Das kritische Schutzdetail, das in den meisten PV-Anlagen übersehen wird
Moderne Wohngebäude-Photovoltaikanlagen sind in hohem Maße auf Überspannungsschutz angewiesen, um Wechselrichter, Batteriespeicher und Haushaltsgeräte vor Blitzschlägen und Schaltüberspannungen zu schützen. Dennoch gibt es eine Frage, die Installateure und Hausbesitzer immer wieder beschäftigt:
Sollte vor dem Überspannungsableiter (SPD) ein Leistungsschalter installiert werden?
In realen PV-Verteilerschränken sieht man häufig zwei typische Konfigurationen:
Der SPD ist installiert, ohne vorgeschalteten Leistungsschalter
Der SPD ist installiert mit vorgeschaltetem Leistungsschalter oder Sicherung
Auf den ersten Blick scheinen beide Varianten akzeptabel zu sein. Aus Sicht der elektrischen Performance und der langfristigen Betriebssicherheit unterscheiden sie sich jedoch deutlich.
Dieser Artikel liefert aus ingenieurtechnischer Perspektive eine klare Erklärung, um Ihnen bei der richtigen Auslegung Ihres PV-Schutzkonzepts zu helfen.
Warum Überspannungsableiter manchmal im Kurzschluss versagen
Die in PV-Systemen eingesetzten Überspannungsschutzgeräte (SPDs) lassen sich nach ihren Kernbauteilen in zwei Hauptkategorien einteilen:
1. Spannungsbegrenzende SPDs (MOV-basiert)
Diese Geräte verwenden Metalloxid-Varistoren (MOV), um transiente Überspannungen zu absorbieren.
MOVs arbeiten schnell und effizient, sind jedoch in folgenden Situationen anfällig für Kurzschlussausfälle:
Starke Blitzstoßströme
Ereignisse mit temporärer Überspannung (TOV)
Langfristige thermische Alterung
Erreicht ein MOV das Ende seiner Lebensdauer oder wird er extremen Stoßströmen ausgesetzt, kann er in einen dauerhaften Kurzschlusszustand übergehen. Wird dieser Zustand nicht umgehend selektiv abgeschaltet, stellt ein kurzgeschlossener SPD ein erhebliches Brandrisiko dar.
2. Schaltende SPDs (GDT-basiert)
Gasentladungsableiter (GDT) verfügen über eine sehr hohe Stoßstromtragfähigkeit. Werden sie jedoch in hybriden SPDs zusammen mit MOV-Modulen eingesetzt, ist der MOV-Teil weiterhin thermischer Belastung ausgesetzt.
Unabhängig von der internen Struktur gilt:
Ein SPD ist ein „Opferschutzelement“ – sein Fehlermodus muss in der Systemauslegung unbedingt berücksichtigt werden.
Warum wird ein Leistungsschalter vor dem Überspannungsableiter benötigt?
Wenn ein Überspannungsableiter (SPD) im Kurzschluss versagt, fließt der Fehlerstrom aus dem Netz oder dem Wechselrichter in den SPD-Abzweig. Gibt es kein vorgeschaltetes Abschaltgerät, kann der SPD:
überhitzen,
rauchen oder
sich entzünden
und dadurch folgende Komponenten gefährden:
PV-Verteilerschrank
Kabel und Leitungen
Angeschlossene elektrische Betriebsmittel
Das Gebäude selbst
Aus diesem Grund empfehlen viele internationale Normen und Hersteller, vor jedem SPD ein Backup-Schutzgerät zu installieren, das üblicherweise als SPD-Backup-Schutz oder SPD-Backup-Schutzschalter bezeichnet wird.
Ein solches Backup-Schutzgerät stellt sicher:
✔ Sichere Abschaltung eines fehlerhaften, kurzgeschlossenen SPDs
✔ Weiterer Betrieb des übrigen elektrischen Systems
✔ Vermeidung von Brand- oder Hitzeschäden
✔ Kein unbeabsichtigtes Auslösen durch normale Blitzstoßströme
Kurz gesagt:
Der Leistungsschalter schützt den SPD. Der SPD schützt das System.
Was ist ein SPD-Backup-Schutzgerät genau?
