Äußerer Blitzschutz von Photovoltaikanlagen

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Äußerer Blitzschutz
von Photovoltaikanlagen
benen Bedingungen und Einflüsse berücksichtigt. Die
Auswirkung der linearen Schattenbildung von Bauteilen,
z. B. bei Fangstangen, kleiner 1 cm Ø sind jedoch
nicht immer hinterlegt. Zu gering ist deren Einfluss.
Bild 3: Sonnenstände und durch die Fangstange erzeugter
Schattenverlauf im Winter
Bild 3 zeigt zudem, dass diese Schattenbildung außerhalb
der Mittagszeit durch den dann jeweils steileren
Einfallswinkel abnimmt beziehungsweise nicht mehr
wirksam ist. Der Mechanismus verstärkt sich in den
ertragsstarken Sommermonaten. Die schematische
Kreisfläche, welche den Schatten einer Fangstange
über den Tagesverlauf abbildet, verformt sich im Sommer
immer weiter zu einer Ellipse. Zur Mittagszeit treffen
die Schatten unmittelbar hinter der Fangstange auf
(Bild 4).
Hotspots gefährden PV-Zellen
Eine Besonderheit der Photovoltaik ist die hohe Wirkung
von punktuellen Kernschatten auf die Gesamtleistung
des Systems [2]. Die serielle Verschaltung der
Zellen und auch der Module zur Spannungserhöhung
trägt bei lokaler Verschattung jedoch auch zur Leistungsreduzierung
bei. Die sogenannte „Rückwärtsspannung“
in einer Solarzelle, welche durch die Teilbeschattung
hervorgerufen wird, ist hierfür die Ursache.
Diese „Rückwärtsspannung“ (bis ca. 7 V) ergibt
zusammen mit dem Stromfluss eine resultierende Verlustleistung.
Diese wird als Verlustwärme in der Zelle
umgesetzt. Addiert mit der Energie der Solarstrahlung
selbst, bei gleichzeitig hohen Umgebungstemperaturen,
ist dies die beste Grundlage zur Entstehung von
Hotspots. Diese punktuellen Übertemperaturen können
zu irreparablen Schädigungen der Module führen.
Seitens der Modulhersteller wird diesem Risiko,
vornehmlich bei kristalliner Siliziumtechnik, mittels
Bypassdioden entgegengewirkt. Sie begrenzen die
Rückwärtsspannung auf z. B. 0,7 V und umgehen damit
die gefährdenden Verlustleistungen.
Beiblatt 5 zur Blitzschutznorm DIN EN 62305 Teil 3 [3]
In dieser im September 2009 neu erschienenen Ergänzung
sind zahlreiche Informationen zum Blitz- und
Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme
zu finden. So werden darin die genormten Methoden
wie Maschen- und Schutzwinkelverfahren und
auch das Blitzkugelverfahren genannt. Letzteres wird
meist mit Fangstangen und / oder Fangspitzen realisiert
(Bild 5, Bild 6).
Bild 4: Sonnenstände und durch die Fangstange erzeugter
Schattenverlauf im Sommer
Die Bilder 3 und 4 zeigen im Vergleich sehr deutlich,
dass die Schattenbildung im Winter wesentlich ausgeprägter
ist als im Sommer. Erkennbar ist dies an der
Größe des Kernschattenbereiches. Für die Ertragsreduzierung
durch Schattenbildung ist dieser Umstand
aber eher positiv zu bewerten, da in den Monaten
November bis Januar üblicherweise weniger als 10
% des Ertrages erzeugt wird. In den ertragsstarken
Monaten ist die Schattenbildung wesentlich geringer
ausgeprägt.
Bild 5: Planung einer Blitzschutzanlage mit Hilfe des
Blitzkugelverfahrens
Verfasser: Dipl.-Ing. Klaus-Peter Müller, Wolfgang Wegmann Stand 05/2012