Ein umfassender Leitfaden zur Auswahl von Solar-Überspannungsschutzgeräten (Solar-SPD).

Überspannungsschutz ist nicht nur eine Vorsichtsmaßnahme – er ist ein wesentlicher Bestandteil einer gut konzipierten Photovoltaikanlage (PV). Angesichts der zunehmenden Verbreitung von Solarenergie auf der ganzen Welt ist der Schutz dieser wertvollen Systeme vor elektrischen Transienten wichtiger denn je. Dieser Leitfaden führt Sie durch alles, was Sie über Solar-Überspannungsschutzgeräte (Solar-SPDs) wissen müssen: was sie sind, warum sie wichtig sind und wie Sie das richtige Gerät für Ihr System auswählen.

1. Was sind Solar-Überspannungsschutzgeräte (Solar-SPDs)?

Ein Solar Surge Protection Device (Solar SPD) ist eine schützende elektrische Komponente, die dazu dient, vorübergehende Überspannungsereignisse wie Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge abzuleiten oder zu absorbieren, bevor sie empfindliche Solaranlagen beschädigen können. Diese Geräte werden an wichtigen Stellen in einer Solar-PV-Anlage installiert, darunter am DC-Sammelkasten, am Photovoltaik-Wechselrichter und am AC-Verteilerfeld.

Solar-SPDs werden nach Wellenformverhalten, Entladekapazität und Installationsort kategorisiert. Zum Schutz vor Überspannungen verwenden sie typischerweise Komponenten wie Metalloxid-Varistoren (MOVs), Gasentladungsröhren (GDTs) und Transientenspannungsunterdrückungsdioden (TVS).

2. Warum benötigen Sie Solar-Überspannungsschutzgeräte?

Überspannungen stellen eine erhebliche Bedrohung für Solarsysteme dar. Deshalb ist ein Überspannungsschutz ein Muss:

Risiken durch Blitzschlag und Schaltüberspannung

• Direkte Blitzeinschläge können hochenergetische Impulse (Wellenform 10/350 µs) direkt in PV-Anlagen einspeisen und katastrophale Schäden verursachen.
• Indirekte Blitze oder elektromagnetische Kopplung (8/20 µs Wellenform) verbreiten Spannungsstöße über lange Kabel und beschädigen Wechselrichter, Steuerungen und Überwachungssysteme.
• Netzschaltvorgänge verursachen Spannungstransienten von Kondensatorbänken oder Lastabwürfen, die sich über den Wechselstromanschluss auswirken.

Verbessern Sie die Zuverlässigkeit und verlängern Sie die Lebensdauer der Geräte

• Überspannungen belasten interne Komponenten, auch wenn kein unmittelbarer Ausfall auftritt.
• Wiederholte Transienten verschlechtern die Isolierung und verringern die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF).
• Richtige Verwendung DC SPD for solar sorgt für einen Photovoltaik-Überspannungsschutz, der die Systeme über Jahre hinweg online und effizient hält.

Verbessern Sie die elektrische Sicherheit

• Überspannungen können Lichtbogenfehler, Isolationsschäden und sogar Brände verursachen.
• Ein hochwertiges Solar-Überspannungsschutzgerät begrenzt Überspannungen auf Werte, die unter der Widerstandsfähigkeit der angeschlossenen Geräte liegen.

Einhaltung von Standards

• UL 1449, IEC 61643-31 und IEC 62109 definieren SPD-Klassifizierungs-, Test- und Installationsanforderungen für PV-Systeme.
• NEC 690.7(C) und NFPA 780 erfordern SPDs für PV-Systeme, insbesondere in exponierten Außenbereichen.

LPZ-Integration (Blitzschutzzonen).

• Das Lightning Protection Zone (LPZ)-Konzept hilft bei der Bestimmung, wo und welche Art von SPD installiert werden sollte.
• SPDs vom Typ 1 dienen dem Grenzschutz (LPZ 0 bis LPZ 1), während Typ 2 und Typ 3 interne Zonen abdecken.

Um einen umfassenderen Überblick darüber zu erhalten, wie Überspannungsschutz Photovoltaikanlagen vor Blitzschlag und Netzstörungen schützt, lesen Sie unseren Grundlagenleitfaden:
👉 Überspannungsschutz für Solar-Photovoltaik-Systeme.

3. So wählen Sie die richtige Solar-SPD aus

Dieser Abschnitt ist das Herzstück Ihres Entscheidungsprozesses. Lassen Sie uns die wichtigsten Kriterien aufschlüsseln, die Ingenieure und Beschaffungsspezialisten berücksichtigen sollten.

3.1 So passen Sie SPDs an Ihre PV-Anlage an

3.1.1 Spannungsniveau (Ucpv)

Ihr Solar-Überspannungsschutzgerät muss für die maximale Systemspannung ausgelegt sein. Stets:

• Passen Sie die MCOV (maximale Dauerbetriebsspannung) so an, dass sie mindestens 10% über der Voc (Leerlaufspannung) des Systems liegt.
• Wählen Sie beispielsweise in einem 1000-V-PV-System SPDs mit einer Nennspannung von 1100 V oder höher, um ausreichend Spielraum und Langzeitstabilität zu gewährleisten.
• Verwenden Sie DC-SPDs für Solaranlagen auf der DC-Seite und AC-SPDs für Netzanschlüsse.

