Hybridwechselrichter und Fehlerstromschutz – welcher FI-Schalter ist erforderlich?

Hybridwechselrichter in modernen Photovoltaikanlagen

Hybridwechselrichter spielen eine immer größere Rolle in modernen Photovoltaikanlagen. Sie verbinden mehrere Funktionen innerhalb eines einzigen Geräts und ermöglichen eine flexible Nutzung der erzeugten Solarenergie.

Während klassische Wechselrichter ausschließlich den von den PV-Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, können Hybridwechselrichter zusätzlich Batteriespeicher integrieren.

Dadurch können sie gleichzeitig mehrere Aufgaben übernehmen:

• Umwandlung von PV-Gleichstrom in Wechselstrom
• Steuerung des Energieflusses im Gebäude
• Laden und Entladen eines Batteriespeichers
• Kommunikation mit Energiemanagementsystemen

Durch diese Kombination mehrerer Funktionen enthalten Hybridwechselrichter besonders komplexe Leistungselektronik.

Diese Elektronik kann unter bestimmten Bedingungen Einfluss auf das Verhalten von Fehlerströmen innerhalb der Anlage haben.

Aufbau eines Hybridwechselrichters

Hybridwechselrichter vereinen mehrere elektronische Baugruppen in einem Gerät.

Zu den wichtigsten Komponenten gehören:

• DC-Eingang für Photovoltaikmodule
• Batteriemanagementsystem
• Leistungselektronik zur Energieumwandlung
• Wechselrichterstufe zur Netzeinspeisung
• Steuer- und Regelungselektronik

Die Energieflüsse innerhalb eines solchen Systems können sehr unterschiedlich sein.

Beispielsweise kann Energie:

• direkt von den PV-Modulen in das Hausnetz fließen
• in den Batteriespeicher geladen werden
• aus dem Speicher wieder ins Hausnetz eingespeist werden

Diese unterschiedlichen Betriebszustände führen dazu, dass die Leistungselektronik des Hybridwechselrichters ständig arbeitet.

Fehlerströme in Anlagen mit Hybridwechselrichtern

Durch die komplexe Leistungselektronik können in solchen Anlagen verschiedene Fehlerstromformen auftreten.

Mögliche Fehlerströme sind:

• Wechselstromfehlerströme
• pulsierende Gleichfehlerströme
• Gleichstromanteile im Fehlerstrom

Diese Fehlerströme können beispielsweise entstehen durch:

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

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

Dennoch müssen diese Ströme bei der Planung des Fehlerstromschutzes berücksichtigt werden.

Funktionsweise von Fehlerstromschutzschaltern

Fehlerstromschutzschalter überwachen den Stromfluss innerhalb eines Stromkreises.

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 schaltet den Stromkreis automatisch ab.

Dadurch werden Personen vor elektrischen Gefahren geschützt.

Einfluss von Gleichfehlerströmen

Gleichfehlerströme können das Verhalten von Fehlerstromschutzschaltern beeinflussen.

Wenn Gleichstrom durch den Summenstromwandler eines FI-Schalters fließt, kann der magnetische Kern teilweise gesättigt werden.

Dieser Effekt wird als DC-Vormagnetisierung bezeichnet.

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

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

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

Dadurch ist ein FI Typ B besonders geeignet für Anlagen mit moderner Leistungselektronik.

Hybridwechselrichter mit integrierter Fehlerstromüberwachung

Viele moderne Hybridwechselrichter verfügen über integrierte Überwachungssysteme für Gleichfehlerströme.

Diese Systeme erkennen Gleichstromanteile im Fehlerstrom und können das Gerät automatisch abschalten.

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

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

Die genaue Auslegung hängt jedoch immer von den Herstellerangaben ab.

Bedeutung der Herstellerangaben

Die Installationsanleitungen von Hybridwechselrichtern enthalten 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 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.

Planung des Fehlerstromschutzes

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

Dazu gehören unter anderem:

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

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

Fazit

Hybridwechselrichter erweitern Photovoltaikanlagen um zusätzliche Funktionen wie Batteriespeicherintegration und Energiemanagement.

Durch die komplexe Leistungselektronik können unterschiedliche Fehlerstromformen auftreten, die bei der Auswahl geeigneter Schutzgeräte berücksichtigt werden müssen.

Die Auswahl des passenden Fehlerstromschutzschalters sollte daher immer auf Grundlage der Herstellerangaben sowie der geltenden 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 Hybrid-Wechselrichtern – Besonderheiten und Planung
• FI Typ B bei Hybridwechselrichtern – Anforderungen und technische Hintergründe
• FI Typ B bei Photovoltaik mit Batteriespeicher – Anforderungen und Hintergründe