwert - auch Klemmspannung genannt - gibt die maximale Spannung an, die bei Überspannungsereignissen an geschützten Geräten auftritt. Niedrigere VPR-Werte bieten einen besseren Schutz, indem sie die Spannungsexposition auf sicherere Werte begrenzen. Die VPR muss jedoch ausreichend über dem MCOV-Wert liegen, um eine falsche Aktivierung des Überspannungsschutzes während normaler Spannungsspitzen aufgrund von Wolkenrandeffekten, Wechselrichterschaltungen oder anderen legitimen Systemvorgängen zu verhindern.

Die Spannungsfestigkeit des Geräts legt die Obergrenze für die zulässige VPR fest. Wechselrichter halten in der Regel 2000-2500 V an DC-Eingängen stand, wobei die Spezifikationen je nach Hersteller und Modell variieren. Die VPR des Überspannungsschutzes plus der Spannungsanstieg durch die Leitungsinduktivität muss unter dieser Gerätegrenze bleiben. Wenn die VPR 1500 V beträgt und die Leitungsinduktivität bei schnellen Transienten eine Überspannung von 400 V hinzufügt, erreicht die effektive Belastung des Geräts 1900 V - ausreichend für eine Widerstandsfähigkeit von 2000 V, aber marginal für Geräte mit niedrigeren Grenzwerten.

Koordinieren Sie die VPR über mehrere Schutzstufen hinweg, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Bei der Verwendung von Überspannungsschutzgeräten des Typs 1 und des Typs 2 in Reihe sollte das Gerät des Typs 1 eine höhere VPR aufweisen (typischerweise 1800-2000 V), während die Geräte des Typs 2 eine engere Klemmung aufweisen (1200-1500 V). Dieser Spannungsunterschied stellt sicher, dass das vorgeschaltete Typ-1-Gerät zuerst aktiviert wird und die hohe Energie bewältigt, während das Typ-2-Gerät die Feinabschirmung für den Schutz der Geräte übernimmt, nachdem die Überspannungsenergie auf ein handhabbares Niveau gesunken ist.

Überlegungen zur Stringspannung im Vergleich zur Systemspannung

Die Spannung der einzelnen Strings bestimmt die Anforderungen an den Überspannungsschutz auf der Ebene des Combiners, während die kombinierte Systemspannung den Schutz des Haupttrennschalters und des Wechselrichtereingangs beeinflusst. Ein System mit zehn parallel geschalteten 500-V-Strings bietet den Überspannungsschutzgeräten an jeder Stringposition 500 V, kann aber zu einem 5-kW-System kombiniert werden, das mit denselben 500 V und einer höheren Stromkapazität betrieben wird. Der Schutz pro Strang erkennt nur den Überspannungsstrom der einzelnen Stränge, nicht aber den kombinierten Strom mehrerer Stränge.

Die Überspannungsschutzvorrichtungen für den DC-Hauptschalter und den Wechselrichtereingang müssen jedoch die kombinierte Überspannungsenergie aller parallel geschalteten Strings bewältigen. Wenn jeder String einen Stoßstrom von 1.000 A liefern kann, liefert eine Anlage mit zehn Strings bei Ereignissen, die mehrere Strings gleichzeitig betreffen, potenziell 10.000 A am Haupttrennschalter. Überspannungsschutzgeräte für den Hauptschalter müssen für diese kombinierte Belastung ausgelegt sein, in der Regel für das 2-3fache des Stoßstroms der einzelnen Strings.

Die Konfiguration von geerdeten und ungeerdeten Systemen wirkt sich unterschiedlich auf die Spannungswerte aus. Bei ungeerdeten (erdfreien) Systemen entwickelt sich die Spannung symmetrisch auf den positiven und negativen Leitern im Verhältnis zur Erde - ein 600-V-System könnte +300 V und -300 V zur Erde aufweisen. Überspannungsschutzgeräte für jeden Leiter sehen nur die Spannung zwischen den Leitern und der Erde, wodurch Geräte mit niedrigerem Nennwert möglich sind. Bei geerdeten Systemen liegt die volle Spannung auf dem nicht geerdeten Leiter, was höhere Überspannungsschutzwerte für diesen Leiter erfordert.

Mehrstufige Schutzkoordination

Primärer Schutz am Array-Ursprung

Der primäre Überspannungsschutz wird in der Regel an Array Combinern oder Stringboxen installiert, wo die Leiter von den freiliegenden PV-Arrays abgehen. Diese erste Schutzstufe ist der maximalen Überspannungsenergie von direkten Blitzeinschlägen oder elektromagnetisch induzierten Strömen von nahe gelegenen Einschlägen ausgesetzt. Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1, die für Wellenformen von 10/350μs ausgelegt sind, bieten eine angemessene Robustheit für den Primärschutz.

Die Stromstärken der Primärstufe sollten den ungünstigsten Fall eines direkten Einschlags berücksichtigen. Blitzeinschläge in Solaranlagen oder nahe gelegene Gebäude können Ströme von über 100 kA in elektrische Systeme einspeisen. Einzelne Überspannungsschutzgeräte können diesen Strom zwar nicht in vollem Umfang bewältigen - er verteilt sich auf mehrere Pfade zur Erde -, doch sollte der Primärschutz in mäßig gefährdeten Gebieten mit 40-60kA (10/350μs) und in stark gefährdeten Gebieten mit 80-100kA ausgelegt werden.

