Ableitstrom bei PV-Wechselrichtern – Ursachen und Auswirkungen

Wechselrichter in Photovoltaikanlagen

Wechselrichter sind eine zentrale Komponente jeder Photovoltaikanlage. Sie wandeln den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, damit dieser im Gebäude genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann.

Neben der Umwandlung der elektrischen Energie übernehmen moderne Wechselrichter auch weitere Aufgaben.

Dazu gehören beispielsweise:

• Überwachung der Anlagenleistung
• Steuerung der Energieflüsse
• Kommunikation mit Energiemanagementsystemen
• Integration von Batteriespeichern

Diese Funktionen werden durch komplexe elektronische Schaltungen realisiert.

Leistungselektronik moderner Wechselrichter

Moderne Wechselrichter enthalten zahlreiche elektronische Komponenten zur Steuerung der Energieumwandlung.

Zu den wichtigsten Bauteilen gehören:

• Leistungshalbleiter
• Gleichrichterstufen
• elektronische Schalter
• Filterelemente

Diese Bauteile ermöglichen eine effiziente Umwandlung elektrischer Energie.

Gleichzeitig können sie jedoch auch bestimmte elektrische Nebeneffekte verursachen.

Ein solcher Effekt sind sogenannte Ableitströme.

Was ist ein Ableitstrom?

Ein Ableitstrom ist ein kleiner elektrischer Strom, der über unerwünschte Wege abfließt.

In elektrischen Anlagen kann dies beispielsweise über folgende Wege erfolgen:

• Gehäuse von elektrischen Geräten
• Schutzleiter
• kapazitive Kopplungen zwischen Leitungen
• elektronische Bauteile

Solche Ableitströme sind in vielen elektrischen Geräten vorhanden und grundsätzlich normal.

Entstehung von Ableitströmen in Wechselrichtern

In Photovoltaikanlagen können Ableitströme durch verschiedene Faktoren entstehen.

Zu den häufigsten Ursachen gehören:

• elektronische Schaltvorgänge
• kapazitive Kopplungen
• Filterelemente im Wechselrichter
• parasitäre Kapazitäten in Leitungen

Besonders die schnellen Schaltvorgänge der Leistungselektronik können dazu führen, dass kleine Ströme über alternative Wege abfließen.

Diese Ströme werden als Ableitströme bezeichnet.

Einfluss von Filterschaltungen

Viele Wechselrichter enthalten spezielle Filterschaltungen zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen.

Diese Filter bestehen häufig aus Kondensatoren und anderen elektronischen Bauteilen.

Solche Bauteile können kleine elektrische Ströme gegen Erde ableiten.

Dadurch entstehen Ableitströme über den Schutzleiter.

Diese Ströme sind normalerweise sehr klein und stellen kein Sicherheitsproblem dar.

Einfluss der Kabelkapazität

Auch die Verkabelung einer Photovoltaikanlage kann Ableitströme beeinflussen.

Elektrische Leitungen besitzen eine sogenannte parasitäre Kapazität gegenüber Erde.

Wenn elektronische Bauteile im Wechselrichter schnell schalten, können über diese Kapazitäten kleine Ströme fließen.

Je länger die Leitungen sind, desto stärker kann dieser Effekt werden.

Ableitströme und Fehlerstromschutz

Fehlerstromschutzschalter überwachen den Stromfluss in einem Stromkreis und erkennen, wenn Strom über unerwünschte Wege abfließt.

Wenn Ableitströme auftreten, können sie über den Schutzleiter abfließen.

Der Fehlerstromschutzschalter erkennt diese Ströme als Differenz zwischen Hin- und Rückstrom.

Wenn die Summe dieser Ströme einen bestimmten Wert überschreitet, löst der Fehlerstromschutzschalter aus.

Gleichfehlerströme in Wechselrichtern

Neben klassischen Ableitströmen können in Photovoltaikanlagen auch Gleichfehlerströme auftreten.

Diese können beispielsweise entstehen durch:

• Fehler in der Leistungselektronik
• defekte Bauteile
• besondere Betriebszustände des Wechselrichters

Gleichstrom unterscheidet sich von Wechselstrom dadurch, dass er dauerhaft in eine Richtung fließt.

Diese Eigenschaft kann das Verhalten von Fehlerstromschutzschaltern beeinflussen.

DC-Vormagnetisierung

Wenn Gleichstrom durch den Summenstromwandler eines Fehlerstromschutzschalters fließt, kann der magnetische Kern beeinflusst werden.

Dieser Effekt wird als DC-Vormagnetisierung bezeichnet.

Dabei kann der magnetische Kern teilweise gesättigt werden.

In diesem Zustand reagiert der Fehlerstromschutzschalter weniger empfindlich auf Wechselstromfehler.

Dieser Effekt spielt insbesondere in Anlagen mit moderner Leistungselektronik eine Rolle.

Einfluss moderner Wechselrichtertechnologien

Moderne Wechselrichter verfügen häufig über integrierte Schutzfunktionen zur Überwachung von Gleichfehlerströmen.

Diese Systeme können mögliche Gleichstromanteile erkennen und den Wechselrichter automatisch abschalten.

Dadurch wird verhindert, dass gefährliche Gleichfehlerströme in das Stromnetz gelangen.

Die genaue Funktionsweise hängt vom jeweiligen Gerätetyp und Hersteller ab.

Bedeutung der Herstellerangaben

Bei der Planung einer Photovoltaikanlage spielen die Herstellerangaben der eingesetzten Geräte eine wichtige Rolle.

In den Installationsanleitungen von Wechselrichtern finden sich häufig Hinweise zu möglichen Ableitströmen und zu geeigneten Schutzmaßnahmen.

Installateure sollten daher prüfen:

• maximale Ableitströme des Wechselrichters
• mögliche Gleichfehlerströme
• empfohlene Schutzgeräte

Diese Angaben sind eine wichtige Grundlage für eine sichere Installation.

Normative Anforderungen

Die Installation von Photovoltaikanlagen erfolgt auf Grundlage verschiedener elektrotechnischer Normen.

Zu den wichtigsten gehören:

DIN VDE 0100-410
Schutz gegen elektrischen Schlag.

DIN VDE 0100-530
Auswahl und Errichtung von Schalt- und Schutzgeräten.

DIN VDE 0100-712
Elektrische Anlagen von Photovoltaik-Stromversorgungssystemen.

Diese Normen definieren grundlegende Anforderungen an Schutzmaßnahmen in elektrischen Anlagen.

Fazit

Ableitströme sind ein normaler Bestandteil vieler elektrischer Geräte, auch in Photovoltaikanlagen.

Sie entstehen durch elektronische Bauteile, Filterschaltungen und kapazitive Effekte in der Anlage.

Bei der Planung von Photovoltaikanlagen sollten mögliche Ableitströme sowie die technischen Eigenschaften der eingesetzten Geräte berücksichtigt werden.

Eine sorgfältige Planung trägt dazu bei, einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Anlage zu gewährleisten.

Weiterführende Informationen

Wenn Sie sich intensiver mit der Auswahl und Installation eines FI Typ B für Photovoltaik-Anlagen beschäftigen möchten, finden Sie hier weiterführende technische Informationen:

• FI Typ B bei PV-Anlagen – Normen, Wechselrichter und richtige Auswahl
• FI Typ B in PV-Anlagen – Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100-712
• DC-Vormagnetisierung bei Wechselrichtern – warum FI-Schalter beeinflusst werden können
• Fehlerströme bei PV-Wechselrichtern – Ursachen und Auswirkungen
• Warum erzeugen Photovoltaikanlagen Fehlerströme? Technische Hintergründe