Erdung und Potentialausgleich von PV-Anlagen
Für den sicheren und effizienten Betrieb deiner Photovoltaikanlage ist die Einbindung in das Potentialausgleichs- und Erdungssystem des Gebäudes unerlässlich. Während der äußere Blitzschutz meist eine freiwillige Angelegenheit ist, wird die Erdung von PV-Anlagen gesetzlich vorgeschrieben, um sowohl Personen als auch die Anlage selbst zu schützen. Was genau der Potentialausgleich bei einer PV-Anlage ist, welche Vorschriften es für die Erdung gibt und wie diese erfolgt, erklären wir dir in unserem Ratgeber.
Das Wesentliche in Kürze
Definition: Erdung bezeichnet die elektrische Verbindung von Komponenten einer PV-Anlage mit der Erde, um eine sichere Ableitung von elektrischen Strömen zu gewährleisten und elektrische Potentialunterschiede auszugleichen.
Vorschriften: Die Erdung und der Potentialausgleich sind für PV-Anlagen gesetzlich vorgeschrieben und müssen gemäß DIN VDE 0100-410 und DIN VDE 0100-540 umgesetzt werden.
Funktion: Eine ordnungsgemäße Erdung schützt die Solaranlage vor Überspannungen und Blitzeinschlägen, minimiert Personen- und Sachschäden und gewährleistet einen sicheren und effizienten Betrieb der Anlage.
Was bedeutet Erdung bzw. Potentialausgleich bei PV-Anlagen?
Das Erden der PV-Anlage spielt eine entscheidende Rolle für die Sicherheit deiner Solaranlage. Die Erdung deiner Photovoltaikanlage sorgt dafür, dass die elektrische Ladung in die Erde, also den spannungsfreien Boden, abgeleitet wird. Dies führt zu einem Potentialausgleich zwischen den PV-Modulen und den Montagestrukturen. Der Potentialausgleich wird nach DIN VDE 0100 Teil 200 als „Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen leitfähigen Teilen, um Potentialgleichheit zu erzielen“ definiert. Dadurch werden Personen- und Sachschäden vermieden. Insbesondere bei Überspannungen und Blitzeinschlägen, die deine Photovoltaikanlage erheblich beschädigen können, spielt die korrekte Erdung eine wichtige Rolle. Durch den Potentialausgleich des Blitzstroms kann das Risiko von Schäden deutlich minimiert werden.
Ist ein Potentialausgleich bei PV-Anlage Pflicht?
Die Erdung und der Potentialausgleich sind bei PV-Anlagen Pflicht. Das ergibt sich aus den „Anforderungen zum Schutz gegen elektrischen Schlag“, die in der Norm DIN VDE 0100-410 festgelegt sind. Diese Vorschrift verlangt, dass alle leitfähigen Gehäuse elektrischer Betriebsmittel mit einem Schutzleiter, der an der Haupterdungsschiene angeschlossen ist, verbunden sind. Die Haupterdungsschiene stellt die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Hauptschutzleiter im Hausanschlusskasten oder dem Haupterdungsleiter (Fundamenterder) dar und leitet Fehlerströme oder Überspannungen sicher in die Erde ab.
Da die Tragkonstruktionen von PV-Anlagen meist aus Stahl oder Aluminium sind, gelten sie als Teil des Gebäudes und müssen entsprechend der Norm DIN VDE 0100 Teil 540 geerdet werden. Diese Vorschrift legt die Anforderungen für Erdung, Schutzleiter und Potentialausgleichsleiter fest und schützt vor Stromschlägen. Die Einhaltung der Vorschriften dient zum einen dazu, sicherzustellen, dass deine Anlage einwandfrei funktioniert und zum anderen, um rechtliche Konsequenzen zu vermeiden.
Welche Komponenten der Solaranlage müssen geerdet werden?
Laut den Vorschriften zur Erdung von PV-Anlagen nach DIN VDE 0100 Teil 540 und DIN 18014 müssen verschiedene Komponenten geerdet werden, um Personen- und Anlagenschäden zu vermeiden:
Montagegestell: Das Gestell, auf dem die Solarmodule montiert sind, ist zu erden. Vor allem wenn dieses aus Aluminium oder Stahl besteht.
Rahmen der PV-Module: Für den Blitzschutz ist die Erdung der Rahmen der Solarmodule nicht zwangsweise notwendig. Hierfür reicht in der Regel die Einbindung des Montagegestells in das Erdungssystem. Allerdings kann es je nach Art des Moduls erforderlich sein, dieses ebenfalls zu erden. Genauere Informationen dazu findest du in den Angaben des Herstellers.
Kabeltrassen und Leitungsschutzrohre: In den Potentialausgleich sollten alle metallischen Teile, die mit der Verkabelung der Photovoltaikanlage verbunden sind, einbezogen werden. Dazu zählen auch Kabeltrassen und Leitungsschutzrohre, sofern diese aus Metall bestehen.
Wechselrichtergehäuse: Der Wechselrichter ist eine zentrale Komponente deiner Solaranlage. Wird das Gehäuse des Wechselrichters aus Metall hergestellt, ist auch dieses zu erden.
Gut zu wissen: Das Erden deiner Solaranlage solltest du niemals selbst übernehmen, sondern stets professionellem Personal überlassen. Die Installation von elektrischen Anlagen gehört in Deutschland nicht umsonst zu den meisterpflichtigen Gewerken. Nur ein Meisterbetrieb, der gemäß Handwerksordnung (HwO) §1 Abs. 1 in die Handwerksrolle eingetragen ist, darf die Erdung und den Potentialausgleich deiner Photovoltaikanlage durchführen.
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Welche Gefahren bestehen, wenn deine Photovoltaikanlage nicht geerdet ist?
