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- Veröffentlicht am 25. Sept. 2024
- Zuletzt bearbeitet am 25. Sept. 2024
- 8 min
Verlängern des Erdungskabels
Es kann verschiedene Gründe geben, die bei einer Photovoltaikanlage eine Verlängerung des Erdungskabels erfordern. Hintergründe und wie man sicher dabei vorgeht, erfahren Sie in diesem Artikel.
Im Rahmen der Energiewende setzen sowohl private Haushalte als auch industrielle Fertigungsanlagen zunehmend auf Solarenergie. Photovoltaikanlagen ermöglichen es den Eigentümern, durch Sonnenlicht Energie zu erzeugen, zu speichern und auch in das Stromnetz einzuspeisen. Um die Sicherheit, Funktionalität und Langlebigkeit einer solchen Anlage gewährleisten zu können, ist neben einer regelmäßigen Leistungserfassung der Solarzellen auch die Erdung eine wichtige Voraussetzung. Dazu müssen alle metallischen Komponenten miteinander und mit der Erde verbunden sein, um einen einheitlichen Erdungspunkt zu schaffen. Häufig sind allerdings die vorinstallierten Erdungskabel nicht lang genug, um alle diese Teile miteinander zu verbinden - in diesem Fall darf man Erdungskabel verlängern. Dazu müssen vor allem Sicherheitsaspekte und -vorschriften für Mensch und Anlage beachtet werden.
PV Anlage
Eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage), ob privat oder industriell genutzt, bedarf einer Schutzerdung, um sicherzustellen, dass Mensch und Bauteile vor elektrischen Schlägen, wie beispielsweise durch Kurzschlüsse oder Isolationsfehler, geschützt sind. Dazu müssen alle metallischen Teile der PV-Anlage, die keine Spannung führen, direkt in die Erde geleitet werden. Geerdet werden müssen die folgenden Komponenten:
- der Modulrahmen der Anlage, um sicher zu stellen, dass im Falle mangelhafter Isolation keine Spannung geführt wird
- das metallische Montagesystem, in dem sich die Module befinden, damit auch hier keine Spannungen auftreten können
- der Wechselrichter, der über Erdungsanschlüsse verfügt, um sowohl Fehlerströme als auch Überspannungen (z.B. durch Blitzeinschläge) ableiten zu können
- Blitzschutzsysteme müssen mit der PV-Anlage verbunden sein, um sicherzustellen, dass Blitzströme sicher abgeleitet werden.
Neben dem Personenschutz dient das Erden einer Photovoltaikanlage vor allem auch dem Brandschutz, der Sicherung der elektronischen Bauteile und der Vermeidung von EMI (elektromagnetischer Interferenzen).
Erdungskabel PV Anlage
Das Erdungskabel einer Photovoltaikanlage verbindet die Metallrahmen der Solarmodule, das Montagesystem und den Wechselrichter mit der Erde, um elektrische Sicherheit zu gewährleisten. Es schützt vor elektrischen Schlägen, Überspannungen und Blitzeinschlägen. Die Befestigung erfolgt durch spezielle Klemmen an den Modulrahmen und dem Montagerahmen. Auch der Verteilerkasten und Überspannungsschutzgeräte sind an die Erdung angeschlossen. Die Erdung muss den geltenden Normen, wie der DIN VDE 0100, entsprechen. Sollte das Erdungskabel zu kurz sein, so kann es mit einem Kabel mit passendem Querschnitt verlängert werden. Die Verbindung der beiden Kabel erfolgt mit einer geeigneten Erdungsklemme.
Potentialausgleich
Im Allgemeinen versteht man unter Potentialausgleich das Verbinden aller leitfähigen Teile innerhalb eines Systems oder Gebäudes. Damit wird sichergestellt, dass alle das gleiche elektrische Potential haben und somit Spannungsunterschiede verhindert werden. Bei elektrischen Fehlern verhindert oder minimiert dies das Risiko von Fehlströmen oder Stromschlägen. In der Praxis werden dazu alle metallischen Bauteile wie Rohrleitungen, Geländer oder Metallrahmen durch spezielle Leitungen miteinander verbunden. Dies dient vor allem dem Personenschutz, aber stellt auch die Funktionsfähigkeit der Anlage sicher.
Potentialausgleich PV Anlage
Während das Erdungskabel Ströme in den Boden abgeleitet, werden durch den Potenzialausgleich Spannungsunterschiede innerhalb der PV-Anlage ausgeglichen. Im Unterschied zur Erdung muss der Potentialausgleich nicht unbedingt mit der Erde verbunden sein.