Installieren Sie den Primärschutz mit möglichst kurzen Erdungsanschlüssen unter Verwendung von Leitern mit einer Mindestgröße von 6 AWG für Geräte des Typs 1. Jeder Meter Erdungsleiter führt eine Induktivität von etwa 1μH ein, die bei typischen Stoßstromanstiegsraten einen Spannungsanstieg von etwa 1 kV pro Meter verursacht. Lange Erdungsverbindungen beeinträchtigen die Wirksamkeit des Schutzes, da sie trotz des Betriebs des Überspannungsschutzes einen übermäßigen Spannungsanstieg ermöglichen. Streben Sie Erdungsverbindungen von weniger als 1 Meter an und verwenden Sie gerade Leitungen ohne unnötige Biegungen.

🎯 Profi-Tipp: Montieren Sie primäre Überspannungsschutzgeräte in Verteilerkästen oder in unmittelbarer Nähe, anstatt sie entfernt an Wänden anzubringen. Durch die nahe Montage werden die Leitungslängen sowohl zu den geschützten Leitern als auch zu den Erdungselektroden minimiert, was die Schutzwirkung bei minimalen Kosten erheblich verbessert.

Sekundärer Schutz am Gebäudeeingang

Der Sekundärschutz an den Gebäudeeingangspunkten - in der Regel die Haupt-Gleichstromunterbrecher - bietet einen Reserveschutz und schützt vor Überspannungen, die von der Seite des elektrischen Systems des Gebäudes eintreten. Diese Schutzstufe wird aktiviert, nachdem die Leiterimpedanz die Überspannungsenergie von Ereignissen, die von der Anlage ausgehen, gedämpft hat, und erlaubt etwas niedrigere Stromstärken als der Primärschutz, während ausreichende Sicherheitsmargen erhalten bleiben.

Überspannungsschutzgeräte des Typs 1 sind trotz der geringeren Energieexposition weiterhin für Gebäudeeingänge geeignet und bieten Robustheit gegen unerwartete Bedrohungen. Bewerten Sie den Sekundärschutz mit 30-50kA (10/350μs), abhängig von der Entfernung zum Primärschutz und der Blitzeinwirkung. Systeme mit langen Leitungswegen zwischen Primär- und Sekundärschutz profitieren von höheren sekundären Nennwerten, da mehr elektromagnetische Energie in lange Leitungsabschnitte einkoppelt.

Koordinieren Sie die Spannungswerte des Sekundärschutzes so, dass er bei etwas niedrigeren Spannungen als die Primärgeräte aktiviert wird. Wenn der primäre Schutz bei 1800 V und der sekundäre bei 1600 V anspricht, kann das primäre Gerät im koordinierten Betrieb die anfängliche Überspannungsenergie abfangen, während das sekundäre Gerät bei abnehmendem Strom für zusätzliche Spannung sorgt. Diese Spannungsprogression leitet die Überspannungsenergie durch die Schutzstufen, ohne dass sich die Geräte gegenseitig bekämpfen.

Tertiärer Schutz bei Geräten

Die letzte Schutzstufe an den DC-Eingängen von Wechselrichtern und anderen empfindlichen Geräten sorgt für eine präzise Spannungsbegrenzung zum Schutz der Elektronik. Überspannungsschutzgeräte des Typs 2, die für 8/20μs-Wellenformen ausgelegt sind, eignen sich für Geräte, bei denen der vorgeschaltete Schutz und die Leiterimpedanz die Überspannungsgefahr auf ein moderates Niveau reduziert haben. Der Schutz auf Geräteebene konzentriert sich auf eine enge Spannungsbegrenzung und nicht auf eine maximale Energieaufnahme.

Bewerten Sie den Geräteschutz mit 15-25kA (8/20μs) und bieten Sie damit eine ausreichende Kapazität für Überspannungen, die diesen Ort erreichen. Die niedrigeren Nennwerte im Vergleich zu Geräten des Typs 1 spiegeln die geringere Bedrohung an den geschützten Anlagenstandorten wider, nicht den unzureichenden Schutz. Der Versuch, überall Geräte des Typs 1 zu verwenden, verschwendet Geld für unnötige Hochenergiekapazitäten und bietet möglicherweise eine schlechtere Spannungsbegrenzung, da die Geräte des Typs 1 in der Regel eine höhere VPR aufweisen.

Installieren Sie Überspannungsschutzgeräte auf Geräteebene direkt an den geschützten Geräteanschlüssen - idealerweise innerhalb von 0,5 Metern. Der Spannungsanstieg durch Leitungsinduktivität erweist sich als besonders kritisch bei Geräten, bei denen eine hohe Klemmspannung empfindliche Halbleiter schützt. Selbst kurze Leitungswege zwischen Überspannungsschutzgerät und Gerät führen zu einem Spannungsanstieg, der die Vorteile des Schutzes zunichte macht. Viele moderne Wechselrichter verfügen über einen integrierten Überspannungsschutz, der eine externe Installation überflüssig macht. Überprüfen Sie jedoch, ob der integrierte Schutz den Anforderungen des Systems entspricht, bevor Sie auf externe Geräte verzichten.

Anforderungen an Erdung und Installation

Integration des Bodenelektrodensystems

Die Wirksamkeit von Überspannungsschutzgeräten hängt entscheidend von einer ordnungsgemäßen Erdung ab. Überspannungsschutzgeräte leiten den Überspannungsstrom zur Erde ab und benötigen für eine effektive Funktion niederohmige Erdverbindungen. Alle Überspannungsschutzgeräte in einer Solaranlage sollten an ein einziges gemeinsames Erdungselektrodensystem angeschlossen werden, um Erdpotentialunterschiede zu vermeiden, die einen Überspannungsstromfluss durch Geräte zwischen den Erdungspunkten verursachen.

