FI Typ B bei PV-Anlagen – Normen, Wechselrichter und richtige Auswahl

Einleitung

Photovoltaikanlagen gehören heute zu den zentralen Bausteinen moderner Energieversorgung. In Deutschland werden jährlich hunderttausende neue Anlagen installiert, sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich. Mit der zunehmenden Integration von Batteriespeichern, Hybrid-Wechselrichtern und intelligenten Energiemanagementsystemen steigt jedoch auch die Komplexität der elektrischen Installation.

Ein besonders wichtiger Aspekt ist dabei die elektrische Sicherheit der Anlage. Photovoltaiksysteme arbeiten mit Leistungselektronik, die im Fehlerfall spezielle Fehlerstromarten erzeugen kann. Diese unterscheiden sich teilweise deutlich von den Fehlerströmen, die in klassischen Gebäudeinstallationen auftreten.

Aus diesem Grund spielt der Fehlerstromschutz in Photovoltaikanlagen eine entscheidende Rolle. Fehlerstromschutzschalter sollen Personen vor elektrischen Gefahren schützen und gleichzeitig die Sicherheit der elektrischen Anlage gewährleisten.

Während in vielen Haushaltsinstallationen FI-Schalter vom Typ A eingesetzt werden, können Photovoltaikanlagen unter bestimmten Bedingungen Gleichfehlerströme erzeugen. Diese können dazu führen, dass klassische Fehlerstromschutzschalter nicht mehr zuverlässig arbeiten.

In solchen Fällen kommen Fehlerstromschutzschalter vom Typ B zum Einsatz. Diese Geräte sind speziell dafür ausgelegt, neben Wechsel- und pulsierenden Gleichfehlerströmen auch glatte Gleichfehlerströme zu erkennen.

Dieser Artikel erklärt die technischen Hintergründe, beschreibt die relevanten Normanforderungen und zeigt auf, wann ein FI Typ B in Photovoltaikanlagen erforderlich oder sinnvoll ist.

Aufbau moderner Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen bestehen aus mehreren elektrischen Komponenten, die gemeinsam ein System zur Energieerzeugung bilden.

Die wichtigste Komponente sind die Photovoltaikmodule. Sie wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Dabei entsteht Gleichstrom.

Mehrere Module werden zu sogenannten Strings zusammengeschaltet. Diese Strings erzeugen Gleichspannungen von mehreren hundert Volt.

Der erzeugte Gleichstrom wird anschließend über DC-Leitungen zum Wechselrichter geführt. Diese Leitungen müssen für hohe Gleichspannungen ausgelegt sein und unterliegen besonderen Anforderungen hinsichtlich Isolation und Schutzmaßnahmen.

Der Wechselrichter übernimmt eine zentrale Aufgabe im System. Er wandelt den erzeugten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um. Erst dadurch kann die erzeugte Energie im Gebäude genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Moderne Wechselrichter übernehmen zusätzlich weitere Funktionen:

Netzüberwachung
Leistungsregelung
Kommunikation mit Energiemanagementsystemen
Integration von Batteriespeichern

Der erzeugte Wechselstrom wird schließlich in die elektrische Installation des Gebäudes eingespeist. Dort greifen die üblichen Schutzmaßnahmen der Niederspannungsinstallation.

Fehlerströme in Photovoltaikanlagen

In elektrischen Anlagen können verschiedene Arten von Fehlerströmen auftreten. Diese entstehen beispielsweise durch Isolationsfehler, beschädigte Leitungen oder Fehler in elektronischen Komponenten.

Grundsätzlich unterscheidet man mehrere Fehlerstromarten:

Wechselstromfehlerströme
pulsierende Gleichfehlerströme
glatte Gleichfehlerströme

In klassischen Haushaltsinstallationen treten hauptsächlich Wechselstromfehler auf. Diese werden zuverlässig von Fehlerstromschutzschaltern vom Typ A erkannt.

Photovoltaikanlagen enthalten jedoch Leistungselektronik, die das Verhalten von Fehlerströmen verändern kann. Insbesondere Wechselrichter arbeiten mit elektronischen Schaltvorgängen und Halbleiterbauteilen.

Dadurch können unter bestimmten Umständen Gleichstromanteile im Fehlerstrom entstehen.

Diese Gleichfehlerströme können klassische Fehlerstromschutzschalter beeinflussen. Wenn ein solcher Gleichstromanteil in einem Stromkreis vorhanden ist, kann ein FI-Schalter vom Typ A unter Umständen nicht mehr korrekt auslösen.

Dieser Effekt wird als DC-Vormagnetisierung bezeichnet.

DC-Vormagnetisierung und ihre Auswirkungen

DC-Vormagnetisierung beschreibt einen Effekt, bei dem Gleichstromanteile einen Fehlerstromschutzschalter magnetisch beeinflussen.

Der Summenstromwandler eines FI-Schalters arbeitet mit magnetischen Feldern. Wenn ein Gleichstromanteil vorhanden ist, kann dieser den Kern des Wandlers magnetisch sättigen.

In einem solchen Zustand reagiert der Schutzschalter weniger empfindlich auf Wechselstromfehler.

Das bedeutet, dass der Fehlerstromschutz im Extremfall nicht mehr zuverlässig funktioniert.

