FI Typ B bei Photovoltaik mit Batteriespeicher – Anforderungen und Hintergründe

Batteriespeicher in modernen Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen werden heute häufig mit Batteriespeichern kombiniert. Durch einen Speicher kann ein größerer Anteil des selbst erzeugten Solarstroms im eigenen Gebäude genutzt werden.

Ohne Batteriespeicher wird überschüssiger Solarstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Mit einem Speicher kann dieser Strom jedoch zwischengespeichert und später wieder verwendet werden.

Typische Einsatzbereiche sind:

• Abendstunden mit geringerer Sonneneinstrahlung
• Nachtbetrieb des Haushalts
• Versorgung von Wärmepumpen
• Laden von Elektrofahrzeugen

Durch diese Nutzungsmöglichkeiten steigt der Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms deutlich.

Aufbau eines Batteriespeichersystems

Ein Batteriespeichersystem besteht aus mehreren technischen Komponenten.

Dazu gehören unter anderem:

• Batterieeinheit
• Batteriemanagementsystem
• Wechselrichter oder Hybridwechselrichter
• Steuer- und Überwachungselektronik

Diese Komponenten arbeiten zusammen, um Energie zu speichern und bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen.

Die Integration eines Speichers erhöht jedoch auch die Komplexität der elektrischen Anlage.

Leistungselektronik im Speicherbetrieb

Photovoltaikanlagen mit Batteriespeicher enthalten mehrere elektronische Systeme zur Steuerung der Energieflüsse.

Typische elektronische Bauteile sind:

• Leistungshalbleiter
• Gleichrichterstufen
• elektronische Schalter
• Filterelemente

Diese Bauteile ermöglichen eine effiziente Steuerung von Lade- und Entladeprozessen.

Gleichzeitig können unter bestimmten Betriebsbedingungen unterschiedliche Fehlerstromformen entstehen.

Fehlerstromschutz in elektrischen Anlagen

Fehlerstromschutzschalter gehören zu den wichtigsten Schutzmaßnahmen in elektrischen Anlagen.

Sie überwachen den Stromfluss innerhalb eines Stromkreises und erkennen, wenn Strom über einen unerwünschten Weg abfließt.

Ein solcher Fehler kann beispielsweise entstehen durch:

• beschädigte Leitungen
• Isolationsfehler
• defekte elektrische Geräte

Feuchtigkeit in elektrischen Komponenten

Wenn ein Fehlerstrom erkannt wird, unterbricht der Fehlerstromschutzschalter den Stromkreis automatisch.

Fehlerstromarten in PV-Speichersystemen

In Photovoltaikanlagen mit Batteriespeicher können verschiedene Arten von Fehlerströmen auftreten.

Dazu gehören unter anderem:

• Wechselstromfehlerströme
• pulsierende Gleichfehlerströme
• Gleichstromanteile im Fehlerstrom

Diese Fehlerströme können beispielsweise entstehen durch:

• Fehler in der Leistungselektronik
• beschädigte Leitungen
• Isolationsprobleme
• defekte elektronische Bauteile

Die Art der möglichen Fehlerströme spielt eine wichtige Rolle bei der Auswahl geeigneter Schutzgeräte.

Gleichfehlerströme im Speicherbetrieb

Batteriespeichersysteme arbeiten mit Gleichstrom, da elektrische Energie in Batterien grundsätzlich als Gleichstrom gespeichert wird.

Bei Lade- und Entladeprozessen kann es daher zu Gleichstromanteilen im elektrischen System kommen.

Diese Gleichfehlerströme können das Verhalten von Fehlerstromschutzschaltern beeinflussen.

Besonders bei Anlagen mit moderner Leistungselektronik muss dieser Effekt bei der Planung der Schutzmaßnahmen berücksichtigt werden.

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.

Aus diesem Grund werden in Anlagen mit moderner Leistungselektronik häufig Schutzgeräte eingesetzt, die verschiedene Fehlerstromformen erkennen können.

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

Der FI Typ B kann daher auch Fehlerstromformen erkennen, die in Anlagen mit moderner Leistungselektronik auftreten können.

Bedeutung der Herstellerangaben

Die Hersteller von Wechselrichtern und Batteriespeichern geben in ihren Installationsanleitungen häufig konkrete Hinweise zur Auswahl geeigneter Schutzgeräte.

Installateure sollten daher prüfen:

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

Diese Angaben sind eine wichtige Grundlage für eine sichere Installation.

Normative Anforderungen

Die Installation von Photovoltaikanlagen mit Batteriespeicher 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 von PV-Speichersystemen

Bei der Planung einer Photovoltaikanlage mit Batteriespeicher sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden.

Dazu gehören:

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

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

Fazit

Photovoltaikanlagen mit Batteriespeicher ermöglichen eine besonders effiziente Nutzung von Solarstrom.

Durch die verwendete Leistungselektronik können jedoch unterschiedliche Fehlerstromformen auftreten, die bei der Planung des Fehlerstromschutzes berücksichtigt werden müssen.

Die Auswahl geeigneter Schutzgeräte sollte daher immer auf Grundlage der Herstellerangaben sowie der geltenden elektrotechnischen Normen erfolgen.

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
• Fehlerstromschutz bei Batteriespeichern – Anforderungen in Photovoltaikanlagen
• Hybridwechselrichter und Fehlerstromschutz – welcher FI-Schalter ist erforderlich?
• FI Typ B bei Hybridwechselrichtern – Anforderungen und technische Hintergründe