Fehlerstromschutz in Photovoltaikanlagen – Auswahl des richtigen FI-Schalters

Bedeutung des Fehlerstromschutzes in elektrischen Anlagen

Der Fehlerstromschutz gehört zu den wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen in elektrischen Installationen. Fehlerstromschutzschalter überwachen permanent den Stromfluss innerhalb eines Stromkreises und erkennen, wenn Strom über einen unerwünschten Weg abfließt.

Solche Fehler können beispielsweise entstehen durch:

• beschädigte Leitungen
• Isolationsfehler
• defekte elektrische Geräte
• Feuchtigkeit in elektrischen Anlagen

Wenn ein Fehlerstrom erkannt wird, unterbricht der Fehlerstromschutzschalter den Stromkreis innerhalb von Millisekunden. Dadurch wird das Risiko von Stromunfällen und elektrischen Bränden deutlich reduziert.

Auch Photovoltaikanlagen müssen mit geeigneten Schutzmaßnahmen ausgestattet werden. Da sie Teil der elektrischen Installation eines Gebäudes sind, gelten für sie ebenfalls die grundlegenden Anforderungen an den Fehlerstromschutz.

Aufbau moderner Photovoltaikanlagen

Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren elektrischen Komponenten, die miteinander verbunden sind.

Zu den wichtigsten Elementen gehören:

• Photovoltaikmodule
• Gleichstromverkabelung (DC-Seite)
• Wechselrichter
• Wechselstromverkabelung (AC-Seite)
• Einspeisepunkt im Hausnetz

Die PV-Module erzeugen Gleichstrom, der über die DC-Leitungen zum Wechselrichter geführt wird. Dort wird die Energie in Wechselstrom umgewandelt und anschließend in das Hausnetz eingespeist.

Durch diese Kombination aus Gleichstromerzeugung und elektronischer Umwandlung ergeben sich besondere Anforderungen an den elektrischen Schutz.

Rolle der Leistungselektronik

Der Wechselrichter ist das zentrale elektronische Gerät einer Photovoltaikanlage. Er enthält komplexe Leistungselektronik zur Umwandlung elektrischer Energie.

Diese Elektronik arbeitet mit Bauteilen wie:

• Leistungshalbleitern
• Gleichrichtern
• Filterschaltungen
• Steuerungselektronik

Durch diese elektronischen Prozesse können Stromformen entstehen, die sich von klassischen Netzströmen unterscheiden.

Insbesondere können Fehlerströme auftreten, die neben Wechselstromanteilen auch Gleichstromanteile enthalten.

Fehlerstromarten in Photovoltaikanlagen

In elektrischen Anlagen können verschiedene Arten von Fehlerströmen auftreten.

Wechselstromfehler

Diese Fehler entstehen, wenn Strom über einen unerwünschten Weg abfließt und dabei weiterhin seine Richtung regelmäßig ändert.

Pulsierende Gleichfehlerströme

Diese entstehen häufig in elektronischen Geräten mit Gleichrichterstufen.

Glatte Gleichfehlerströme

Gleichstromanteile können durch Leistungselektronik entstehen und dauerhaft in eine Richtung fließen.

Diese unterschiedlichen Stromformen müssen bei der Auswahl des Fehlerstromschutzschalters berücksichtigt werden.

Funktionsweise von Fehlerstromschutzschaltern

Fehlerstromschutzschalter überwachen den Stromfluss im Stromkreis mithilfe eines Summenstromwandlers.

In einem fehlerfreien Stromkreis ist der Strom, der über die Phase fließt, genauso groß wie der Strom, der über den Neutralleiter zurückfließt.

Wenn ein Teil des Stroms über einen anderen Weg abfließt, entsteht eine Differenz zwischen Hin- und Rückstrom.

Der Fehlerstromschutzschalter erkennt diese Differenz und unterbricht den Stromkreis.

Unterschiede zwischen FI Typ A und FI Typ B

Fehlerstromschutzschalter werden nach den Fehlerstromarten unterschieden, die sie erkennen können.

Ein FI Typ A erkennt:

• Wechselstromfehlerströme
• pulsierende Gleichfehlerströme

Ein FI Typ B erkennt zusätzlich:

• glatte Gleichfehlerströme
• hochfrequente Fehlerstromanteile

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

Einfluss von Gleichfehlerströmen

Wenn Gleichstromanteile auftreten, können sie das Verhalten von Fehlerstromschutzschaltern beeinflussen.

Dieser Effekt wird als DC-Vormagnetisierung bezeichnet.

Der Summenstromwandler eines FI-Schalters enthält einen magnetischen Kern. Wenn Gleichstrom durch diesen Kern fließt, kann er magnetisch gesättigt werden.

In diesem Zustand reagiert der Schutzschalter weniger empfindlich auf Wechselstromfehler.

Im ungünstigsten Fall kann ein Fehlerstrom auftreten, ohne dass der Schutzschalter auslöst.

Wechselrichter mit integrierter Fehlerstromüberwachung

Viele moderne Wechselrichter verfügen über integrierte Systeme zur Überwachung von Gleichfehlerströmen.

Diese Systeme erkennen Gleichstromanteile im Fehlerstrom und können den Wechselrichter automatisch abschalten.

Durch diese Schutzfunktion wird verhindert, dass gefährliche Gleichfehlerströme in das Hausnetz gelangen.

Wenn eine solche Überwachung vorhanden ist, kann unter Umständen ein FI-Schalter vom Typ A eingesetzt werden.

Die konkrete Auslegung hängt jedoch immer von den Herstellerangaben ab.

Bedeutung der Herstellerangaben

Die Installationsanleitung des Wechselrichters enthält häufig konkrete Hinweise zur Auswahl geeigneter Schutzgeräte.

Diese Angaben berücksichtigen die technischen Eigenschaften des jeweiligen Geräts.

Installateure sollten daher immer prüfen:

• welche Fehlerstromarten auftreten können
• ob eine Gleichstromüberwachung vorhanden ist
• welche Schutzgeräte empfohlen werden

Die Herstellerangaben sind eine wichtige Grundlage für eine normgerechte Planung.

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.

Planung des Fehlerstromschutzes

Bei der Planung einer Photovoltaikanlage sollte der Fehlerstromschutz sorgfältig ausgelegt werden.

Dabei müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

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

Eine sorgfältige Planung sorgt dafür, dass die Anlage sicher und zuverlässig betrieben werden kann.

Fazit

Der Fehlerstromschutz ist eine zentrale Sicherheitsmaßnahme in Photovoltaikanlagen.

Durch die Verwendung moderner Leistungselektronik können unterschiedliche Fehlerstromformen auftreten, die bei der Auswahl des geeigneten Schutzgeräts berücksichtigt werden müssen.

Die Auswahl des richtigen Fehlerstromschutzschalters sollte daher immer auf Grundlage der technischen Eigenschaften der Anlage sowie der Herstellerangaben erfolgen.

Eine normgerechte Planung trägt wesentlich zur elektrischen Sicherheit der Anlage bei.

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
• Wann ist ein FI Typ B bei Photovoltaik-Anlagen erforderlich?
• Welche FI-Typen gibt es in Photovoltaikanlagen? Übersicht der Fehlerstromschutzschalter
• RCD-Auswahl für Photovoltaikanlagen – Leitfaden für Elektroinstallateure