Technik-Blog

Bei der Planung und Installation von PV-Systemen führen Kosten- und Zeitdruck zu Fehlern. Um diese zu minimieren sollten Sie:

• den Baufortschritt kontrollieren und bei größeren Investitionen eine zusätzliche Baufortschrittskontrolle mit Zwischenabnahmen durch einen Gutachter vereinbaren.
• folgende Punkte überprüfen:
  • die Planungsunterlagen mit dem Baufortschritt oder der PV-Anlage abgleichen
  • der Einhaltung der Herstellervorschriften,
  • der Qualität der Bauausführung,
  • der Konformität mit einschlägigen Normen und Vorschriften, dazu zählen unter anderem die Normen der Reihe DIN VDE 0100-xxx, 0126-23 (62446), 0185-305-x, 61643-x.
• Schwachpunkte bei der Unterkonstruktion im Auge behalten (z.B. lose Schraubverbindungen an den Gestellen bis zu schief montierten Modulklemmen und Klemmpunkten, die nicht nach Vorgabe der Modulhersteller am Modul gesetzt sind, Module in horizontaler Richtung Stoß an Stoß (bei Dachanlagen) erfolgt und kein Spielraum für eine Längenausdehnung der Module bleibt).
• mangelhafte Befestigung der Module vermeiden
• die Verkabelung genau anschauen (werden Steckverbindungen verschiedener Hersteller eingesetzt, weisen diese ggf. selbst bei angegebener Kompatibilität der Stecker und Buchsen trotzdem Fertigungstoleranzen auf). Die Verbinder eindringende Feuchtigkeit und Schmutz in lassen die Übergangswiderstände steigen und können zu Ausfällen und zum Brand der Anlage führen.
• auf die Befestigung von Kabeln bei einer vertikalen Leitungsführung achten. Kabelbinder eignen sich kaum zur Befestigung von Kabeln, wenn Kabelbinder verwendet werden soll darauf geachtet werden, dass UV-beständige Kabelbinder montiert werden. Schellen hingegen üben einen gleichmäßig verteilten Anpressdruck auf die Kabel aus. Werden Stecker und Leitungen nicht hochgebunden, liegen diese direkt auf der obersten Schicht der Dachs auf, so dass bei Regen die Gefahr besteht, dass Wasser in die Verbindung eintritt oder der nächste Schneerutsch auf dem Schrägdach die Kabel auseinander reißt.
• korrekte Strangverschaltung (Verstringung) prüfen

Wird z.B., abweichend von den Planungsvorgaben, ein Modul zu wenig oder ein Modul zu viel im Strang eingebunden, entspricht die Strangschaltung mit mehreren horizontalen Modulreihen nicht der vom Planer vorgegebenen Eingangsbelegung der Wechselrichter hinsichtlich der verfügbaren MPP-Tracker. Große Abstände zwischen den Modulreihen können in den Morgen- und Abendstunden die untersten Module in jeder Reihe eines Solarparks verschatten. Daher sollte die unterste (verschattete) Modulreihe auf einen separaten MPP-Tracker des Wechselrichters geschaltet sein, da sich sonst zusätzlich die Leistung des gesamten oberen Strangs verringert, wenn der unterste Strang verschattet ist. Auch die Einbindung von Modulen mit unterschiedlichen Himmelsausrichtungen, Verschattungen usw. auf einen MPP-Tracker kann zur Leistungsreduzierung der Stränge Ihrer PV-Anlage führen.

Wechselrichter dürfen nicht überhitzen

Werden Wechselrichter z.B. auf der Südseite eines Gebäudes ohne eine Überdachung befestigt, führt das zum sogenannten Temperatur-Derating der Wechselrichter. Dabei setzt der Wechselrichter temperaturbedingt seine Leistung herab, um dessen Komponenten vor Überhitzung zu schützen, wenn die Sonne direkt auf das Gehäuse scheint. Gleichzeitig können z.B. am Wechselrichter angebrachte Flüssigkristallanzeigen (z.B. LCD-Displays) durch direkte Sonneneinstrahlung frühzeitig altern und ausfallen. Auch die mangelnde Wärmeabfuhr von Wechselrichtern, die so installiert wurden, dass sie sich über den Abluftstrom gegenseitig aufheizen (ungenügende Montageabstände), kann zum Derating führen.