Ein Backup-Schutzgerät ist nicht auf Leistungsschalter beschränkt. Es kann sein:
Ein Mini-Leistungsschalter (MCB)
Eine Sicherung
Ein spezieller SPD-Backup-Schutzschalter (für Blitzstoßströme optimiert)
Die Aufgabe ist immer dieselbe:
Wenn der SPD in den Kurzschluss gerät, muss das Backup-Schutzgerät den SPD-Zweig schnell und zuverlässig abschalten.
Moderne, speziell für SPDs ausgelegte Backup-Schutzgeräte bieten im Vergleich zu Standard-MCBs und Sicherungen folgende Vorteile:
Höhere Blitzstromtragfähigkeit
Schnellere Fehlerabschaltung
Geringere Fehlauslösungen
Bessere Koordination mit dem thermischen Verhalten der MOVs
ONCCY bietet speziell für PV-DC- und AC-Schutzanwendungen entwickelte SPD-Backup-Schutzgeräte an.
Anforderungen an den Leistungsschalter vor dem SPD
Nicht jeder Leistungsschalter ist für den Einsatz im Überspannungsschutzkreis geeignet. Er muss zwei zentrale Anforderungen erfüllen:
1. Er darf bei Blitzstoßströmen nicht auslösen
Während Überspannungsprüfungen mit 8/20 µs bzw. 1,2/50 µs Stoßformen muss der Leistungsschalter geschlossen bleiben.
Ein für SPD-Backup geeigneter Leistungsschalter kann mindestens 20 standardisierte Stoßstrompulse überstehen, ohne ungewollt auszulösen.
2. Er muss auslösen, wenn der SPD im Kurzschluss ist
Kommt es zu einem Kurzschlussfehler im SPD, muss der Leistungsschalter:
den Kurzschluss erkennen,
den Fehlerstrom unterbrechen und
den SPD-Zweig sauber und schnell vom Netz trennen.
So werden Sicherheit gewährleistet und Brandrisiken minimiert.
Wie wählt man den richtigen Leistungsschalter oder die richtige Sicherung für den SPD-Schutz?
Bei der Auswahl eines Backup-Schutzgeräts sind folgende technische Punkte zu beachten:
Jeder Pol des SPDs benötigt einen eigenen Schutzpol.
In DC-PV-Systemen sowie in TN-/TT-AC-Systemen muss jeder Schutzmodus des SPDs einen zugeordneten Schutzpol besitzen.Die Ausschaltleistung muss größer als der maximale Kurzschlussstrom sein.
Liegt der örtliche Kurzschlussstrom bei 6 kA, 10 kA oder höher, muss die Ausschaltleistung des Schutzgeräts mindestens diesem Wert entsprechen.Korrekte Koordination mit den SPD-Eigenschaften.
Hersteller stellen Kompatibilitätstabellen zur Verfügung, zum Beispiel:
ONCCY-Auswahltabelle für SPD-Backup-Schutzgeräte (wie in der Abbildung gezeigt).
Diese Tabellen stellen die koordinierte Zusammenarbeit sicher zwischen:
Maximalem Ableitstrom des SPDs
Eigenschaften des thermischen Trennmechanismus
Zeit-Strom-Kennlinie des Backup-Leistungsschalters
Beschädigt der Blitzstrom den Leistungsschalter?
Dies ist ein häufig geäußerter Zweifel – aber in der Praxis unbegründet.
Der Blitzstrom im SPD-Zweig dauert nur Nanosekunden bis Mikrosekunden. Diese Zeitspanne ist zu kurz, als dass ein MCB reagieren oder dass seine Kontakte dadurch geschädigt würden.
In der Praxis gilt:
Der SPD übernimmt den Stoßstrom
Der Leistungsschalter löst nicht aus
Die Kontakte bleiben unbeschädigt
Leistungsschalter sind für Schaltvorgänge im Millisekundenbereich ausgelegt – nicht im Nanosekundenbereich.
Daher beeinflussen Blitzströme die Kontakte des Leistungsschalters nicht.
Gibt es Fälle, in denen der SPD ohne vorgeschalteten Leistungsschalter installiert werden kann?