Das Erdungselektrodensystem sollte die Anforderungen des NEC 250.50 erfüllen oder übertreffen und in der Regel aus Erdungsstäben, Baustahl oder einbetonierten Elektroden bestehen, die miteinander verbunden sind. Solaranlagen profitieren von einer verbesserten Erdung, die über die Mindestanforderungen hinausgeht. Mehrere Erdungsstangen, die in einem Abstand von mehr als 2 Metern angeordnet und mit 4 AWG oder größeren Kupferleitern verbunden sind, bieten eine geringere Impedanz als Systeme mit nur einer Stange.

Die Dimensionierung des Erdungsleiters von Überspannungsschutzgeräten beeinflusst die Schutzleistung mehr durch die Induktivität als durch den Widerstand. Eine 10-Ω-Elektrode mit einem 1 Meter langen geraden 6 AWG-Leiter bietet eine bessere Überspannungsschutzleistung als eine 5-Ω-Elektrode, die durch 10 Meter gewickelten 10 AWG-Draht erreicht wird. Die Induktivität des längeren Leiters führt bei schnellen Stoßströmen zu einem Spannungsanstieg, der den geringeren Widerstand zunichte macht. Geben Sie kurzen, geraden Erdungsleitern den Vorzug, auch auf Kosten eines etwas höheren Widerstands.

Minimierung der Leitungslänge

Die Leitungslänge zwischen Überspannungsschutzgeräten und geschützten Geräten wirkt sich direkt auf die Schutzwirkung aus. Jeder Meter Leiter führt zu einer Induktivität von etwa 1μH, die bei typischen Blitzstoßstromanstiegen (1kA/μs) einen Spannungsanstieg von etwa 1 kV pro Meter verursacht. Dieser induktive Spannungsanstieg erhöht die Klemmspannung des Überspannungsschutzes, wodurch die Wirksamkeit des Schutzes verringert oder sogar eine schädliche Spannung trotz des Betriebs des Überspannungsschutzes ermöglicht wird.

Installieren Sie Überspannungsschutzgeräte möglichst nicht weiter als 0,5 Meter von geschützten Geräteanschlüssen entfernt. Diese nahe Montage kann es erforderlich machen, Überspannungsschutzgeräte in Gerätegehäusen oder direkt neben Verteilerdosen zu platzieren, anstatt sie an der Wand zu befestigen. Die Unannehmlichkeiten bei der Installation lohnen sich, denn der Schutz wird dadurch erheblich verbessert: Durch die Verkürzung der Kabel von 3 Metern auf 0,5 Meter wird ein induktiver Spannungsanstieg von ca. 2500 V bei schnellen Überspannungen vermieden.

Wenn eine Trennung zwischen Überspannungsschutz und Gerät nicht vermieden werden kann, sollten Sie für die positiven und negativen Leitungen verdrillte Leiterpaare verwenden. Durch die Verdrillung der Leiter wird die Fläche der magnetischen Schleife minimiert und die Induktivität verringert, da die Vorwärts- und Rückstrompfade nahezu den gleichen Raum einnehmen. Die daraus resultierende Magnetfeldaufhebung verringert die Induktivität um 50% oder mehr im Vergleich zu parallelen Leitern, die selbst durch geringe Abstände getrennt sind.

Einige Hersteller von Überspannungsschutzgeräten bieten anstelle von herkömmlichen Drahtanschlüssen Stromschienenanschlusssysteme mit geringer Induktivität an. Diese Systeme verwenden flache Kupferbandverbindungen, die die parasitäre Induktivität minimieren und eine Montage des Überspannungsschutzes in etwas größerer Entfernung von den geschützten Geräten ermöglichen, ohne dass die Spannung übermäßig ansteigt. Ziehen Sie diese Premium-Designs für kritische Installationen in Betracht, bei denen eine nahe Montage des Überspannungsschutzes schwierig oder unmöglich ist.

Überstromschutz-Koordination

SPD-Stromkreisschutzanforderungen

NEC 690.35(B) verlangt einen Überstromschutz für Überspannungsschutzschaltungen, um sicherzustellen, dass ausgefallene Geräte keine Brand- oder Stromschlaggefahr darstellen. Überspannungsschutzgeräte versagen manchmal bei Kurzschlüssen nach extremen Überspannungen oder nach der Alterung von Komponenten, wodurch möglicherweise Dauerstrom aus PV-Anlagen gezogen wird, was zu thermischen Gefahren führt. Überstromschutzgeräte isolieren ausgefallene Überspannungsschutzgeräte, bevor gefährliche Bedingungen entstehen.

Die Nennwerte von Sicherungen oder Leistungsschaltern müssen einen zuverlässigen Schutz bieten, ohne den Betrieb des Überspannungsschutzes zu beeinträchtigen. Der Überstromschutz muss so bemessen sein, dass er den Durchlassstrom des Überspannungsschutzes während der normalen Überspannungsableitung bewältigen kann und sich bei einem Kurzschluss des Überspannungsschutzes zuverlässig öffnet. Typische Nennwerte für DC-Überspannungsschutzgeräte für Solaranlagen liegen im Bereich von 15-20 A. Prüfen Sie jedoch die Herstellerempfehlungen für bestimmte Geräte.

