Normen und Anforderungen für sichere Photovoltaik-Energieverteilungen

25. April 2024

Sicher geschützte Energieverteilungen in PV-Anlagen

Der Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) für Photovoltaik-Anlagen ist gesetzlich verankert und ein umfangreiches Normenwerk regelt die entsprechenden Anforderungen. So gibt es in Deutschland zwei verbindliche Anwendungsregeln: zum einen die Norm für Stromerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz (VDE-AR-N 4105) und zum anderen die Norm für den Anschluss von Erzeugungsanlagen an das Mittelspannungsnetz (VDE-AR-N 4110).

Nach diesen Anwendungsregeln entscheidet vor allem die Leistung der Photovoltaik-Anlage darüber, wie die Ausführung des Netzanschlusses mit einem NA-Schutz, einer Entkupplungsschutzeinrichtung und einem Kuppelschalter installiert werden muss.

Mit diesem verpflichtenden NA-Schutz soll zum einen die Einhaltung von Spannungs- und Frequenzgrenzen im Stromnetz eingehalten und zum anderen soll eine Abschaltung von Inselnetzen während Wartungsarbeiten ermöglicht werden. Dafür überprüft der NA-Schutz kontinuierlich die Spannung und Frequenz des Versorgungsnetzes hinsichtlich der Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen.

Im Folgenden haben wir für Sie die wichtigsten Anforderungen der beiden Anwendungsregeln kurz zusammengefasst.

VDE-AR-N 4105 für Erzeugungsanlagen von 30 bis 135 Kilowatt

Für Photovoltaik-Anlagen, die weniger als 135 Kilowatt erzeugen, muss für den Anschluss an das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers ein Kuppelschalter eingesetzt werden. Hierfür können Schütze, Motorschutzschalter oder weitere mechanische Leistungsschalter verwendet werden.

An die Schaltgeräte werden die folgenden Anforderungen gestellt:

✓ Sie müssen über ein Schaltvermögen verfügen, das der vorgeschalteten Schutzeinrichtung entspricht.

VDE-AR-N 4110 für Erzeugungsanlagen ab 135 Kilowatt

Für Photovoltaik-Anlagen, die mehr als 135 Kilowatt erzeugen, muss ebenfalls für den Anschluss an das Mittelspannungsnetz des Netzbetreibers ein Kuppelschalter eingesetzt werden. Hierfür können Leistungsschalter, Sicherungslasttrennschalter, Leistungstrennschalter, Motorschutzschalter oder verschweißsichere Schütze mit Lastschaltvermögen und vorgeschaltetem Kurzschluss verwendet werden.

An die Schaltgeräte werden die folgenden Anforderungen gestellt:

✓ Sie müssen bei Sicherungslasttrennschaltern auch das Ansprechen einer Sicherung zu einer 3-/4poligen Abschaltung führen.

Änderungen der VDE-AR-Normen 4105 und 4110

Um den Ausbau der Photovoltaik schneller voranzutreiben, wurde vom Bundesverband Solarwirtschaft, dem Bundeswirtschaftsministerium, der Bundesnetzagentur und dem VDE beschlossen, dass die bestehenden Verordnungen vereinfacht werden sollen. Diese Änderungen betreffen den Netzanschluss von PV-Anlagen mit Leistungen zwischen 135 und 500 Kilowatt.

» VDE-AR-N 4105 

Zukünftig sollen alle PV-Anlagen mit einer Leistung von bis zu 500 Kilowatt AC unter dieser Anwendungsregel zusammengefasst werden. Zusätzlich sollen das Anlagezertifikat B und die Konformitätserklärung wegfallen. Die Anlagen können sowohl an das Niederspannungsnetz als auch an das Mittelspannungsnetz angeschlossen werden und müssen über einen übergeordneten Entkupplungsschutz verfügen.

Somit unterliegen PV-Anlagen mit einer Leistung von 135 bis 270 Kilowatt AC zwar nicht mehr der VDE-AR-N 4110, jedoch müssen sie die Möglichkeit bieten, eine Inselnetzerkennung zu deaktivieren und die Schwelle der Frequenzabschaltung auf 52,5 Hz zu erhöhen. PV-Anlagen mit einer Leistung von 270 bis 500 Kilowatt AC müssen darüber hinaus noch über einen übergeordneten Entkupplungsschutz und eine Überwachung der Einspeiseleistung nach VDE-AR-N 4105 verfügen.

» VDE-AR-N 4110

Die Anwendungsregel gilt nach wie vor für PV-Anlagen mit einer Leistung von 500 bis 950 Kilowatt AC. Sie müssen verpflichtend über einen EZA-Regler, ein Anlagenzertifikat B sowie eine Konformitätserklärung nach NELEV verfügen.   