Technisch gesehen erlauben einige Hersteller eine direkte Installation ohne separates Backup-Gerät, aber nur unter folgenden Bedingungen:
Der vorgelagerte Leistungsschalter ist korrekt dimensioniert
Verdrahtung und maximaler Kurzschlussstrom entsprechen den SPD-Spezifikationen
Nationale Normen lassen eine solche Konfiguration zu
In Wohngebäude-PV-Anlagen – insbesondere in Regionen mit hoher Blitzdichte – wird jedoch dringend empfohlen, einen dedizierten SPD-Backup-Schutz vorzusehen.
Das erhöht die Sicherheit, verbessert die Zuverlässigkeit und erleichtert die Fehlersuche im System.
Zusammenfassung: Sollte vor dem SPD ein Leistungsschalter installiert werden?
Ja – in den meisten PV-Systemen ist ein Leistungsschalter oder eine Sicherung vor dem SPD unverzichtbar.
Typische Empfehlungen:
Wohngebäude-PV-Systeme: Leistungsschalter/Sicherung vor dem SPD vorsehen
Regionen mit hohem Blitzaufkommen: praktisch obligatorisch
AC-Verteilerschränke: empfohlen
DC-PV-Combiner-Boxen: jeder Pol benötigt einen eigenen Schutz
Verwendung eines speziellen SPD-Backup-Schutzgeräts: Best Practice
Das Hinzufügen eines Backup-Schutzes:
Verhindert Brände durch SPD-Kurzschlussfehler
Stellt den unterbrechungsfreien Betrieb des Haupt-PV-Systems sicher
Erhöht Sicherheit und Zuverlässigkeit
Entspricht dem Designgedanken von IEC-, GB- und NEC-Normen
FAQ: Häufige Fragen zum Backup-Schutz von SPDs
1. Löst der Leistungsschalter bei jedem Blitzeinschlag aus?
Nein. Ein passend ausgewähltes Backup-Schutzgerät kann standardisierte Blitzstoßströme verkraften, ohne auszulösen.
2. Können Sicherungen als Backup-Schutz für SPDs verwendet werden?
Ja. Dank ihrer einfachen Struktur und hohen Ausschaltleistung werden Sicherungen in DC-PV-Combiner-Boxen sehr häufig eingesetzt.
3. Warum den SPD nicht einfach direkt anschließen – ohne zusätzlichen Schutz?
Bei einem Kurzschlussfehler im SPD besteht ohne Backup-Schutz ernsthafte Brandgefahr. Direkteinspeisung ist daher nicht empfehlenswert.
4. Fallen SPDs immer im Kurzschluss aus?
Die meisten MOV-basierten SPDs neigen am Lebensende zu Kurzschlussfehlern, weshalb ein Backup-Schutz als zwingend erforderlich angesehen wird.
5. Was ist die beste Lösung?
Die Verwendung eines speziellen SPD-Backup-Schutzgeräts, z. B. optimierte Modelle von ONCCY, gewährleistet optimale Koordination und maximale Sicherheit.
Fazit: Sichere PV-Planung beginnt mit richtigem Überspannungsschutz
Überspannungsableiter schützen Ihren PV-Wechselrichter und Ihr Gebäude vor Blitz- und Überspannungsschäden.
Doch auch der SPD selbst benötigt Schutz.
Die Installation eines Leistungsschalters, einer Sicherung oder eines speziellen SPD-Backup-Schutzgeräts vor dem SPD ist der effektivste Weg:
Brandrisiken zu vermeiden
Die langfristige Stabilität des Systems sicherzustellen
Eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewährleisten
Internationale Sicherheitsnormen einzuhalten
Für Wohn- und Gewerbe-PV-Anlagen gilt:
SPD + korrekt ausgewähltes Backup-Schutzgerät = optimaler Schutz.
ONCCY – Ihr Spezialist für PV-Schutzkomponenten
ONCCY bietet ein vollständiges Portfolio an PV-Elektroschutzkomponenten, darunter:
AC-/DC-Überspannungsschutzgeräte (SPDs)
SPD-Backup-Schutzgeräte
DC-Sicherungen
DC-Mini-Leistungsschalter
PV-Trennschalter
Komponenten für PV-Combiner-Boxen
Alle Produkte entsprechen internationalen Sicherheitsstandards wie CE, TUV und IEC.
Wenn Sie maßgeschneiderte Lösungen für Ihr PV-Schutzsystem benötigen, stellt ONCCY Ihnen professionellen Engineering-Support sowie OEM-/ODM-Dienstleistungen zur Verfügung.