Einige Überspannungsschutzgeräte sind mit thermischen Trennschaltern ausgestattet, die ausgefallene Schutzelemente ohne externe Überstromvorrichtungen automatisch isolieren. Diese internen Trennschalter erkennen erhöhte Temperaturen aufgrund von Komponentenausfällen und trennen ausgefallene Elemente mechanisch, bevor eine Brandgefahr entsteht. Überspannungsschutzgeräte mit integriertem Wärmeschutz benötigen unter Umständen keinen externen Überstromschutz, obwohl einige Gerichtsbarkeiten externe Geräte unabhängig vom integrierten Schutz vorschreiben.

⚠️ Wichtig: Verwechseln Sie nicht die Stromstärken von Überspannungsschutzgeräten mit denen von Überstromschutzgeräten. Ein 40kA-Überspannungsschutz bezieht sich auf die Fähigkeit, Stoßströme zu verarbeiten, nicht auf Dauer- oder Fehlerströme. Der Überstromschutz von 15-20 A schützt vor anhaltenden Fehlern, wenn Komponenten des Überspannungsschutzes ausfallen, und nicht vor Überspannungsereignissen, bei denen hohe Kurzzeitströme sicher fließen.

Koordinierung mit String Fuses

Die Nennwerte der Strangsicherungen wirken sich auf die Auswahl und Koordination der Überspannungsschutzgeräte aus. Wenn Strangsicherungen einzelne Stromkreise des Arrays schützen, sehen Überspannungsschutzgeräte, die hinter den Sicherungen installiert sind, nur den Strom, den ein Strang liefern kann. Diese Anordnung ermöglicht etwas niedrigere Stromstärken der Überspannungsschutzgeräte, da die Sicherungen den maximalen Strom bei stationären Fehlern auf ihren Nennwert begrenzen (jedoch nicht bei schnellen Blitzüberspannungen, die die Reaktionszeit der Sicherungen überschreiten).

Schmelzsicherungen bieten jedoch nur minimalen Schutz bei sehr schnellen Blitztransienten. Die I²t-Werte von Sicherungen geben die Energie an, die zum Auslösen von Sicherungen erforderlich ist - selbst “schnelle” Sicherungen benötigen Millisekunden zum Öffnen, während Blitzstromspitzen in Mikrosekunden auftreten. Während dieses kurzen Zeitraums fließt der volle Blitzstrom durch die Sicherungen und kann die nachgeschalteten Überspannungsschutzgeräte trotz vorhandener Sicherungen beschädigen. Bemessen Sie Überspannungsschutzgeräte nach dem maximal zu erwartenden Überspannungsstrom, nicht nach den Nennwerten der Stringsicherungen.

Stimmen Sie die Spannungswerte des Überspannungsschutzes mit den Durchlass-Eigenschaften der Sicherungen ab. Qualitätssicherungen begrenzen den Spannungsanstieg bei Fehlern durch ihre Impedanz. Dieser Spannungsbegrenzungseffekt ergänzt die Klemmwirkung des Überspannungsschutzes, ersetzt sie aber nicht. Die Kombination aus dem Spannungsabfall der Sicherung und der Klemmspannung des Überspannungsschutzes muss unter der Stehspannung des Geräts bleiben, um eine ausreichende Schutzspanne zu gewährleisten.

Bewährte Praktiken bei der Installation

Richtige Klemmenanschlüsse

Überspannungsschutzklemmen erfordern sichere Verbindungen mit richtig dimensionierten Leitern und spezifizierten Drehmomentwerten. Lose Verbindungen führen zu Widerständen und Induktivitäten, die den Schutz beeinträchtigen und bei Überspannungsereignissen potenzielle Hotspots durch I²R-Erwärmung erzeugen. Isolieren Sie die Leiter auf die richtige Länge ab - in der Regel 10-12 mm freiliegende Leiter - und stecken Sie sie vor dem Festziehen vollständig in die Klemmen.

Die Verwendung von Aderendhülsen bei Litzen bietet eine zuverlässige Verbindung, die mit massiven Leitern vergleichbar ist. Unisolierte Litzen neigen dazu, sich unter Druck zu trennen, wobei sich einzelne Litzen verbiegen, anstatt einen gleichmäßigen Kontakt herzustellen. Aderendhülsen fassen Litzen zu festen Einheiten zusammen und verhindern dieses Verhalten. In einigen Ländern sind Aderendhülsen für alle Litzen, die mit Überspannungsschutzgeräten und anderen Schutzvorrichtungen verbunden sind, vorgeschrieben.

Ziehen Sie die Klemmenschrauben mit kalibrierten Drehmomentschlüsseln gemäß den Herstellerangaben an. Ein zu geringes Anzugsdrehmoment führt zu losen Verbindungen, die überhitzen und korrodieren, während ein zu hohes Anzugsdrehmoment die Klemmen beschädigt oder die Schrauben ablöst. Die meisten Überspannungsschutzklemmen sind mit 7-9 lb-in für 12-10 AWG-Leiter spezifiziert, aber überprüfen Sie immer die spezifischen Produktanforderungen. Dokumentieren Sie die Drehmomentwerte während der Installation und planen Sie eine erneute Überprüfung nach 6-12 Monaten, um eventuelle Lockerungen aufgrund von Temperaturschwankungen festzustellen.

Beschriften Sie die Stromkreise des Überspannungsschutzes mit eindeutigen Angaben zu Funktion, Nennspannung, Nennstrom und zugehörigem Überstromschutz. Dauerhafte Etiketten aus verblassungsbeständigen Materialien, die für den Einsatz im Freien konzipiert sind, erleichtern die zukünftige Wartung und Fehlersuche. Fügen Sie Spezifikationen für den Austausch hinzu, um sicherzustellen, dass ausgefallene Geräte durch die richtigen Geräte ersetzt werden - allgemeine “Überspannungsschutz”-Etiketten ohne Nennwerte laden zu unsachgemäßem Austausch ein, der keinen ausreichenden Schutz bietet.