EZA-Regler zur Steuerung und Regelung der Energieflüsse

Erzeugungsanlagenregler (EZA-Regler oder Park-Regler) steuern und regeln die Energieflüsse einer Photovoltaik-Anlage. Damit stellen die Regler sicher, dass die erzeugte Solarenergie netzkonform eingespeist werden kann und gleichzeitig die Netzstabilität gesichert ist. Dafür wirkt der Regler als intelligenter Mittler zwischen Solarmodulen, Verbrauchern und dem Netz.

Der EZA-Regler überwacht und analysiert die erzeugte Energie, erfasst den aktuellen Energieverbrauch und gleicht die vom Netzbetreiber geforderten Sollwerte für Wirk- und/oder Blindleistung am Netzanschlusspunkt (NAP) ab. Während des Vergleichs der Sollwertvorgaben mit den gemessenen Istwerten am NAP übermittelt er die berechneten Steuerbefehle an die Erzeugungseinheit (EZE). Auf dieser Grundlage entscheidet der EZA-Regler netzdienlich, wie die Energie verteilt und genutzt werden soll, um einen optimalen Eigenverbrauch zu gewährleisten.

Bei Schwankungen der Solarenergie-Produktion gleicht der EZA-Regler Überschüsse und Defizite aus und ist zudem in der Lage, mit weiteren Komponenten der Photovoltaik-Anlage sowie mit dem intelligenten Energiemanagementsystem zu kommunizieren. Erforderliche Anlagenzertifikate können durch einen zertifizierten EZA-Regler erreicht werden.

Verteilertechnik von PV-Anlagen mit NA-Schutz sichern

Sobald die Summe von Scheinleistungen an der am NAP angeschlossenen Photovoltaik-Anlage größer als 30 kVA ist, dann ist ein Netz- und Anlagenschutz durch typgeprüfte und zertifizierte Schutzeinrichtungen verbindlich zu installieren. Der zentrale NA-Schutz befindet sich innerhalb eines Stromkreisverteilers und wirkt auf den zentralen Kuppelschalter der PV-Anlage.

Dabei müssen die speziell zu diesem Zweck installierten Relais besondere Anforderungen überfüllen. So müssen sie die Überwachung von Spannung und Frequenz gewährleisten. Darüber hinaus müssen sie beim Ausfall der Hilfsspannungsversorgung des zentralen NA-Schutzes unverzögert den Kuppelschalter auslösen innerhalb von maximale 200 Millisekunden.

Weiterhin muss die entsprechende Schutzeinrichtung vor Zugriff geschützt sein. Dies kann etwa durch eine Plombierung oder einem zweistufigen Passwortschutz erfolgen, sodass Unbefugte die Installation nicht bedienen können. Ebenfalls muss diese Installation einfehlersicher sein. Dies wird erreicht, indem sie zweikanalig konzipiert ist und über eine integrierte Selbstüberwachung verfügt.

Weiterhin muss es möglich sein, in dem Fehlerspeicher bis zu 5 Ergebnisse abzuspeichern, und es müssen Testfunktionen zur Prüfung der Auslösung auf den Kuppelschalter vorhanden sein. Eine zusätzliche Schwelle für den Spannungsrückgangsschutz << U ist ebenso erforderlich wie die Möglichkeit, die Einstellwerte und die Auslöseverzögerungen anpassen zu können.  

Sichere Energieverteilung für PV-Anlagen mit PV-GAK-Überspannungsboxen und PV-READY-Zählerschränken von HARDY SCHMITZ

Speziell für die Anforderungen an die Energieverteilung von PV-Anlagen angepasst, bietet HARDY SCHMITZ komplett bestückte und bereits anschlussfertig verdrahtete Generatoranschlusskästen und Zählerschränke. Normgerecht sind sowohl die Zählerschränke als auch GAKs bereits mit allen erforderlichen Geräten anschlussfertig ausgestattet und komplett verdrahtet, sodass sie nur noch montiert und angeschlossen werden müssen.

Diese Vorteile bieten die HARDY-Überspannungsboxen und HARDY-PV-READY-Zählerschränke:

✓ optimale Sicherheit für die Installation durch Einhaltung aller erforderlichen Normen

Optimaler Schutz für die PV-Anlage mit PV-GAK-Überspannungsboxen von HARDY SCHMITZ

Für den zuverlässigen Schutz der Photovoltaik-Anlagen vor direkten Blitzeinschlägen und Überspannungen: Die installationsfertigen und sofort anschließbaren PV-GAK-Überspannungsboxen nach DIN EN 61439-1 und DIN EN 50539-11 sorgen für ein zuverlässiges Schutzsystem, verhindern Ausfälle und senken Energiekosten.

