Fehlerstromschutz bei Batteriespeichern – Anforderungen in Photovoltaikanlagen

Batteriespeicher in modernen Photovoltaikanlagen

Batteriespeicher spielen eine immer größere Rolle in modernen Photovoltaikanlagen. Sie ermöglichen es, den erzeugten Solarstrom nicht nur direkt zu verbrauchen, sondern auch für später zu speichern.

Gerade in privaten Haushalten wird dadurch der Eigenverbrauch der Photovoltaikanlage deutlich erhöht. Statt überschüssigen Strom vollständig in das öffentliche Netz einzuspeisen, kann die Energie im Gebäude genutzt werden, wenn sie tatsächlich benötigt wird.

Viele neue Photovoltaikanlagen werden deshalb direkt mit Batteriespeichern geplant oder nachträglich um entsprechende Speichersysteme erweitert.

Die Integration eines Batteriespeichers verändert jedoch auch die elektrische Struktur der Anlage. Dadurch können sich neue Anforderungen an Schutzmaßnahmen ergeben, insbesondere im Bereich des Fehlerstromschutzes.

Aufbau eines Batteriespeichersystems

Ein Batteriespeicher besteht aus mehreren Komponenten, die zusammen ein Energiespeichersystem bilden.

Zu den wichtigsten Bestandteilen gehören:

• Batteriespeicher selbst
• Batteriewechselrichter
• Steuer- und Regelungselektronik
• Energiemanagementsystem

Der Batteriespeicher speichert elektrische Energie in Form von Gleichstrom. Damit diese Energie im Gebäude genutzt werden kann, muss sie über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden.

In vielen Anlagen wird diese Aufgabe von einem Hybrid-Wechselrichter übernommen. Dieser verbindet Photovoltaikanlage, Batterie und Hausnetz miteinander.

Unterschied zwischen AC- und DC-gekoppelten Speichersystemen

Batteriespeicher können grundsätzlich auf zwei Arten in eine Photovoltaikanlage integriert werden.

DC-gekoppelte Systeme

Bei DC-gekoppelten Systemen wird die Batterie direkt auf der Gleichstromseite der Anlage angeschlossen. Die Energie der PV-Module wird zunächst in der Batterie gespeichert und anschließend über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt.

Diese Systeme arbeiten besonders effizient, da weniger Energieumwandlungen erforderlich sind.

AC-gekoppelte Systeme

Bei AC-gekoppelten Speichern wird die Batterie über einen eigenen Wechselrichter an das Hausnetz angeschlossen.

Die Energie wird zunächst durch den PV-Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und anschließend durch den Batteriewechselrichter wieder in Gleichstrom zurückgeführt.

Diese Systeme sind besonders flexibel und werden häufig bei der Nachrüstung bestehender Anlagen eingesetzt.

Fehlerströme in Anlagen mit Batteriespeichern

Durch die Integration eines Batteriespeichers entsteht zusätzliche Leistungselektronik innerhalb der Anlage.

Diese Elektronik kann unter bestimmten Bedingungen Fehlerströme erzeugen. Dazu gehören beispielsweise:

• Ableitströme über elektronische Bauteile
• Fehler in der Leistungselektronik
• Isolationsfehler in Leitungen
• Defekte Komponenten

In vielen Fällen handelt es sich dabei um sehr kleine Ströme, die im normalen Betrieb keine Gefahr darstellen.

Wenn jedoch mehrere elektronische Geräte gleichzeitig Ableitströme erzeugen, kann die Summe dieser Ströme den Auslösestrom eines Fehlerstromschutzschalters erreichen.

Gleichfehlerströme durch Leistungselektronik

Leistungselektronik kann neben Wechselstromanteilen auch Gleichstromanteile erzeugen.

Dies ist insbesondere bei elektronischen Bauteilen wie Gleichrichtern und Schalttransistoren möglich.

Während Wechselstrom seine Richtung regelmäßig ändert, fließt Gleichstrom konstant in eine Richtung.

Diese Eigenschaft kann das Verhalten von Fehlerstromschutzschaltern beeinflussen.

Einfluss auf FI-Schalter

Fehlerstromschutzschalter arbeiten mit einem magnetischen Summenstromwandler.

Dieser erkennt Differenzen zwischen Hin- und Rückstrom im überwachten Stromkreis.

Wenn Gleichstromanteile auftreten, kann der magnetische Kern des Wandlers beeinflusst werden. Dieser Effekt wird als DC-Vormagnetisierung bezeichnet.

Eine Vormagnetisierung kann dazu führen, dass der Schutzschalter weniger empfindlich auf Wechselstromfehler reagiert.

Aus diesem Grund müssen Gleichfehlerströme bei Anlagen mit Leistungselektronik besonders berücksichtigt werden.

FI Typ A und FI Typ B im Vergleich

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

Dadurch ist ein FI Typ B in der Lage, auch Fehlerstromformen zu erkennen, die in Anlagen mit Leistungselektronik auftreten können.

Bedeutung der Herstellerangaben

Bei der Planung eines Batteriespeichersystems spielen die Herstellerangaben eine wichtige Rolle.

Viele Wechselrichter- und Speicherhersteller geben in ihren Installationsanleitungen konkrete Hinweise zur Auswahl geeigneter Schutzgeräte.

Einige Geräte verfügen über integrierte Funktionen zur Überwachung von Gleichfehlerströmen.

Wenn solche Schutzmechanismen vorhanden sind, kann unter Umständen ein FI-Schalter vom Typ A eingesetzt werden.

In anderen Fällen kann jedoch ein FI Typ B erforderlich sein.

Normative Anforderungen

Die Installation von Photovoltaikanlagen und Batteriespeichern 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 von Photovoltaikanlagen mit Batteriespeichern sollte der Fehlerstromschutz sorgfältig ausgelegt werden.

Dabei müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

• Wechselrichtertechnologie
• Art des Batteriespeichers
• mögliche Gleichfehlerströme
• Herstellerangaben
• Aufbau der elektrischen Installation

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

Fazit

Batteriespeicher erweitern Photovoltaikanlagen um zusätzliche Funktionen und erhöhen den Eigenverbrauch des erzeugten Stroms.

Durch die Integration von Leistungselektronik können jedoch neue Anforderungen an den Fehlerstromschutz entstehen.

Die Auswahl geeigneter Schutzgeräte 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
• FI Typ B bei Photovoltaik mit Batteriespeicher – Anforderungen und Hintergründe
• Fehlerstromschutz bei Hybrid-Wechselrichtern – Besonderheiten und Planung
• FI Typ B bei Hybridwechselrichtern – Anforderungen und technische Hintergründe