In einer PV Anlage werden zum Potentialausgleich normalerweise die folgenden Komponenten miteinander verbunden:
- Die Metallrahmen der Solarmodule werden durch spezielle Erdungsklemmen oder Verbindungsschienen mit dem Potenzialausgleich verbunden.
- Die Metallkonstruktionen (Schienen, Gestelle), auf denen die Solarmodule montiert sind, werden geerdet und ebenfalls in den Potenzialausgleich integriert.
- Der Wechselrichter wird mit dem Potenzialausgleich verbunden, um sicherzustellen, dass er bei einem Defekt keinen gefährlichen Spannungsunterschied aufweist.
- Die Schutzleiter (PE-Leiter) werden miteinander verbunden, um eine sichere Ableitung von Fehlerströmen zu gewährleisten.
Hierdurch wird das Risiko von elektrischen Schlägen und Bränden in der Anlage verringert.
Potentialausgleich nachrüsten
Im Fall, dass der Potentialausgleich nicht richtig ausgeführt wurde, empfiehlt es sich dringend, diesen nachzurüsten, um Schäden an der PV Anlage oder Gefahren für Menschen zu vermeiden. Die Nachrüstung muss entsprechend den geltenden Normen und Vorschriften (z. B. DIN VDE 0100-712 für PV-Anlagen) erfolgen und sollte durch Fachpersonal vorgenommen werden.
Es sollten ausschließlich zugelassene Materialien wie geeignete Erdungsklemmen, Verbindungsleitungen (Potentialausgleichsleiter) und gegebenenfalls Schienensysteme verwendet werden.
Vorschriften für Erdung und Potentialausgleich
In Deutschland sind die Erdung und der Potenzialausgleich für PV-Anlagen gesetzlich geregelt und müssen gemäß den DIN VDE-Normen sowie den Anforderungen der Blitzschutzvorschriften erfolgen. Die einschlägigen Sicherheitsvorschriften sind:
- die DIN VDE 0100-712 (Errichten von Niederspannungsanlagen – Besondere Anforderungen für PV-Systeme): sie regelt die Anforderungen für die Erdung und den Potenzialausgleich bei PV Anlagen und fordert, dass alle leitfähigen Bauteile der Anlage in den Potentialausgleich mit einbezogen sind und dass ein PE-Leiter (Schutzleiter) vorhanden ist, der mit der Erdung des Gebäudes verbunden ist.
- die DIN VDE 0185-305 (Blitzschutz) und DIN EN 62305-3 (Blitzschutz – Schutz von baulichen Anlagen und Personen): beschreibt die Integration der Anlage in den Blitzschutz eines Gebäudes bzw. den äußeren und inneren Blitzschutz.
- die TAB (Technische Anschlussbedingungen) der Netzbetreiber: die spezifischen Vorschriften zur Erdung und zum Potenzialausgleich der jeweiligen Netzbetreiber müssen bei der Anmeldung der Anlage und beim Netzanschluss berücksichtigt werden.
Eine ordnungsgemäße Erdung und ein korrekter Potenzialausgleich tragen zur Sicherheit und zum Schutz der Anlage vor elektrischen Fehlern und Blitzeinschlägen bei.
Erdungswiderstand messen
Um sicherzustellen, dass die Erdung korrekt funktioniert und dass im Fehlerfall Ströme sicher abgeleitet werden können, muss der Erdungswiderstand einer Photovoltaikanlage zur Inbetriebnahme, aber auch zu Kontrollzwecken gemessen werden. Der Erdungswiderstand sollte so gering wie möglich sein, idealerweise unter 10 Ohm, damit bei einem Kurzschluss oder Fehler eine sichere Ableitung gewährleistet ist. Die Erdungsmessung erfolgt mithilfe spezieller Erdungsprüfgeräte. Dabei sind die die Fall- oder Dreileitermethode am gängigsten. Hierzu werden zwei Sonden in den Boden gesetzt, die zusammen mit dem Erdungspunkt der Anlage einen Messkreis bilden. Das Erdungsmessgerät ermittelt dann den Widerstand.
Erdungsmethoden
Die Erdung einer PV-Anlage kann auf verschiedene Weise erfolgen, je nach den spezifischen Anforderungen und der Installationsart:
- Die direkte Erdung (Schutzerdung) stellt sicher, dass metallische Teile der PV-Anlage sicher mit der Erdung des Gebäudes verbunden sind, um Fehlerströme abzuleiten. Unter verschiedenen Umständen kann es dafür nötig sein, das Erdungskabel zu verlängern.