Gerade in Anlagen mit Leistungselektronik kann dieser Effekt auftreten. Dazu gehören unter anderem:

Photovoltaik-Wechselrichter
Frequenzumrichter
Ladegeräte für Elektrofahrzeuge
industrielle Leistungselektronik

Um solche Effekte zu vermeiden, können spezielle Fehlerstromschutzschalter eingesetzt werden, die auch Gleichfehlerströme sicher erkennen.

FI Typ B – Eigenschaften und Funktionsweise

Fehlerstromschutzschalter vom Typ B sind speziell für Anwendungen mit elektronischen Geräten und Leistungselektronik entwickelt worden.

Sie erkennen verschiedene Arten von Fehlerströmen:

Wechselstromfehlerströme
pulsierende Gleichfehlerströme
glatte Gleichfehlerströme
hochfrequente Fehlerströme

Damit decken sie ein deutlich breiteres Spektrum möglicher Fehlerstromformen ab als klassische FI-Schalter.

Technisch arbeiten FI-Schalter vom Typ B mit einer erweiterten Elektronik zur Auswertung der Ströme. Dadurch können auch komplexe Stromformen zuverlässig erkannt werden.

Diese Eigenschaften machen sie besonders geeignet für Anwendungen wie:

Photovoltaikanlagen
Frequenzumrichter
industrielle Maschinen
Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge

Normanforderungen für Photovoltaikanlagen

Für Planung und Installation von Photovoltaikanlagen gelten mehrere elektrotechnische Normen.

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Norm DIN VDE 0100-712. Diese Norm beschreibt die Anforderungen an elektrische Anlagen mit Photovoltaik-Stromversorgungssystemen.

Darüber hinaus sind weitere Normen relevant:

DIN VDE 0100-410
Schutz gegen elektrischen Schlag.

DIN VDE 0100-530
Auswahl und Errichtung von Schalt- und Schutzgeräten.

Diese Normen definieren die grundlegenden Anforderungen an Schutzmaßnahmen in elektrischen Anlagen.

Bei der Auswahl geeigneter Fehlerstromschutzschalter müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

Aufbau der Anlage
Wechselrichtertechnologie
mögliche Gleichfehlerströme
Herstellerangaben

Die Hersteller von Wechselrichtern geben in ihren Installationsanleitungen häufig konkrete Vorgaben zur Absicherung.

Wechselrichter und Fehlerstromschutz

Der Wechselrichter ist die zentrale Komponente einer Photovoltaikanlage.

Er bestimmt maßgeblich, welche Schutzmaßnahmen erforderlich sind. Moderne Wechselrichter verfügen häufig über integrierte Überwachungsfunktionen.

Einige Geräte besitzen bereits eine integrierte Gleichstrom-Fehlerstromüberwachung. Diese erkennt Gleichfehlerströme und kann den Wechselrichter abschalten.

In solchen Fällen kann unter Umständen ein Fehlerstromschutzschalter vom Typ A ausreichend sein.

Bei anderen Geräten ist diese Funktion jedoch nicht vorhanden oder nur eingeschränkt vorhanden. In solchen Fällen kann ein Fehlerstromschutzschalter vom Typ B erforderlich sein.

Die konkrete Auslegung hängt daher immer von den technischen Eigenschaften des verwendeten Wechselrichters ab.

Hybrid-Wechselrichter und Batteriespeicher

Immer mehr Photovoltaikanlagen werden mit Batteriespeichern kombiniert.

Diese Systeme erhöhen den Eigenverbrauch und ermöglichen eine bessere Nutzung der erzeugten Energie.

Hybrid-Wechselrichter kombinieren mehrere Funktionen in einem Gerät:

PV-Wechselrichter
Batteriewechselrichter
Energiemanagement

Durch diese komplexe Leistungselektronik können zusätzliche Betriebszustände entstehen, zum Beispiel:

Netzparallelbetrieb
Inselbetrieb
Umschaltungen zwischen Netz und Batterie

Diese Betriebszustände können ebenfalls Einfluss auf das Fehlerstromverhalten der Anlage haben.

Planung und Auswahl des richtigen FI-Schutzes

Die Planung der Schutzmaßnahmen ist ein zentraler Bestandteil jeder Photovoltaikinstallation.

Dabei müssen mehrere technische Faktoren berücksichtigt werden.

Wichtige Kriterien sind:

Wechselrichtertyp
Vorhandensein von Gleichfehlerstromüberwachung
Integration von Batteriespeichern
Netzform der Anlage
Herstellerangaben

Eine sorgfältige Planung sorgt dafür, dass die Anlage sowohl normgerecht als auch betriebssicher betrieben werden kann.

Fazit

Photovoltaikanlagen stellen besondere Anforderungen an die elektrische Installation.

Durch Leistungselektronik in Wechselrichtern und Batteriesystemen können Fehlerstromformen auftreten, die sich von klassischen Fehlerströmen unterscheiden.

In bestimmten Fällen kann ein Fehlerstromschutzschalter vom Typ B erforderlich sein, um auch Gleichfehlerströme zuverlässig zu erkennen.

Die konkrete Auslegung hängt jedoch immer von der jeweiligen Anlage, den eingesetzten Geräten und den Herstellerangaben ab.

Eine normgerechte Planung und Installation sorgt für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Photovoltaikanlage.

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 in PV-Anlagen – Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100-712
FI Typ A oder Typ B bei Photovoltaik?
DC-Vormagnetisierung bei Wechselrichtern
Fehlerstromschutz bei Hybrid-Wechselrichtern