Schutzeinrichtungen prüfen

Bei den Unter- und Hauptverteilungen reichen die Mängel von unsachgemäßen Kabeldurchführungen in das Gehäuse bis zu losen Verschraubungen an Klemmen. Teilweise werden auch immer wieder die falschen Kabelschuhe oder Klemmen beim Übergang von Aluminiumkabeln auf Kupferanschlüsse angewandt oder erst gar nicht eingesetzt.

Sorgfältige Planung bei der Wahl des Aufstellungsortes zahlt sich aus!

Die Umgebungs- oder Raumtemperatur, die Geräuschkulisse oder auch die Entfernung zu Modulen und Einspeisezähler sind bei der Wahl des richtigen Aufstellungsortes zu berücksichtigen, da Wechselrichter die bei der Stromwandlung von Gleich- in Wechselstrom entstehende Wärme entweder über Kühlrippen oder durch im Wechselrichter integrierte Lüfter an die Umgebungsluft abgeben und leistungsbezogene Geräusche als störend empfunden werden können.

Hohe Temperaturen können zur Abregelung des Wechselrichters (Derating) und, bei Überschreitung der vorgegebenen Temperaturgrenzwerte, zu einer Verringerung der Lebenserwartung der elektrischen Bauteile um bis zu 50% führen. Aufstellungsorte wie Kellerräume oder eine kühle Garage können ideal sein, Standorte wie Räume unter dem Dach, ein warmer Heizungsraum oder Orte mit direkter Sonneneinstrahlung sollen vermieden werden.

Wechselrichter Montage bei gewerblicher Nutzung

Wechselrichter müssen außerhalb von Räumen installiert werden, in denen oxidierende bzw. korrosive Dämpfe, Substanzen, Säuren oder Laugen vorhanden sind. Ebenso dürfen Wechselrichter nicht in Räumen eingesetzt werden, in denen unmittelbar mit Strahlwasser, z.B. für Reinigungszwecke umgegangen wird (z.B. Sauna, landwirtschaftliche Betriebe). Andererseits wirken sich auch Stäube z.B. aus Stall- oder auch Produktionsanlagen nicht nur auf die Leistungsfähigkeit von PV-Modulen aus, sondern können auch Wechselrichter anfänglich beeinträchtigen und über relativ kurze Zeiträume zu deren Zerstörung durch Überhitzung und/oder Korrosion führen. Auch wenn mit erhöhter Unfallgefahr durch Nutztiere wie Rindern, Schweinen usw. zu rechnen ist, verbietet sich an diesen Orten eine Wechselrichtermontage.

Die richtige Verkabelung ist eine grundlegende Voraussetzung für den störungsfreien Betrieb der Photovoltaikanlage. Die Auswahl des passenden Materials sollte durch den installierenden Fachbetrieb erfolgen. Die nachstehenden Punkte geben einen Überblick über die zu berücksichtigenden Parameter:

• Witterungs- und UV-Beständigkeit nach HD 605/A1
• Spannungsfestigkeit bis etwa 1.000 V
• Säuren- und Laugenbeständigkeit nach EN 60811-2-1
• Ozonbeständigkeit nach EN 50396
• Für Temperaturbereiche von - 40° C bis + 125° C geeignet
• Abriebfestigkeit
• Mechanische Festigkeit
• Kurzschlussfestigkeit selbst bei hohen Temperaturen von 250° C
• Geringe Außendurchmesser, um Platz zu sparen
• Flammwidrigkeit nach IEC 60332-1-2
• Halogenfrei nach EN50267-2-2

Da die Kabel auch im Freien verlegt werden, sind Kabel mit einer widerstandsfähigen Ummantelung zu verwenden, die sowohl hohen Temperaturen und starken Temperaturschwankungen widerstehen, als auch feuchtigkeits- Ozon- und UV-beständig sein müssen. Gleichzeitig sind Maßnahmen gegen Tierverbiss zu ergreifen. Die Kabelquerschnitte sind so ausreichend zu dimensionieren, dass die Gesamtverluste unter einem Prozent liegen.

PV-Kabel unter Zug, können sie Schaden nehmen, daher dürfen diese nicht zu straff gespannt werden. Allerdings sollen diese auch nicht zu lang sein und lose unter den Modulen hängen. Kabelüberlängen werden mit UV- und witterungsbeständigen Kabelbindern hochgebunden und z.B. am Modul befestigt.