- Der Blitzschutz und der Potenzialausgleich sorgen für zusätzliche Sicherheit bei Blitzeinschlägen und verhindern Spannungsunterschiede.
- Der Wechselrichter wird in der Regel über den Schutzleiter (PE) geerdet, wobei die Erdung der DC-Seite (Wechselstromseite) besonders bei trafolosen Wechselrichtern von Bedeutung ist.
- In bestimmten Fällen kann auch indirekte Erdungen zum Einsatz kommen. Dies ist insbesondere bei Insellösungen der Fall, wo man, um Erdschleifen zu vermeiden, anstelle einer festen Erdung eine elektronische Schutzvorrichtung verwendet, die Fehlerströme erkennt und die Anlage bei Gefahr automatisch abschaltet.
Solarstecker
Solarstecker, auch MC4-Stecker genannt, sind vorrangig für die Verbindung der Solarmodule mit dem Wechselrichter verantwortlich. Dennoch spielen sie eine wichtige Rolle bei der Erdung der PV Anlage, da sie für hohe Spannungen ausgelegt sind und gleichzeitig eine zuverlässige Isolierung bieten. Sie verhindern, dass Strom aus den Verbindungen austritt, und reduzieren damit das Risiko von Erdungsfehlern oder gefährlichen Spannungsunterschieden innerhalb der Anlage.
Indem sie eine stabile und dichte Verbindung zwischen den Kabeln herstellen, verringern die MC4-Stecker das Risiko von unbeabsichtigten Erdungen bzw. Erdungsschleifen.
Zudem erhöhen sie die Wartungsfreundlichkeit des Systems, da einzelne Module oder Kabelabschnitte, bei beispielsweise Erdungswiderstands- oder anderen Messungen, einfach abgetrennt werden können.
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Werkzeuge zur Verlängerung des Erdungskabels
Es kann vorkommen, dass Sie das Erdungskabel verlängern müssen, um die Sicherheit und volle Funktionalität Ihrer PV Anlage gewährleisten zu können. Dazu benötigen Sie ein passendes zusätzliches Erdungskabel mit entsprechendem Kabelquerschnitt. Das bestehende Kabel wird mit einem Kabelschneider sauber abgetrennt. Um das Ende des bestehenden Erdungskabels sowie das Ende des neuen Kabels vorsichtig zu entmanteln, arbeitet man am besten mit einer Abisolierzange. Nach dem Abisolieren werden die freigelegten Kupferdrähte mit einer Kabelverbindungsklemme (Crimphülse) verbunden. Der Schrumpfschlauch wird vor dem Crimpen über eines der Kabel gezogen.
Zusätzlich oder auch alternativ zum Schrumpfschlauch kann ein Isolierband verwendet werden, um die Verbindung zu isolieren und vor äußeren Einflüssen zu schützen. Es wird eng um die Verbindungsstelle gewickelt. Die Crimpzange wird verwendet, um die Kabelenden mechanisch und elektrisch sicher zu verbinden, indem die Hülse fest verpresst wird. Anschließend verbindet man das neue Kabelstück mit einem Kabelverbinder bzw. einer Kabelverbindungsklemme (z. B. eine Pressverbindung oder Erdungsklemme). Am Ende wird die Verlängerung auf sicheren Halt und ordnungsgemäße Erdung überprüft.
Sicherheit und Funktionalität des Erdungssystems
Um die Sicherheit und Funktionalität des Erdungssystems einer PV-Anlage zu überprüfen, wird der Erdungswiderstand gemessen. Dazu verwendet man ein Erdungsmessgerät (z. B. mit der Dreipunktmethode), bei dem zwei zusätzliche Sonden in den Boden gesteckt werden, um den Widerstand zwischen Erdungspunkt und den Sonden zu messen. Der gemessene Wert sollte idealerweise unter 10 Ohm liegen. Zudem wird der Potenzialausgleich geprüft, indem alle metallischen Teile (Module, Rahmen, Montagesysteme) auf leitfähige Verbindungen untersucht werden. Sichtprüfungen auf Korrosion, Beschädigungen oder lose Verbindungen ergänzen die elektrische Überprüfung, um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten. Somit ist die Funktionalität und Verfügbarkeit ihrer PV Anlage mit Hilfe des verlängerten Erdungskabels wiederhergestellt.
