FI-Schalter löst bei Sonneneinstrahlung aus – Ursachen in Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen und elektrische Schutzsysteme

Photovoltaikanlagen erzeugen elektrische Energie aus Sonnenlicht. Sobald ausreichend Sonneneinstrahlung vorhanden ist, beginnen die Solarmodule Gleichstrom zu produzieren.

Dieser Strom wird über Gleichstromleitungen zum Wechselrichter geführt, wo er in Wechselstrom umgewandelt wird. Der erzeugte Wechselstrom kann anschließend im Gebäude genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Damit der Betrieb der Anlage sicher erfolgt, sind verschiedene Schutzmaßnahmen erforderlich. Eine wichtige Rolle spielt dabei der Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter).

Er überwacht kontinuierlich den Stromfluss im Stromkreis und erkennt, wenn Strom über einen unerwünschten Weg abfließt.

In der Praxis kommt es jedoch gelegentlich vor, dass der FI-Schalter bei starker Sonneneinstrahlung auslöst.

Dieses Verhalten kann unterschiedliche Ursachen haben.

Zusammenhang zwischen Sonneneinstrahlung und Anlagenleistung

Je stärker die Sonneneinstrahlung auf die Photovoltaikmodule trifft, desto höher ist die erzeugte elektrische Leistung.

Mit steigender Leistung erhöhen sich auch:

  • Stromstärken innerhalb der Anlage
  • Belastung der Leistungselektronik
  • Ableitströme innerhalb elektronischer Bauteile

Während bei geringer Sonneneinstrahlung nur kleine Ströme fließen, können bei voller Leistung deutlich höhere Ströme auftreten.

In bestimmten Situationen kann dies dazu führen, dass der Fehlerstromschutzschalter auslöst.

Ableitströme in Wechselrichtern

Wechselrichter enthalten komplexe elektronische Schaltungen zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom.

Zu den wichtigsten Bauteilen gehören:

  • Leistungshalbleiter
  • Gleichrichterstufen
  • Filterelemente
  • elektronische Schalttransistoren

Diese Bauteile können kleine Ableitströme erzeugen, die über das Gehäuse oder den Schutzleiter abfließen.

Solche Ableitströme sind grundsätzlich normal und treten in vielen elektronischen Geräten auf.

Wenn jedoch mehrere Ableitströme gleichzeitig auftreten, kann ihre Summe den Auslösestrom eines Fehlerstromschutzschalters erreichen.

Bei starker Sonneneinstrahlung arbeitet der Wechselrichter mit höherer Leistung, wodurch auch die Ableitströme ansteigen können.

Gleichfehlerströme in Photovoltaikanlagen

Neben klassischen Ableitströmen können auch Gleichfehlerströme auftreten.

Diese können beispielsweise entstehen durch:

  • Fehler in der Leistungselektronik
  • defekte Halbleiterbauteile
  • Isolationsprobleme in Leitungen

Gleichstrom unterscheidet sich von Wechselstrom dadurch, dass er dauerhaft in eine Richtung fließt.

Diese Eigenschaft kann das Verhalten von Fehlerstromschutzschaltern beeinflussen.

DC-Vormagnetisierung von FI-Schaltern

Ein wichtiger Effekt im Zusammenhang mit Gleichfehlerströmen ist die sogenannte DC-Vormagnetisierung.

Fehlerstromschutzschalter arbeiten mit einem Summenstromwandler, der einen magnetischen Kern enthält.

Wenn Gleichstrom durch diesen Kern fließt, kann er magnetisch gesättigt werden.

Diese Vormagnetisierung kann dazu führen, dass der Fehlerstromschutzschalter empfindlicher reagiert oder unerwartet auslöst.

Besonders bei hohen Leistungszuständen der Anlage kann dieser Effekt eine Rolle spielen.

Unterschiedliche FI-Schaltertypen

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

In Anlagen mit moderner Leistungselektronik kann der Einsatz eines FI Typ B daher sinnvoll sein.

Isolationsprobleme in PV-Strings

Eine weitere mögliche Ursache für das Auslösen eines FI-Schalters können Isolationsprobleme auf der Gleichstromseite der Anlage sein.

Beispiele sind:

  • beschädigte DC-Leitungen
  • fehlerhafte Steckverbindungen
  • Feuchtigkeit in Anschlussdosen

Solche Probleme können dazu führen, dass Strom gegen Erde abfließt.

Je höher die Leistung der Anlage ist, desto stärker kann dieser Fehlerstrom ausfallen.

Deshalb tritt das Problem häufig bei starker Sonneneinstrahlung auf.

Einfluss von Feuchtigkeit

Feuchtigkeit kann ebenfalls das Verhalten elektrischer Anlagen beeinflussen.

Wenn Wasser in elektrische Verbindungen eindringt, kann der Isolationswiderstand sinken.

Dies kann dazu führen, dass kleine Fehlerströme entstehen.

Bei steigender Anlagenleistung können diese Ströme so groß werden, dass der Fehlerstromschutzschalter auslöst.

Überprüfung der Anlage

Wenn der FI-Schalter bei Sonneneinstrahlung regelmäßig auslöst, sollte die Anlage durch eine Elektrofachkraft überprüft werden.

Dabei können unter anderem folgende Prüfungen durchgeführt werden:

  • Isolationsmessung der DC-Leitungen
  • Überprüfung der Steckverbindungen
  • Prüfung des Wechselrichters
  • Messung von Ableitströmen

Diese Prüfungen helfen dabei, die genaue Ursache des Problems zu identifizieren.

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.

Fazit

Wenn der FI-Schalter bei starker Sonneneinstrahlung auslöst, kann dies verschiedene Ursachen haben.

Neben klassischen Isolationsproblemen können auch Ableitströme oder Gleichfehlerströme aus der Leistungselektronik eine Rolle spielen.

Da die Anlagenleistung bei Sonneneinstrahlung steigt, können diese Effekte verstärkt auftreten.

Eine fachgerechte Prüfung der Anlage hilft dabei, die Ursache zu identifizieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen.

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 löst bei Photovoltaik-Anlagen aus – Ursachen und Lösungen
• FI-Schalter löst bei Photovoltaikanlagen aus – Ursachen und Lösungen
• FI-Schalter löst bei Einspeisung aus – Ursachen bei Photovoltaikanlagen

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