Statusanzeige und Überwachung

Hochwertige Überspannungsschutzgeräte verfügen über optische Anzeigen, die den Betriebsstatus anzeigen. Grüne LEDs oder Anzeigen zeigen an, dass der Überspannungsschutz betriebsbereit ist, während rote Anzeigen oder erloschene grüne LEDs einen Ausfall signalisieren, der einen Austausch erfordert. Überprüfen Sie die Anzeigen bei der routinemäßigen Wartung - vierteljährlich an besonders exponierten Standorten oder jährlich an anderen Orten - und ersetzen Sie ausgefallene Überspannungsschutzgeräte sofort.

Einige hochwertige Überspannungsschutzgeräte bieten eine Fernüberwachung durch potentialfreie Kontakte oder Netzwerkverbindungen, die den Status an Gebäudemanagementsysteme melden. Diese Funktion erweist sich als besonders wertvoll für große kommerzielle oder versorgungstechnische Installationen, bei denen sich eine häufige manuelle Überprüfung als unpraktisch erweist. Die Fernüberwachung ermöglicht eine proaktive Wartung - der Empfang von Warnmeldungen bei einem Ausfall des Überspannungsschutzes ermöglicht einen sofortigen Austausch, so dass ein kontinuierlicher Schutz gewährleistet ist.

Überprüfen Sie Überspannungsschutzgeräte nach einem Blitzeinschlag in der Nähe auch ohne visuelle Fehleranzeige. Durch die Blitzeinwirkung können Bauteile unterhalb ihrer Ausfallschwelle beschädigt werden, so dass der Überspannungsschutz zwar betriebsbereit, aber beeinträchtigt ist. Auch wenn das Gerät die Anzeigenprüfung besteht, ist seine Schutzfunktion beeinträchtigt, so dass es nicht in der Lage ist, nachfolgende Überspannungen angemessen zu bewältigen. Ein proaktiver Austausch nach einem Blitzeinschlag verhindert, dass die Geräte bei einem erneuten Blitzeinschlag in der gleichen Gewittersaison beschädigt werden.

Häufige Fehler bei der Installation

❌ Unterdimensionierte Stromstärken

Problem: Installation von Überspannungsschutzgeräten mit Stromstärken, die für die erwartete Überspannungsbelastung am Installationsort nicht ausreichen.

Häufige Szenarien:
- Verwendung von 15-kA-Geräten des Typs 2 an Array-Ursprüngen, die einen Schutz des Typs 1 erfordern
- Auswahl von Überspannungsschutzgeräten nach dem Preis und nicht nach der Bewertung der Blitzeinwirkung
- Keine Unterscheidung zwischen 8/20μs und 10/350μs Nennstromwellenformen

Berichtigung: Beurteilen Sie die Blitzeinwirkung anhand von Keraunenwerten oder Daten zur Bodenblitzdichte. Installieren Sie Überspannungsschutzgeräte des Typs 1 mit einem Nennwert von mindestens 40kA (10/350μs) an Gruppenkombinatoren und Haupttrennschaltern in Regionen mit mäßiger Exposition und erhöhen Sie den Wert auf 60-100kA in Gebieten mit hoher Exposition. Verwenden Sie Geräte des Typs 2 mit einem Nennwert von mindestens 20 kA (8/20μs) an den Standorten der Geräte. Die Geräte mit höherem Nennwert kosten mehr, verhindern aber teure Geräteschäden, was die Investition rechtfertigt.

❌ Übermäßige Leitungslängen

Problem: Installation von Überspannungsschutzgeräten in einiger Entfernung von den geschützten Geräten mit langen Verbindungsleitungen zwischen Überspannungsschutzgerät und Geräteklemmen.

Häufige Szenarien:
- Wandmontierte Überspannungsschutzgeräte in einem gewissen Abstand zu den Wechselrichtern für eine saubere Installation
- Verlegung von Überspannungsschutzkabeln durch komplexe Kabelkanäle anstelle von geraden Verbindungen
- Installation von Überspannungsschutzgeräten in Verteilerdosen statt direkt an den geschützten Geräten

Berichtigung: Montieren Sie Überspannungsschutzgeräte innerhalb von 0,5 Metern von den geschützten Geräten und verwenden Sie möglichst kurze gerade Leitungen. Jeder Meter Leiter erhöht die Spannung bei schnellen Überspannungen um etwa 1 kV, was die Wirksamkeit des Schutzes beeinträchtigt. Akzeptieren Sie etwas unordentlichere Installationen mit nah montierten Überspannungsschutzgeräten gegenüber einer sauberen, entfernten Montage, die den Schutz beeinträchtigt. Viele Geräteschäden treten trotz des Vorhandenseins eines Überspannungsschutzes auf, weil der Spannungsanstieg in den Leitungen die Vorteile der Klemmung zunichte macht.

❌ Unsachgemäße Erdungsanschlüsse

Problem: Erdungsanschlüsse von Überspannungsschutzgeräten mit unzureichenden Leitergrößen, übermäßigen Längen, Verlegung von Schaltkreisen oder mehreren separaten Erdungselektroden.

