Fehlerströme bei PV-Wechselrichtern – Ursachen und Auswirkungen

Rolle des Wechselrichters in Photovoltaikanlagen

Der Wechselrichter ist eine zentrale Komponente jeder Photovoltaikanlage. Während die PV-Module Gleichstrom erzeugen, wird für die Nutzung im Gebäude und für die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz Wechselstrom benötigt.

Der Wechselrichter übernimmt daher die Aufgabe, den erzeugten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom umzuwandeln.

Neben dieser Energieumwandlung übernimmt der Wechselrichter weitere wichtige Funktionen:

• Netzüberwachung
• Leistungsregelung
• Kommunikation mit Energiemanagementsystemen
• Schutzfunktionen innerhalb der Anlage

Durch diese Vielzahl an Funktionen arbeitet der Wechselrichter mit komplexer Leistungselektronik. Diese kann unter bestimmten Bedingungen Einfluss auf das Fehlerstromverhalten der Anlage haben.

Fehlerströme in elektrischen Anlagen

Fehlerströme entstehen immer dann, wenn Strom nicht über den vorgesehenen Stromkreis zurückfließt, sondern über einen anderen Weg abgeleitet wird.

Mögliche Ursachen sind beispielsweise:

• Isolationsfehler
• beschädigte Leitungen
• defekte Geräte
• Feuchtigkeit in elektrischen Komponenten

Ein Teil des Stroms kann in solchen Fällen über den Schutzleiter oder über geerdete Bauteile abfließen.

Fehlerstromschutzschalter erkennen diese Differenz zwischen Hin- und Rückstrom und schalten den Stromkreis automatisch ab.

In klassischen Haushaltsinstallationen treten meist Wechselstromfehlerströme auf. In Anlagen mit Leistungselektronik können jedoch auch komplexere Fehlerstromformen entstehen.

Besonderheiten bei PV-Wechselrichtern

Photovoltaik-Wechselrichter arbeiten mit elektronischen Bauteilen zur Energieumwandlung.

Zu den wichtigsten Komponenten gehören:

• Leistungshalbleiter
• Gleichrichterstufen
• Schalttransistoren
• Filterelemente

Diese Bauteile ermöglichen eine effiziente Umwandlung elektrischer Energie.

Gleichzeitig können sie jedoch auch Ableitströme erzeugen, die über das Gehäuse oder den Schutzleiter abfließen.

Diese Ableitströme sind in vielen elektronischen Geräten vorhanden und stellen grundsätzlich keinen Fehler dar. In bestimmten Situationen können sie jedoch den Auslösestrom eines Fehlerstromschutzschalters erreichen.

Ableitströme durch Leistungselektronik

In Wechselrichtern entstehen Ableitströme häufig durch kapazitive Kopplungen innerhalb der elektronischen Schaltungen.

Zwischen verschiedenen Bauteilen und Leitern bestehen kleine Kapazitäten. Über diese Kapazitäten können geringe Ströme gegen Erde abfließen.

Diese Ströme sind normalerweise sehr klein. Wenn jedoch mehrere elektronische Geräte im gleichen Stromkreis betrieben werden, können sich die Ableitströme addieren.

Wenn die Summe dieser Ströme den Auslösestrom eines Fehlerstromschutzschalters erreicht, kann dieser abschalten.

In solchen Fällen liegt häufig kein tatsächlicher Defekt vor.

Gleichfehlerströme bei Wechselrichtern

Neben klassischen Ableitströmen können bei Wechselrichtern auch Gleichstromanteile auftreten.

Diese entstehen beispielsweise durch:

• Fehler in der Leistungselektronik
• defekte Halbleiterbauteile
• besondere Betriebszustände im Wechselrichter

Gleichstrom unterscheidet sich wesentlich von Wechselstrom, da er dauerhaft in eine Richtung fließt.

Diese Eigenschaft kann Auswirkungen auf die Funktion von Fehlerstromschutzschaltern haben.

Einfluss auf FI-Schalter

Fehlerstromschutzschalter arbeiten mit einem sogenannten Summenstromwandler.

Dieser enthält einen magnetischen Kern, der auf Differenzströme reagiert. Sobald eine bestimmte Differenz zwischen den Strömen erkannt wird, löst der Schutzschalter aus.

Wenn jedoch Gleichstromanteile auftreten, kann der magnetische Kern beeinflusst werden.

Dieser Effekt wird als DC-Vormagnetisierung bezeichnet.

Dabei wird der Kern magnetisch gesättigt, wodurch sich das Verhalten des Fehlerstromschutzschalters verändert.

Unterschiede zwischen FI Typ A und FI Typ B

Fehlerstromschutzschalter unterscheiden sich hinsichtlich der Fehlerstromarten, die sie erkennen können.

Ein FI Typ A erkennt:

• Wechselstromfehlerströme
• pulsierende Gleichfehlerströme

Ein FI Typ B erkennt zusätzlich:

• glatte Gleichfehlerströme
• hochfrequente Fehlerstromanteile

Damit ist ein FI Typ B in der Lage, ein deutlich breiteres Spektrum möglicher Fehlerstromformen zu erkennen.

Aus diesem Grund wird dieser Schutzschalter häufig in Anlagen mit Leistungselektronik eingesetzt.

Bedeutung moderner Wechselrichtertechnologie

Viele moderne Wechselrichter verfügen über integrierte Schutzfunktionen.

Dazu gehört häufig eine Gleichstrom-Fehlerstromüberwachung, die mögliche Gleichfehlerströme erkennt.

Wenn ein solcher Fehler erkannt wird, kann der Wechselrichter automatisch abschalten.

Diese Funktion reduziert das Risiko von Gleichfehlerströmen im angeschlossenen Stromkreis.

Trotzdem müssen bei der Planung der Anlage die Angaben des Herstellers berücksichtigt werden.

Planung des Fehlerstromschutzes bei PV-Anlagen

Die Auswahl geeigneter Schutzgeräte gehört zu den wichtigsten Aufgaben bei der Planung einer Photovoltaikanlage.

Dabei müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

• Wechselrichtertechnologie
• mögliche Gleichfehlerströme
• Herstellerangaben
• Aufbau der elektrischen Installation

Die Herstellerdokumentation des Wechselrichters enthält häufig konkrete Hinweise zur Auswahl des geeigneten Fehlerstromschutzschalters.

Diese Angaben sollten bei der Planung unbedingt berücksichtigt werden.

Fazit

PV-Wechselrichter arbeiten mit komplexer Leistungselektronik und können unter bestimmten Bedingungen unterschiedliche Fehlerstromformen erzeugen.

Neben klassischen Wechselstromfehlern können auch Gleichstromanteile auftreten, die das Verhalten von Fehlerstromschutzschaltern beeinflussen können.

Eine sorgfältige Planung der Schutzmaßnahmen sowie die Beachtung der Herstellerangaben sind daher entscheidend für den sicheren Betrieb der Anlage.

Der Fehlerstromschutz bleibt eine zentrale Sicherheitsmaßnahme in Photovoltaikanlagen.

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
• DC-Fehlerströme in Photovoltaikanlagen – Ursachen, Risiken und Schutzmaßnahmen
• Ableitstrom bei PV-Wechselrichtern – Ursachen und Auswirkungen