Die Erdung ist ein wichtiger Faktor für die Sicherheit deiner PV-Anlage. Ist deine Solaranlage nicht ordnungsgemäß geerdet, können diverse Probleme und Gefahren auftreten:
Anlageschäden: Der Potentialausgleich dient u. a. zum Schutz vor Überspannungen, welche die Leistung und Effizienz der Anlage beeinträchtigen können.
Brandgefahr: Eine fehlende oder ungenügende Erdung kann dazu führen, dass deine Anlage Feuer fängt, vor allem wenn Überspannungen nicht richtig abgeleitet werden können.
Stromschläge: Da die Erdung überschüssige Energie sicher ableitet, besteht ohne entsprechende Erdung eine erhöhte Gefahr von Stromschlägen.
Elektromagnetische Interferenzen: Ohne Erdung kann die Leistung deiner Solaranlage durch elektromagnetische Interferenzen verringert werden.
Das richtige Erdungssystem finden
Bei der Planung und Installation deiner Photovoltaikanlage spielt die Auswahl des richtigen Erdungssystems eine wichtige Rolle. Für Neubauten in Deutschland mit Photovoltaik-Aufdach-Anlagen ist es gemäß DIN 18014 Pflicht, einen Fundamenterder zu installieren, falls kein integriertes Blitzschutzsystem vorhanden ist. Die Norm regelt die Installation von Fundamenterdern und die Planung von Erdungssystemen. Bei der Anbringung einer Solaranlage auf deinem Dach ist es daher wichtig, dass die Vorschriften zur Erdung der PV-Anlage verstanden und eingehalten werden. Zur Vorbeugung von Korrosion und um eine langfristige Verbindung in die Erde sicherzustellen, sind Fundamenterder von mindestens 5 cm Beton zu umgeben. Ist aufgrund der lokalen Gegebenheiten der Einbau eines Fundamenterder nicht möglich, kann stattdessen ein Ringerder zum Einsatz kommen. Dieser wird in der Erde als geschlossener Kreis um das Gebäude verlegt. Muss bei einem bestehenden Gebäude bei der Installation einer Solaranlage ein Erdungssystem nachgerüstet werden, bieten sich Tiefenerder an. Diese werden senkrecht in den Boden getrieben und untereinander verbunden. Um das richtige Erdungssystem für deine PV-Anlage zu finden, sind demnach die Bedingungen vor Ort ausschlaggebend.
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Blitzschutz als zusätzliche Absicherung der PV-Anlage
Neben der Erdung ist auch ein ausreichender Blitzschutz bei der Anschaffung einer Photovoltaikanlage von großer Bedeutung. Gemäß VDE 0185-305-3 sorgen Blitzschutzsysteme dafür, dass Blitzstrom in die Erde abgeleitet und Potentialunterschiede minimiert werden. So schützen die Systeme deine Anlage vor Blitzeinschlägen und Überspannungen.
Der äußere Blitzschutz setzt sich zusammen aus vertikalen Metallstangen, Erdleitungen und Metallleitungen, die direkte Blitzeinschläge verhindern und den Blitzstrom in die Erde ableiten sollen. Elektrische und elektronische Geräte innerhalb der Solaranlage werden durch den inneren Blitzschutz vor Überspannungen geschützt. Der innere Blitzschutz besteht aus Überspannungsableitern. Ebenso wie die Erdung, sollte der Blitzschutz vom Fachpersonal bereits in der Planungsphase deiner PV-Anlage berücksichtigt werden, um einen effizienten und richtlinienkonformen Betrieb zu gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Erdung bei PV-Anlagen
Ja, eine Photovoltaikanlage muss geerdet werden. Die Erdung ist gesetzlich vorgeschrieben und dient dem Schutz vor elektrischen Schlägen sowie der Vermeidung von Personen- und Sachschäden. Die Erdung sorgt dafür, dass elektrische Ladungen sicher in die Erde abgeleitet und das Risiko von Schäden durch Überspannungen und Blitzeinschläge minimiert wird.
Ob eine Erdung der einzelnen Solarmodule nötig ist, hängt vom Modultyp ab. Häufig müssen die Solarmodule selbst nicht geerdet werden, sofern das Montagegestell, auf dem sie befestigt sind, ordnungsgemäß geerdet ist. Allerdings können bestimmte Modultypen spezielle Anforderungen haben, weswegen du stets auf die Herstellerangaben achten solltest.
Die Tiefe der Erdung bei einer PV-Anlage hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab und muss sicherstellen, dass die Anlage frostfrei ist. Gemäß DIN 18014 sollte hierzu eine Tiefe von mindestens 0,5 Metern eingehalten werden. In der Praxis hat sich gezeigt, dass Erdungssysteme in einer Tiefe von 9 Metern besonders effektiv sind. Dadurch können die Einflüsse von Frost, Bodentrockenheit und Korrosion minimiert werden.
Zur Erdung von Photovoltaikanlagen werden in der Regel spezielle Kabel oder Leitungen verwendet, die die Normen und Anforderungen von elektrischen Installationen erfüllen. Dabei kommen insbesondere Kabel gemäß DIN EN 50618 zum Einsatz, da diese für die Verwendung in Photovoltaikanlagen entwickelt wurden.
Der Kabelquerschnitt für die Erdung deiner PV-Anlage muss den festgelegten Vorschriften und Normen entsprechen. Gemäß DIN VDE 0100-540 sollte der Querschnitt mindestens 6 mm² betragen, wenn Kupferkabel verwendet werden. Wenn die Erdung auch eine Überstromfunktion übernehmen soll, beispielsweise beim Blitzschutz, ist ein Querschnitt von mindestens 16 mm² erforderlich.