Häufige Szenarien:
- Verwendung von mindestens 14 AWG anstelle der optimalen 6-10 AWG für Geräte des Typs 1
- Aufwickeln der überschüssigen Länge des Erdungsleiters anstelle des Abschneidens auf die Mindestlänge
- Erdung verschiedener Überspannungsschutzgeräte an getrennten Elektroden, wodurch Erdschleifen entstehen

Berichtigung: Verwenden Sie für Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 mindestens 10 AWG und für Geräte vom Typ 1 mindestens 6 AWG. Verlegen Sie die Erdungsleiter in geraden Bahnen ohne unnötige Biegungen oder Windungen - gerade Bahnen bieten eine geringere Induktivität als gebogene Bahnen, selbst bei gleicher Länge. Verbinden Sie alle Überspannungsschutzgeräte und geschützten Geräte mit einem einzigen gemeinsamen Erdungselektrodensystem, um zu verhindern, dass Potentialunterschiede zwischen den Erdungspunkten zu Überspannungsströmen in den Geräten führen.

❌ Fehlende Statusüberwachung

Problem: Installation von Überspannungsschutzgeräten ohne visuelle Anzeigen oder ohne Überprüfung des Betriebszustands, wobei ausgefallene Geräte für längere Zeit in den Systemen verbleiben.

Häufige Szenarien:
- Festlegung der kostengünstigsten Überspannungsschutzgeräte ohne Statusanzeigefunktionen
- Keine routinemäßigen Prüfverfahren für den Betriebszustand des Überspannungsschutzes
- Vorausgesetzt, Überspannungsschutzgeräte bieten während der gesamten Lebensdauer des Systems kontinuierlichen Schutz ohne Wartung

Berichtigung: Spezifizieren Sie Überspannungsschutzgeräte mit visueller Statusanzeige, die den Betriebszustand auf einen Blick erkennen lässt. Nehmen Sie die Inspektion des Überspannungsschutzes in die Routinewartung auf - überprüfen Sie die Anzeigen an besonders gefährdeten Standorten vierteljährlich und an anderen Orten jährlich. Ersetzen Sie ausgefallene Überspannungsschutzgeräte sofort, anstatt sie aufzuschieben. Ein Betrieb ohne funktionierenden Überspannungsschutz führt beim nächsten Blitzeinschlag zu teuren Geräteschäden, die die Kosten für einen proaktiven Austausch des Überspannungsschutzes leicht übersteigen.

Besondere Anwendungserwägungen

Bodenmontierte Arrays

Auf dem Boden montierte Solaranlagen sind anderen Überspannungsgefahren ausgesetzt als Dachanlagen. Freiflächenanlagen sind ein hervorragendes Ziel für Blitzeinschläge, da sie nur minimal von den umliegenden Gebäuden abgeschirmt werden. Freiflächenanlagen ermöglichen jedoch umfassendere Schutzkonzepte, einschließlich äußerer Blitzschutzsysteme mit Luftanschlüssen, die Einschläge abfangen, bevor sie die Anlagen erreichen.

Ziehen Sie ein zusätzliches Blitzschutzsystem (LPS) gemäß NFPA 780 oder IEC 62305 für große Erdungsanlagen an hochexponierten Standorten in Betracht. Richtig konstruierte LPS mit Luftanschlüssen, Ableitungen und Erdungsringen fangen einige direkte Einschläge ab und verringern so den Bedarf an Überspannungsschutzgeräten. LPS macht die Anforderungen an Überspannungsschutzgeräte jedoch nicht überflüssig - Überspannungen durch nahe gelegene Einschläge und der Spannungsanstieg bei der Entladung von LPS bedrohen immer noch Geräte, die Überspannungsschutz benötigen.

Überspannungsschutzgeräte für Bodengruppen profitieren von einer verteilten Installation anstelle eines Einzelpunktschutzes. Durch die Installation von Überspannungsschutzgeräten an den Reihenverteilern und an den Hauptsammelpunkten des Arrays wird die Überspannungsenergie auf mehrere Geräte verteilt, was die Überlebensfähigkeit des Systems verbessert. Dieser dezentrale Ansatz ist zwar teurer, lohnt sich aber bei großen, wertvollen Anlagen, bei denen Blitzschäden zu einem Stillstand der Erzeugungskapazität führen können.

Freistehende und geerdete PV-Systeme

Freistehende (ungeerdete) PV-Anlagen, bei denen kein stromführender Leiter absichtlich mit der Erde verbunden ist, erfordern dreipolige Überspannungsschutzgeräte, die den Plus- und Minuspol sowie die Geräteerde gleichzeitig schützen. Die Spannung entwickelt sich symmetrisch auf beiden Leitern im Verhältnis zur Erde - ein 600-V-System kann +300 V und -300 V zur Erde aufweisen. Die Überspannungsschutzgeräte für jeden Leiter müssen für die Spannung zwischen Leiter und Erde ausgelegt sein.

Bei geerdeten PV-Anlagen mit einem stromführenden Leiter, der mit der Erde verbunden ist, dürfen zweipolige Überspannungsschutzgeräte nur am nicht geerdeten Leiter und an der Geräteerde verwendet werden. Der solide geerdete Leiter ist direkt mit dem Elektrodensystem verbunden und benötigt keinen Überspannungsschutz. Viele Installationen verwenden jedoch auch bei geerdeten Systemen einen dreipoligen Schutz, um die Schutzspannen zu erhöhen und künftige Systemänderungen, die zu erdfreien Konfigurationen führen könnten, zu ermöglichen.

Die Interaktion von Erdschlusserkennungssystemen mit Überspannungsschutzgeräten muss sowohl bei geerdeten als auch bei erdfreien Systemen berücksichtigt werden. Überspannungsschutzgeräte erzeugen während des Betriebs absichtlich leitende Pfade zur Erde, was dazu führen kann, dass Erdschlusserkennungssysteme bei Überspannungsereignissen auslösen. Wählen Sie GFD-Systeme mit Schwellenwerten aus, die über den Leck- und Durchlassströmen des Überspannungsschutzes liegen und gleichzeitig die Empfindlichkeit beibehalten, um gefährliche Erdschlüsse zu erkennen, die eine Unterbrechung erfordern.