3.1.2 Systemstruktur

Unterschiedliche Systemarchitekturen erfordern unterschiedliche SPD-Konfigurationen:

• String-Wechselrichter: SPD in der Nähe des Wechselrichters, DC-Eingang und AC-Ausgang.
• Zentralwechselrichter: Verwenden Sie SPD vom Typ 1 in der Nähe des Haupttrennschalters.
• Mehrere MPPT: Für jeden Tracker ist möglicherweise ein eigener MPPT erforderlich Typ 2 SPD.
• Schwimmende oder ungeerdete PV-Systeme: SPDs in Y-Konfiguration oder symmetrischer Schutz von + und – zur Erde.

3.2 Wichtige zu bewertende SPD-Leistungsparameter

Stellen Sie sicher, dass diese Parameter auf die Blitzdichte, den Fehlerstrompegel und die Isolationsstärke Ihres Systems abgestimmt sind.

3.3 Erklärung der SPD-Typen (Typ 1, 2, 3, 1+2)

Sie sind sich nicht sicher, wie sich Typ 1, 2 und 3 in Funktionalität, Wellenformreaktion und Anwendungsfällen unterscheiden? Wir haben das abgedeckt Hauptunterschiede zwischen Überspannungsschutzgeräten vom Typ 1, Typ 2 und Typ 3 in einem ausführlichen Vergleichsblog, der Ihnen hilft, die richtige Wahl zu treffen.

Verwenden Sie Solar-Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1, wenn die PV-Anlage an ein externes Blitzschutzsystem (LPS) mit unzureichendem Trennungsabstand (gemäß IEC 62305-3) angeschlossen ist.

3.4 So gewährleisten Sie SPD-Sicherheit und Produktlebensdauer

• Wählen Sie SPDs mit eingebauten thermischen Trennschaltern und visuellen Fehleranzeigen für die Statusüberwachung in Echtzeit.
• Stellen Sie sicher, dass die Kurzschlussfestigkeit größer ist als der Isc (Kurzschlussstrom) des Systems.
• Wenn das SPD keinen internen Überstromschutz enthält, installieren Sie immer eine externe Sicherung oder einen Leistungsschalter in Reihe.
• Verwenden Sie niemals ein AC-SPD auf der DC-Seite einer Solar-PV-Anlage – dies kann aufgrund der kontinuierlichen Natur des Gleichstroms zu unkontrollierter Lichtbogenbildung, Komponentenausfall oder sogar einem Brand führen.

Um solche Fehlanwendungen zu vermeiden, ist es wichtig, den Unterschied zwischen AC- und DC-Überspannungsschutz zu verstehen. Entdecken Sie das Grundlegende Unterschiede zwischen AC- und DC-SPDs und erfahren Sie, wie Sie das richtige für Ihr System auswählen.

3.5 Compliance und Tests

Achten Sie auf diese Marken und Spezifikationen:

• UL 1449 5. Ausgabe (Nordamerika)
• IEC 61643-31 (PV-DC-SPDs)
• IEC 61643-11 (AC-SPDs)
• IEC 62109-1/2 (Inverter integrierte SPD-Sicherheit)
• Zertifizierung durch Dritte: TÜV, CE, Intertek, ETL

3.6 Installation und Wartbarkeit

• Installieren Sie SPDs vor dem geschützten Gerät (zwischen dem Panel und dem Wechselrichter).
• Befolgen Sie die 10 m lang ist, installieren Sie SPD an beiden Enden.
• Halten Sie die Kabellänge kurz (idealerweise < 0,5 m) und minimieren Sie den Schleifenbereich.
• Beschriften Sie alle SPDs deutlich und verwenden Sie Statusanzeigen oder Überwachungsmodule.

3.7 Anwendungsumgebung

• Im Freien? Verwenden Sie SPDs mit NEMA 4X / IP65+-Gehäusen.
• Raues Klima? Achten Sie auf UV-Beständigkeit und Hochtemperaturtoleranz.
• Berücksichtigen Sie die SPD-Leistung im Bereich von –40 °C bis +85 °C.

3.8 Kostenüberlegungen

• Kosten und Schutz in Einklang bringen – schützen Sie einen $10.000-Wechselrichter nicht zu wenig, um $30 einzusparen.
• Berücksichtigen Sie die Lebenszykluskosten: Ein billiger SPD, der in zwei Jahren ausfällt, kostet mehr Ausfallzeit.
• Vergleichen Sie den Austauschzyklus, die Garantiezeit und die Verfügbarkeit von Solar-Überspannungsschutzgeräten.

3.9 Zu vermeidende häufige Auswahlfehler

• Verwendung von Typ 2, wenn Typ 1 erforderlich ist
• Auswahl von AC-SPD für Gleichstromkreise
• Blitzdichte und Wellenform werden ignoriert
• Kein Schutz auf der AC-Seite des Systems
• Keine Abstimmung mit LPS (Lightning Protection System)
• Kein visuelles Anzeige- oder Überwachungssystem

4. Fazit

Die Auswahl des richtigen Solar-Überspannungsschutzgeräts ist nicht nur eine Aufgabe, sondern ein strategischer Schritt zum Schutz Ihrer Photovoltaik-Investition, zur Gewährleistung einer zuverlässigen Energieabgabe und zur Einhaltung von Sicherheitsstandards.

Durch das Verständnis der Typen von Solar-Überspannungsschutzgeräten, Leistungsmetriken, Systemkompatibilität und Umweltaspekten können technische Ingenieure und Einkaufsspezialisten robuste PV-Systeme bauen, die dem Test der Zeit, des Blitzschlags und allem dazwischen standhalten.

Machen Sie Ihr System nicht angreifbar. Wählen Sie das richtige Solar-SPD mit den richtigen Zertifizierungen und Spezifikationen – und Sie erhalten Sicherheit, langfristige Einsparungen und unterbrechungsfreie Stromversorgung.