Sie lassen sich mit allen gängigen Wechselrichtern einsetzen und sind für 1 MPPT- und 2 MPPT-Anwendungen geeignet. Die robusten und einfach zu montierenden Überspannungsboxen in der Schutzart IP66 und der Schutzklasse II verfügen sie über Wandmontage-Durchlässe und Mehrfachdichteinsätze zur Bündelung von String-Leitungen. 

PV-GAK-Überspannungsbox für 1 MPPT-Anwendungen mit Überspannungsschutz Typ 1 & 2

PV-GAK-Überspannungsbox für 2 MPPT-Anwendungen mit Überspannungsschutz Typ 1 & 2 

Sichere Energieverteilung in PV-Anlage mit PV-READY-Zählerkästen von HARDY SCHMITZ

Mit den multifunktionalen Verteilerzentralen PV-READY-Zählerkästen geht jede Elektroinstallation von Photovoltaik-Anlagen schnell von der Hand. Normgerecht sind sie bereits komplett bestückt und anschlussfertig verdrahtet, sodass die Montage vor Ort einfach und zügig erfolgen kann.  Die modernen Niederspannungsverteiler können universell für PV-Anwendungen in Neubauten oder auch in Altbau-Sanierungen verwendet werden.

PV-READY-Zählerkasten (eHZ & 3-Punkt)

Die Zählerschränke PV-READY eignen sich für den PV-Bereich. Als 2-reihige Verteiler sind sie für eHZ und 3-Punkt-Zähler mit APZ einsetzbar. Ausgestattet nach VDE-AR-N 4100:2019-04 ist ein SLS-Schalter Type 1-2-3 (40A), FI-Schalter sowie eine C20 Sicherung für PV-Anwendungen verbaut. Der Verteiler „Made by HARDY SCHMITZ“ hat einen NEOZED-Abgang und einen Verdrahtungssatz für Energy Meter.

Diese Anforderungen an Kuppelschalter müssen erfüllt werden

In der Regel besteht der zentrale Kuppelschalter aus einem Schaltorgan mit zwei Schaltgeräten und wird im Verteilerfeld des zentralen Zählerplatzes installiert. Ebenso kann er unmittelbar am Zählerplatz in einem Stromkreisverteiler integriert werden. Dabei können Kuppelschalter in Photovoltaik-Anlagen grundsätzlich nur dann eingesetzt werden, wenn gleichzeitig die Einhaltung der Einfehlersicherheit durch ein Abschaltsignal an die Anlage gewährleistet ist.

Weitere Anforderungen sind:

» Die Anlage darf sich im Falle eines defekten Kuppelschalters nicht wieder einschalten und nicht mehr einspeisen. Alternativ kann ein zweiter Kuppelschalter eingesetzt werden, kombiniert mit einer entsprechenden Schutzeinrichtung.

Auslegung von PV-Anlagen: Anforderungen für Direktmessung und Wandlermessung

Welche Anforderungen die Direktmessung und die Wandlermessung genau erfüllen müssen, ist im Detail mit dem zuständigen Netzbetreiber abzustimmen. Dennoch gilt grundsätzlich, dass eine Direktmessung bei kleinen PV-Anlagen mit Leistung von weniger als 30 Kilowatt möglich ist. Dabei wird nur ein Zähler für den Bezug und die Lieferung von Solarstrom in das Netz benötigt.

Betreiber dieser PV-Anlagen können sich frei entscheiden, ob sie sich am Netzsicherheitsmanagement bzw. Einspeisemanagement beteiligen oder ob sie die Einspeiseleistung dauerhaft auf 70 Prozent der installierten Leistung beschränken.

Dahingegen werden Wandlermessungen bei PV-Anlagen mit Leistungen zwischen 30 und 135 Kilowatt angewendet. Hier müssen nach der Netzbetreiber-Wandlermessung ein zentraler NA-Schutz, ein Kuppelschalter sowie ein Netzsicherheitsmanagement zur Leistungssteuerung vorhanden sein.

Für Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung zwischen 135 und 950 Kilowatt sind nach der Netzbetreiber-Wandlermessung ein zentraler Entkupplungsschutz, ein Kuppelschalter sowie ein Netzsicherheitsmanagement zur Leistungssteuerung zu installieren.