Hochspannungssysteme (>1000V DC)

Solaranlagen, die mit mehr als 1000 V Gleichstrom betrieben werden - was bei kommerziellen und Energieversorgungsprojekten immer häufiger vorkommt - erfordern spezielle Überspannungsschutzgeräte, die für den Betrieb bei extremen Spannungen ausgelegt sind. Nur wenige Hersteller bieten geeignete Produkte für diese Spannungen an, so dass eine frühzeitige Spezifikation und Beschaffung entscheidend ist. Die Lieferzeiten für Hochspannungsüberspannungsschutzgeräte können Monate betragen und erfordern eine Planung weit vor dem Installationszeitplan.

Hochspannungsüberspannungsschutzgeräte verwenden in der Regel in Reihe geschaltete Gasentladungsröhren, die Nennspannungen von über 1500 V erreichen. Einige Konstruktionen verwenden Hybridtechnologien, bei denen GDTs mit Metalloxidvaristoren kombiniert werden, die eine schnelle Reaktion mit hoher Spannungsfähigkeit bieten. Vergewissern Sie sich, dass Hochspannungsüberspannungsschutzgeräte über eine entsprechende Prüfzertifizierung verfügen. Generische Geräte, die nicht von einem Drittanbieter gelistet sind, können keine ausreichende Spannungskoordination aufweisen oder katastrophal ausfallen.

Personal, das an Hochspannungs-Gleichstrom-Systemen arbeitet, benötigt eine spezielle Ausbildung, die über die Standard-Elektroqualifikationen hinausgeht. Das anhaltende Lichtbogenpotenzial in Hochspannungs-Gleichstromsystemen ist besonders gefährlich, weshalb ein ordnungsgemäßer Überspannungsschutz und eine ordnungsgemäße Abschaltung kritische Sicherheitsmerkmale darstellen. Dokumentieren Sie die Installation von Überspannungsschutzgeräten gründlich, einschließlich Schaltplänen, die alle Schutzstufen und deren Koordination zeigen, um die zukünftige Fehlersuche und Wartung zu erleichtern.

Häufig gestellte Fragen

Wie berechne ich die richtige Stromstärke des Überspannungsschutzes für meine Solarmodule?

Berechnen Sie die Stromstärke des Überspannungsschutzes auf der Grundlage der Blitzeinwirkung und des Installationsorts. Für Gruppenkombinatoren und Hauptschalter in Regionen mit mäßiger Blitzeinwirkung (20-40 Gewittertage pro Jahr) sind Überspannungsschutzgeräte des Typs 1 mit einem Nennwert von mindestens 40kA (10/350μs) erforderlich. In Gebieten mit hoher Exposition sind Nennwerte von 60-100 kA erforderlich. In Bereichen mit Geräten wie den DC-Eingängen von Wechselrichtern sind Überspannungsschutzgeräte des Typs 2 mit einem Nennwert von 15-20kA (8/20μs) erforderlich. Verwechseln Sie nicht die Wellenformtypen - 20kA Typ 2 (8/20μs) bewältigt weit weniger Energie als 20kA Typ 1 (10/350μs). Geben Sie immer sowohl den Nennstrom als auch den Wellenformtyp an.

Welchen Überspannungsschutz benötige ich für ein 1000V DC Solarsystem?

Für ein 1000-V-Nennsystem muss die temperaturkorrigierte maximale VOC gemäß NEC 690.7 berechnet werden - in der Regel 1150-1200 V. Wählen Sie Überspannungsschutzgeräte aus, deren maximale Dauerbetriebsspannung (MCOV) Ihre maximale Leistungspunktspannung um 10-20% übersteigt, in der Regel 1000-1100V MCOV für 1000V-Systeme. Die Gesamtspannung des Überspannungsschutzes sollte 1200-1500 V DC betragen und die maximale VOC mit Spielraum berücksichtigen. Vergewissern Sie sich, dass die Nennspannung des Überspannungsschutzes (VPR) unter der Spannungsfestigkeit des Geräts liegt - typischerweise 2000 V bei Wechselrichtern - und berücksichtigen Sie dabei den Spannungsanstieg der Leitungsinduktivität bei schnellen Transienten.

Kann ich einen großen Überspannungsschutz anstelle von mehreren kleineren Geräten verwenden?

Ein unzureichender Schutz erfordert Überspannungsschutzgeräte an mehreren Stellen, um eine umfassende Verteidigung zu gewährleisten. Installieren Sie Geräte des Typs 1 an den Ursprüngen des Arrays und an den Gebäudeeingängen, die mit energiereichen Überspannungen umgehen können, sowie Geräte des Typs 2 an jedem Wechselrichter, die die Endgeräte schützen. Der Einpunktschutz versagt, weil die Leiterimpedanz zwischen dem Überspannungsschutz und den entfernten Geräten zu einem Spannungsanstieg führt, der den Schutz aufhebt. Jede Schutzstufe behandelt die Bedrohungen an ihrem jeweiligen Standort. Mehrere koordinierte Stufen bieten unabhängig von der Stromstärke einen besseren Schutz als einzelne Geräte.

Wie nahe müssen Überspannungsschutzgeräte an den zu schützenden Geräten installiert werden?