Kabelreparaturen und -verlängerungen sind stets fachgerecht auszuführen, gegen eindringende Feuchtigkeit zu isolieren und anschließend sind die betroffenen Kabelbereiche zugentlastet aufzuhängen.

Die Berührungssicherheit elektrischer Anlagen hat insbesondere auf dem Dach eine hohe Bedeutung. Primär-Schädigungen durch elektrischen Schlag sind gerade auf Dächern sehr gefährlich, da sie sehr leicht zu sehr schweren Sekundärschäden (Sturz vom Dach) führen können. Eine konsequente Erdung aller metallischen Teile einer elektrischen Anlage ist gemäß DIN VDE 0100, Teil 712 in jedem Falle zwingend vorgeschrieben.

Insbesondere bei Verwendung trafoloser Wechselrichter ist eine kapazitive Aufladung auf hohe Gleichspannungen am Modul nicht auszuschließen. Die Folge können hohe Berührungsspannungen am Modul sein. Die Hersteller trafoloser Wechselrichter schreiben aus diesem Grunde eine Erdung der Modulrahmen verbindlich vor (Beispiel Bedienungsanleitung SMA):

„In diesem Zusammenhang achten Sie bitte unbedingt darauf, dass berührbare leitende Teile des PV-Generators (z.B. Metallrahmen, aluminiumhaltige Folien der Module, Tragkonstruktionen etc.) geerdet sein müssen, damit im Betrieb auftretende Verschiebungsladungen abgeleitet werden können.“

Beim Aufbau von PV-Anlagen wird diese vorgeschriebene Erdung der Module in der Praxis oft außeracht gelassen. Die Module werden mit ihren eloxierten Rahmen lediglich auf das Montagegestell geklemmt.

Quelle: http://service.schletter-group.com/files/addons/docman/solarmontage/statikuvalidierung/Erdungspruefung_I113503DE.pdf

Gefahr durch Ableitstrom!

Eine unzureichende Erdung des Wechselrichters kann zu schweren Verletzungen oder zum Tode führen! Stellen Sie sicher, dass die Geräte korrekt durch einen zertifizierten Elektroinstallateur geerdet werden.

Grundlegende Informationen zur Erdung

Wechselrichter müssen i.d.R. geerdet werden, um den Aufbau einer Potentialdifferenz zu verhindern. Bei nicht vorhandener oder mangelnder Erdung besteht Stromschlaggefahr, darüber hinaus können bei unzureichender Erdung auch Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) auftreten.

Die Erdung ist auch als eine Maßnahme zum Überspannungsschutz zu sehen. Deshalb ist für die Erdung ein Leitungsquerschnitt zu wählen, der größer ist, als der Querschnitt der Netzzuleitung.

Die Erdleitung ist in größtmöglichem Abstand und nicht direkt parallel zur Netzzuleitung zu verlegen. Die getrennte Verlegung ist notwendig um elektromagnetische Beeinflussung der Leitungen (Einkopplung von Störungen) zu verhindern.

Photovoltaikanlagen bestehen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien und Bauteile, die z.T. ganzjährig der Witterung und hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Hierauf reagieren die Materialien unterschiedlich und z.T. haben die Hersteller der Bauteile dieses Reaktionsverhalten bereits in der Materialauswahl und bei der Konstruktion der Teile berücksichtigt. Dennoch erfordern die verwendeten Materialien und Bauteile bei der Planung, der Installation und während des späteren Betriebes besondere Sorgfalt sowie regelmäßige Kontrolle und Pflege. Werden diese Aufgaben vernachlässigt oder nicht korrekt ausgeführt, kann ein früh- oder vorzeitiges Bauteilversagen nicht ausgeschlossen werden.

Die Herstellervorgaben und technische Regelwerke geben für alle o.g. Prozessketten wichtige und teilweise verbindliche Hinweise und Pflichten.

Gleichzeitig unterliegen Regelwerke und die daraus abzuleitenden Aufgaben steten Veränderungen. Daher besteht für eine Vielzahl von Anlagen ein sogenannter Bestandsschutz, der die Betreiberpflichten auf den Stand der Technik zum Zeitpunkt der erstmaligen Inbetriebnahme fixiert.

Dennoch sollten Betreiber die weitere Entwicklung der technischen Regelwerke im Bereich der Photovoltaik im Auge behalten um von technischen Neuerungen zu profitieren.