Geforderte Nachweise und Zertifizierungen von Erzeugungsanlagen nach VDE-AR-N 4105 und VDE-AR-N 4110

Sowohl für die Planung als auch für den Betrieb von Photovoltaik-Anlagen einschließlich ihrer verschiedenen Komponenten wird eine fachgerechte Prüfung mit entsprechenden Nachweisen und Zertifizierungen gefordert. Dies gilt für Erzeugungseinheiten sowie für die gesamte Erzeugungsanlage. Demnach wird unterschieden zwischen

Mit diesen Zertifizierungen wird nachgewiesen, dass die Anlagenkomponenten und die gesamte Anlage netzkonform und den bestehenden gesetzlichen Anforderungen entsprechen.

Zusammenfassung: verbindliche Normen für die Errichtung und den Betrieb von PV-Anlagen

Für die Installation von Photovoltaikanlagen auf und an Gebäuden müssen verschiedenste Vorschriften beachtet werden. Diese gelten in Deutschland für die Errichtung und den Betrieb von Photovoltaik-Anlagen sowohl im Falle von Neubauten als auch für Bestandsgebäude. Wie bei allen elektrischen Anlagen müssen auch PV-Anlagen über einen Potentialausgleich, einen Blitzschutz und weitere Sicherheitseinrichtungen nach Norm verfügen.

Hier haben wir für Sie die wichtigsten Normen rund um Photovoltaik-Anlagen zusammengefasst:

Normen zur Errichtung von Niederspannungsanlagen

Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz und deren Betrieb (TAR-Niederspannung)

Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz - Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz

Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz - Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 1: Allgemeine Grundsätze, Bestimmungen allgemeiner Merkmale, Begriffe (IEC 60364-1:2005, modifiziert); Deutsche Übernahme HD 60364-1:2008; Berichtigung 1

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag (IEC 60364-4-41:2005, modifiziert + A1:2017, modifiziert); Deutsche Übernahme HD 60364-4-41:2017 + A11:2017

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-44: Schutzmaßnahmen – Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen – Abschnitt 443: Schutz bei transienten Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von Schaltvorgängen (IEC 60364-4-44:2007/A1:2015, modifiziert); Deutsche Übernahme HD 60364-4-443:2016

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Trennen, Schalten und Steuern – Abschnitt 534: Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs) (IEC 60364-5-53:2001/A2:2015, modifiziert); Deutsche Übernahme HD 60364-5-534:2016

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen – Anschluss von Stromerzeugungseinrichtungen für den Parallelbetrieb mit anderen Stromquellen einschließlich einem öffentlichen Stromverteilungsnetz

Betrieb von elektrischen Anlagen - Teil 100: Allgemeine Festlegungen

Isolationskoordination für Betriebsmittel in Niederspannungs-Stromversorgungssystemen - Teil 1: Grundsätze, Anforderungen und Prüfungen (IEC 60664-1:2020); Deutsche Fassung EN IEC 60664-1:2020

Normen für die Inbetriebnahmeprüfung und Dokumentation

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 6: Prüfungen (IEC 60364-6:2016); Deutsche Übernahme HD 60364-6:2016 + A11:2017

Betrieb von elektrischen Anlagen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen; Deutsche Fassung EN 50110-1:2013

Normen für Photovoltaik-Stromversorungssysteme

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 7-712: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Photovoltaik-(PV)-Stromversorgungssysteme; Deutsche Übernahme HD 60364-7-712:2016

Photovoltaik (PV)-Systeme – Anforderungen an Prüfung, Dokumentation und Instandhaltung - Teil 1: Netzgekoppelte Systeme – Dokumentation, Inbetriebnahmeprüfung und Prüfanforderungen (IEC 62446-1:2016 + A1:2018); Deutsche Fassung EN 62446-1:2016 + A1:2018

Photovoltaik (PV)-Systeme – Anforderungen an Prüfung, Dokumentation und Instandhaltung - Teil 2: Netzgekoppelte Systeme – Instandhaltung von PV-Systemen (IEC 62446-2:2020); Deutsche Fassung EN IEC 62446-2:2020

Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung - Teil 12: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen – Auswahl und Anwendungsgrundsätze (IEC 61643-12:2008, modifiziert); Deutsche Fassung CLC/TS 61643-12:2009

Kabel und Leitungen – Leitungen für Photovoltaik Systeme; Deutsche Fassung EN 50618:2014

Normen zu Blitzschutzanlagen und Erdungssystemen

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen (IEC 62305-3:2010, modifiziert); Deutsche Fassung EN 62305-3:2011

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen – Beiblatt 5: Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme

Erdungsanlagen für Gebäude - Planung, Ausführung und Dokumentation

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Erdungsanlagen und Schutzleiter (IEC 60364-5-54:2011); Deutsche Übernahme HD 60364-5-54:2011

Brandschutz

Maßnahmen für den DC-Bereich einer Photovoltaikanlage zum Einhalten der elektrischen Sicherheit im Falle einer Brandbekämpfung oder einer technischen Hilfeleistung

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