Montieren Sie Überspannungsschutzgeräte nach Möglichkeit in einem Abstand von 0,5 Metern zu den geschützten Geräteanschlüssen. Jeder Meter Leiter führt zu einer Induktivität von etwa 1μH, die bei typischen Überspannungsströmen einen Spannungsanstieg von etwa 1 kV verursacht. Dieser induktive Anstieg addiert sich zur Klemmspannung des Überspannungsschutzes und verschlechtert den Schutz - ein Überspannungsschutz, der 3 Meter entfernt montiert ist, führt trotz seiner Klemmspannung eine zusätzliche Spannung von etwa 3 kV ein. Eine nahe Montage verbessert die Wirksamkeit des Schutzes drastisch. Verwenden Sie eine paarweise verdrillte Leitungsführung, wenn eine Trennung nicht vermieden werden kann, um die Schleifeninduktivität zu minimieren.

Wie groß muss der Erdungsdraht bei Überspannungsschutzgeräten sein?

Verwenden Sie mindestens 10 AWG Kupfer für Überspannungsschutzgeräte des Typs 2 und mindestens 6 AWG für Geräte des Typs 1. Die richtige Installation des Erdungsleiters ist jedoch wichtiger als die Größe - ein 10 AWG-Leiter in einer geraden 0,8 m langen Strecke bietet eine bessere Leistung als ein 6 AWG-Leiter in einem 3 m langen gewickelten Draht. Die Induktivität des Erdungsleiters beeinflusst die Überspannungsleistung stärker als der Widerstand. Verlegen Sie Erdungsleiter in möglichst kurzen geraden Bahnen ohne unnötige Biegungen. Schließen Sie alle Überspannungsschutzgeräte an ein einziges gemeinsames Erdungselektrodensystem an, um Erdpotentialunterschiede zu vermeiden.

Müssen Überspannungsschutzgeräte auch ohne sichtbaren Ausfall regelmäßig ausgetauscht werden?

Ja, in Regionen mit hoher Blitzeinwirkung sollte ein proaktiver Austausch alle 5-7 Jahre in Erwägung gezogen werden, unabhängig von den Statusanzeigen. Überspannungsschutzgeräte verschlechtern sich durch die kumulative Belastung durch wiederholte Überspannungsereignisse unterhalb des Schwellenwerts, die zwar keine sichtbaren Ausfälle verursachen, aber die Schutzleistung verringern. Überprüfen Sie nach einem Blitzeinschlag in der Nähe die Überspannungsschutzgeräte und ziehen Sie einen Austausch in Erwägung, auch wenn kein Ausfall angezeigt wird - die Beanspruchung kann den Schutz auch ohne sichtbare Schäden beeinträchtigen. Ausgefallene Überspannungsschutzgeräte machen die Geräte anfällig für das nächste Blitzereignis, was die Kosten für einen proaktiven Austausch leicht rechtfertigt.

Kann ich Überspannungsschutzgeräte ohne Koordinationsprobleme in Reihe installieren?

Ja, wenn sie richtig ausgewählt werden. Halten Sie zwischen Überspannungsschutzgeräten des Typs 1 und des Typs 2 einen Abstand von mindestens 10-15 Metern ein, um eine natürliche Koordination zu ermöglichen, oder verwenden Sie Überspannungsschutzgeräte, die speziell für die Koordination in unmittelbarer Nähe entwickelt wurden. Geräte des Typs 1 sollten bei höherer Spannung (1800-2000 V) als Typ 2 (1200-1500 V) abklemmen, um sicherzustellen, dass die vorgeschalteten Geräte bei hoher Energie zuerst auslösen. Bei unsachgemäßer Koordination werden die Geräte des Typs 2 zuerst aktiviert, wodurch sie gezwungen werden, Energie zu verarbeiten, die ihren Nennwert überschreitet, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt. Konsultieren Sie die Koordinierungsleitfäden der Hersteller, wenn Sie mehrere Schutzstufen verwenden.

Verwandte Ressourcen

Ein wirksamer Überspannungsschutz für Solarmodule setzt voraus, dass man versteht, wie Überspannungsschutzgeräte mit anderen Schutzsystemkomponenten zusammenwirken.

Erfahren Sie mehr über umfassenden Überspannungsschutz in unseren detaillierten Anleitungen:

– DC SPD Systementwurf - Vollständige Spezifikation des Überspannungsschutzes
– Blitzschutz für Solaranlagen - Externe LPS-Integration
– PV Combiner Box Schutz - Einbau von Überspannungsschutzgeräten in Combinern
– DC-Erdungssysteme - Erdungselektrodensysteme für Überspannungsfestigkeit

Sind Sie bereit, einen angemessenen Überspannungsschutz für Ihre Solarmodulanlage zu implementieren? Unser technisches Team bei SYNODE bietet fachkundige Beratung bei der Auswahl von Überspannungsschutzgeräten, der Bestimmung von Strom- und Spannungswerten und der Koordination von mehrstufigen Schutzmaßnahmen. Wir helfen dabei, einen umfassenden Blitzschutz zu gewährleisten, der die Anforderungen des NEC 690.35 erfüllt und gleichzeitig die Wirksamkeit des Schutzes für Projekte von Wohngebäuden bis hin zu Energieversorgungsanlagen optimiert.

Wenden Sie sich an unsere Anwendungsingenieure, wenn Sie Unterstützung bei der Dimensionierung von Überspannungsschutzgeräten und bei der Entwicklung eines kompletten Systemschutzes benötigen.

Zuletzt aktualisiert: Oktober 2025
Autor: SYNODE Technisches Team
Rezensiert von: Fachbereich Elektrotechnik