Allgemeine Infos zum Thema Normen:

Für all diejenigen, die mit Normen eher auf Kriegsfuß stehen, hier nochmal ein Überblick, welche Arten von Normen es gibt: Es gibt deutsche Normen, die in der Regel DIN VDE xyz oder VDI Richtlinie heißen. Diese Normen werden dann im Rahmen der europäischen Harmonisierung oft zu europäischen Normen oder umgekehrt werden europäische Normen ins deutsche Regelwerk übernommen. So entspricht z.B. die für die Photovoltaik wichtige deutsche Norm DIN VDE 0126-23 der europäischen Norm EN 62446. Die deutsche Sprachfassung heißt dann DIN EN 62446:2010 oder ÖNORM EN (für Österreich) oder SN EN (für die Schweiz) Das Erscheinungsjahr wird immer noch – getrennt durch einen Doppelpunkt – mit genannt. Kleine Bemerkung am Rande: DIN steht mittlerweile nicht mehr für “Deutsche Industrie Norm”, sondern für Deutsches Institut für Normung e.V. . Eine DIN Norm ist daher oft gar keine deutsche Industrie Norm, sondern – wie oben schon erwähnt – die Übernahme einer internationalen Norm durch das Deutsche Institut für Normung e.V.. Es gibt laut Wikipedia derzeit (2017) nur noch 15% rein deutsche DIN Normen. Die restlichen 85% sind bereits deutsche Fassungen internationaler Normen. An der Bezeichnung der Norm lässt sich außerdem erkennen, wer sie mal gemacht hat. So stammt eine DIN VDE xyz vom VDE (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik) und wurde vom DIN übernommen. Um die Verwirrung zu komplettieren steht dann weiter unten auf der Norm oft noch so etwas wie IEC 62446:2009. Das ist der Bezug auf eine internationale Norm, die dann weltweit angewandt wird. IEC steht für International Electrotechnical Commission, die internationale Normungskommission für Elektrotechnik also, mit Sitz in Genf. Alles was nichts mit Elektrotechnik zu tun hat, normt dann noch der VDI mit seinen VDI Richtlinien bzw. auf internationaler Ebene die ISO, die “International Organization for Standardization”. Manchmal findet man auf einer Norm auch etwas wie HD-60364-7-712. Das HD steht hier für Harmonisierungsdokument. Eine Norm, die also international noch in der Abstimmung und noch nicht veröffentlicht ist. Als letztes … und dann ist wirklich Schluss mit der Aufzählung … gibt es noch die Anwendungsregeln wie zum Beispiel die für die Photovoltaik wichtige VDE AR-N 4105 (hier geht es um die Netzanbindung von PV-Anlagen ans Niederspannungsnetz). Für was gibt es Anwendungsregeln und warum macht man nicht gleich eine Norm? Ganz einfach: Normen zu erstellen ist ein demokratischer und damit sehr langwieriger Prozess, insbesondere, wenn dann auch noch international Übereinkunft erzielt werden soll. Wenn man schnell und ohne große Bürokratie bestimmte Regeln auf den Weg bringen möchte, ist eine Anwendungsregel eine gute Idee. Oft werden die dort definierten Regeln, wenn sie sich denn bewährt haben, später dann in eine Norm übernommen.

Neben den Vorgaben des Wechselrichterherstellers sind im Rahmen der Errichtung und dem Betrieb von PV-Anlagen die technischen allgemeinen und anerkannten technischen Regelwerke zu beachten! Die nachstehende Aufstellung beinhaltet die zum Zeitpunkt der Erstellung (2017) wesentlichen Richtlinien. Bitte beachten Sie, dass diese Aufstellung zu dem Zeitpunkt, zu dem Sie diese lesen, bereits nicht mehr aktuell sein kann und daher keinen Anspruch auf Vollständigkeit hat:

VDE AR-E 2100-712

Titel der Anwendungsrichtlinie: Maßnahmen für den DC Bereich einer Photovoltaikanlage zum Einhalten der elektrischen Sicherheit im Falle einer Brandbekämpfung oder einer technischen Hilfeleistung.

Hier geht’s darum, was zu beachten ist, dass Einsatzkräfte in einem Brandfall nicht durch eine Photovoltaikanlage zu Schaden kommen.

