Netz- und Anlagenschutz: Schlüsselrolle für Effizienz und Sicherheit der Solarenergie

Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) für Solaranlagen

Gemäß der Anwendungsregel VDE-AR-N 4105:2018-11 ist in Deutschland für alle Erzeugungsanlagen von 30 kW bis 135 kW ein Netz- und Anlagenschutz gefordert. Diese Schutzvorrichtung spielt eine wichtige Rolle bei der sicheren Integration von Solaranlagen in das Stromnetz und gewährleistet die Einhaltung der vorgegebenen Spannungs- und Frequenztoleranzen sowie die Vermeidung von Inselnetzen.

Der NA-Schutz nach VDE-AR-N 4105 überwacht kontinuierlich die Spannung und Frequenz des Versorgungsnetzes, um sicherzustellen, dass sie innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen. Im Falle von Abweichungen trennt der NA-Schutz die Stromerzeugungseinrichtung innerhalb von 0,2 Sekunden fehlersicher vom Netz. Fehlersicherheit bedeutet in diesem Fall, dass zwei unabhängig gesteuerte Schaltelemente in Reihe geschaltet sind, so dass bei Ausfall eines Schalters die Funktion erhalten bleibt.

Die NA-Schutzpflicht für Solarstromanlagen ergibt sich aus zwei Hauptgründen:

1. Einhaltung von Spannungs- und Frequenzgrenzen im Stromnetz: Durch den NA-Schutz wird sichergestellt, dass die von der Solaranlage erzeugte Energie die vorgegebenen Grenzwerte für Spannung und Frequenz nicht überschreitet. Dies ist wichtig, um die Netzstabilität zu gewährleisten und Störungen im Stromnetz zu vermeiden.
2. Abschaltung von Inselnetzen: Im Falle von Wartungsarbeiten oder Netzstörungen muss die Solaranlage schnell und sicher vom Netz getrennt werden, um die Sicherheit des Wartungspersonals zu gewährleisten und die Isolierung von Inselnetzen zu verhindern. Der NA-Schutz ermöglicht eine schnelle Abschaltung der Anlage in solchen Situationen.

Je nach Größe der Solaranlage kann entweder ein zentraler oder dezentraler NA-Schutz eingesetzt werden. Bei größeren Anlagen wird in der Regel ein zentraler NA-Schutz verwendet, während bei kleineren Anlagen auch dezentrale Schutzlösungen möglich sind.

Die Einhaltung der NA-Schutzpflicht ist in Deutschland für gewerbliche Photovoltaik-Dachanlagen von großer Bedeutung. Es ist wichtig, dass Solaranlagenbetreiber die erforderlichen Schutzvorrichtungen entsprechend den geltenden Vorschriften installieren lassen, um die Sicherheit des Stromnetzes und die Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen zu gewährleisten.

So funktioniert ein klassischer NA-Schutz

Der NA-Schutz besteht aus zwei Hauptkomponenten:

1. Das Netz- und Anlagenschutzrelais überwacht das Stromnetz.
2. Der Kuppelschalter wird über das Relais gesteuert.

Der NA-Schutz wird am Zählerplatz installiert und überwacht Spannung und Frequenz. Im Fehlerfall werden zwei galvanisch getrennte Kuppelschalter in Reihe abgeschaltet (redundanter Aufbau). Die Schaltgeräte müssen über ein Lastschaltvermögen verfügen, das der Nennleistung der Solaranlage entspricht.

Für jedes Schaltgerät gibt es einen eigenen Ausgang am Überwachungsrelais, der unabhängig angesteuert wird. Die Schaltgeräte melden ihre aktuelle Schaltstellung an das Überwachungsrelais zurück, um die geforderte "Einfehlersicherheit" zu gewährleisten.

Bei Anlagen mit einer Leistung ab 100 kW sind Motorschutzschalter oder mechanische Leistungs-/Lasttrennschalter zugelassen. In kleineren Anlagen können auch Schütze verwendet werden.

Dezentraler NA-Schutz bei kleineren PV-Anlagen

Kleinere Solaranlagen werden häufig näher am Netzanschlusspunkt installiert, wodurch die kurzen Kabelstrecken und der relativ geringe Stromfluss zu einem vernachlässigbaren Spannungsabfall führen. Daher kann bei kleineren PV-Anlagen mit einer Leistung unter 30 kW oder bei Blockheizkraftwerken der NA-Schutz auch dezentral in Unterverteilungen installiert oder in die programmierbare Steuerung der Anlage integriert werden, beispielsweise in den Solarwechselrichter.

AC-Kuppelschalter vs. zentraler Kuppelschalter

Die Anschaffungs- und Betriebskosten eines NA-Schutzes können sich summieren und haben einen erheblichen Einfluss auf die Rentabilität der Anlage. Um das Abschalten der Wechselrichter gemäß den Vorschriften zu gewährleisten, ist bei vielen auf dem Markt erhältlichen Produkten ein teurer externer Kuppelschalter erforderlich. Eine Möglichkeit, Kosten zu sparen, besteht darin, den zentralen Kuppelschalter durch einen AC-Kuppelschalter zu ersetzen.

Ein Beispiel dafür ist der Wechselrichter Sunny Tripower CORE1 von SMA Solar Technology AG, der gemäß VDE-AR-N 4105:2018-11, Kapitel 6.4.1 Methode C für Anlagen mit einer Leistung von 30 bis 135 kW den erforderlichen Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) durch einen integrierten AC-Kuppelschalter gewährleistet. Der im Sunny Tripower CORE1 integrierte AC-Kuppelschalter wird vor jedem Einschaltvorgang vom Wechselrichter auf seine korrekte Funktion geprüft. Der Wechselrichter überprüft zudem täglich die Schaltfähigkeit des Kuppelschalters. Bei einer Fehlfunktion wird der Fehler gemeldet und der Wechselrichter verbindet sich nicht mit dem öffentlichen Stromnetz, selbst wenn der zentrale NA-Schutz aktiviert ist.

Auch in den Wechselrichtern Sungrow SG 33 / 40 / 50 CX werden entsprechende Kuppelschalter überflüssig. Sie sind bereits standardmäßig mit geeigneten Relais ausgestattet, die die Geräte innerhalb von 100 ms abschalten können. Die Funktion kann schnell und einfach über eine App eingerichtet werden - zusätzliche Hardware im Wechselrichter ist nicht erforderlich.