Quelle: https://photovoltaikbuero.de/pv-know-how-blog/normen-fuer-den-bau-von-photovoltaikanlagen/

Die Schadenpraxis zeigt, dass viele Schäden durch frühzeitiges Erkennen und Beheben sich langsam entwickelnder Fehler hätten vermieden werden können. Offensichtliche Wartungsmängel können hierfür häufig als Ursache nachgewiesen werden, aber auch z.T. irreführende oder mangelnde Wartungsanweisungen einiger Wechselrichterhersteller. Die mit der Wartung betrauten Serviceteams können bei unzureichenden Wartungsanweisungen des Herstellers in der Praxis ohne kritische Reflexion des dort Geschriebenen zu Fehlentscheidungen verleitet werden.

Daher empfiehlt Coveris, besonders bei Zentralwechselrichteranlagen, eine regelmäßige und wiederkehrende Anlagenbegehung mit fachlicher thermographischer Überprüfung, Dokumentation und Erläuterung der Zustände aller leistungsbeaufschlagten Bauteile.

Über mehrere Jahre hinweg entsteht so eine solide Grundlage zur Bewertung von anlagenspezifischen Alterungsprozessen. Hiermit erhält der Anlagenbetreiber ein Werkzeug im Weiteren vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen effektiv und kosteneffizient planen.

Sind durch den Hersteller keine anderslautenden Wartungs- oder Servicevorgaben definiert, so empfehlt COVERIS zur dauerhaften Sicherstellung der Funktion der PV-Wechselrichteranlage eine regelmäßige Inspektion – mindestens einmal jährlich – durch eine entsprechend qualifizierte Fachkraft zu veranlassen und zu dokumentieren. In diesem Rahmen sind folgende Punkte zu berücksichtigen:

1. Vor Inspektionsbeginn überprüfen, ob der Wechselrichter die normale Betriebsfunktion hat, eventuelle Abweichungen dokumentieren.
2. Kontrolle des Wechselrichterstandortes (z.B. Montage, Bewuchs), ggf. Beseitigung der Auffälligkeiten.
3. Kontrolle des Wechselrichters hinsichtlich Verschmutzung der Kühlflächen, Luftein- und -austritte auf Verschmutzung, Wassereintritt undsonstige die Funktion beeinträchtigende Umstände.
4. Gegebenenfalls Beseitigung von Verschmutzungen, Korrosions-erscheinungen und deren Ursachen oder sonstige die Funktion beeinträchtigende Umstände.
5. Steckverbinder der DC-Verkabelung auf Festigkeit prüfen, dabei auf Veränderungen an der Isolierung achten und bei Bedarf erneuern.
6. Falls vorhanden, Überprüfung der internen Überspannungsableiter auf der DC-Seite und der Sicherungen.
7. Die Verbindungen der Leistungsverkabelung auf festen Sitz und Veränderungen sowie ggf. auf Verfärbungen an der Isolierung und des Leiters prüfen und ggf. erneuern. Sämtliche Schraubverbindungen der Leistungsverkabelung unterliegen regelmäßigen Materialspannungen durch thermische Beanspruchung, die eine Lockerung der betroffenen Schraubverbindungen nach sich ziehen können. Im Zweifel kann eine thermografische Analyse potenzielle Schadquellen identifizieren.
8. Werden im Rahmen der Inspektion verschlissene Bauteile erkannt, die nicht fest mit der Wechselrichterplatine verbunden sind, sind diese unverzüglich durch den Garantienehmer zu ersetzen, um Folge¬schäden zu vermeiden.

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Um eine schnelle Wiederinbetriebnahme vom Garantienehmer defekt gemeldeter Wechselrichter zu ermöglichen, prüft Coveris alle verfügbaren Informationen, die Hinweise zum Schadenbild und der Schadenursache und zur Vermeidung von weiteren (Folge-) Schäden liefern könnten.

Daher ist im Schadenfall Coveris stets ein Zugang zum PV-Monitoringsystem zu ermöglichen.

Übrigens können Sie die Überwachung (das Monitoring) Ihrer Anlage auch grundsätzlich Coveris überlassen. Mit unserem Produkt SequGuard stellen Sie sicher, dass Ihre PV-Anlage professionell überwacht wird und Sie im Falle eines Defektes an Ihrer Anlage von Coveris informiert werden.