Photovoltaik

Normen und rechtliche Rahmenbedingungen

Die Planung, Errichtung und der Betrieb von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) unterliegen zahlreichen Normen und Vorschriften, die sowohl die elektrische Sicherheit als auch die funktionale Leistungsfähigkeit gewährleisten. Für die elektrotechnische Planung und Ausführung ist insbesondere die DIN VDE 0100-712 relevant, die spezifischen Anforderungen für die Errichtung von Niederspannungs-PV-Anlagen definiert. Ergänzend regelt die VDE-AR-N 4105 den Anschluss dezentraler Energieerzeugungsanlagen an das öffentliche Niederspannungsnetz, insbesondere in Bezug auf Spannungsstabilität, Schutzfunktionen und Netzrückwirkungen.

Für die Modulprüfung und -zertifizierung gelten internationale Normen wie die IEC 61215, die die Leistungs- und Langzeitstabilität von kristallinen Siliziummodulen überprüft, sowie die IEC 61730, die sicherheitsrelevanten Anforderungen an elektrische und mechanische Eigenschaften der Module stellt. Ergänzend gibt die DIN EN 62446-1 Prüfungen, Dokumentationen und Wartungsvorgaben für die ordnungsgemäße Installation und den Betrieb von PV-Anlagen vor. Die Einhaltung dieser Normen gewährleistet ein standardisiertes Sicherheits- und Qualitätsniveau, das für Betreiber, Planer und Versicherungen von zentraler Bedeutung ist.

Brandschutz bei Photovoltaikanlagen

Brandschutz ist ein wesentlicher Aspekt bei Photovoltaikanlagen, da elektrische Fehler oder thermische Überlastungen Brände auslösen können. Typische Gefährdungen entstehen durch Hot-Spots, die lokal hohe Temperaturen erzeugen, defekte Bypass-Dioden, die ungleichmäßige Ströme verursachen, sowie DC-Lichtbögen an Steckverbindungen, die hohe Temperaturen entwickeln und eine direkte Brandursache darstellen können.

Zur Risikominimierung kommen verschiedene technische Maßnahmen zum Einsatz. Überspannungsschutzgeräte (SPD) schützen vor transienten Spannungsspitzen, die durch Blitzeinschläge oder Schalthandlungen im Netz entstehen. Arc-Fault Detection Units (AFDU) erkennen Lichtbögen frühzeitig und schalten betroffene Stränge ab, bevor es zu einer Brandentwicklung kommt. Die konsequente Verwendung zertifizierter Komponenten ist entscheidend, um thermische und mechanische Belastungen zuverlässig zu bewältigen. Bei vertikalen Fassadenanlagen verhindern vorgeschriebene Brandriegel die Ausbreitung von Feuer entlang der Dämmung.

Zusätzlich spielt die systematische Dimensionierung der elektrischen Leitungen eine zentrale Rolle. Fachgerechte Kabelquerschnitte, die Reduzierung unnötiger Steckverbindungen und geeignete Anschlusskästen minimieren das Risiko von Kurzschlüssen und Lichtbögen.

Prüfverfahren zur Qualitätssicherung

Die Qualitätssicherung von PV-Anlagen ist essenziell, um sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Betriebssicherheit langfristig zu gewährleisten. Zu den Prüfverfahren zählen:

• Sichtprüfungen, um mechanische Schäden wie Risse, Delamination oder Verfärbungen zu erkennen.
• Leerlaufspannungs- (Voc) und Kurzschlussstrommessungen (Isc) zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit einzelner Strings und zur Früherkennung von Leistungsverlusten.
• IV-Kurvenmessungen, die detaillierte Kennlinien der Module liefern und Rückschlüsse auf Wirkungsgrad, Temperaturkoeffizienten und Degradationserscheinungen ermöglichen.
• Thermografie, um Hot-Spots und Kontaktprobleme sichtbar zu machen, die auf Materialfehler oder mangelhafte Verschaltungen hinweisen.
• Isolationswiderstandsmessungen, um Feuchtigkeitseintritte oder Kabelbeschädigungen zu identifizieren.
• Monitoring-Systeme der Wechselrichter, die kontinuierlich Spannung, Strom und Leistung überwachen und frühzeitig Anomalien erkennen.

Die Kombination dieser Methoden, sowohl im Labor als auch in Feldtests, bildet eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für die Optimierung von Sicherheit, Effizienz und Lebensdauer von PV-Anlagen.

Bauphysik von Photovoltaikanlagen

PV-Anlagen haben neben elektrische auch bauphysikalische Relevanz. Mechanisch müssen sie Schneelasten, Winddrücke und teilweise auch Erdbebenbelastungen aufnehmen können. Bei Flachdachanlagen ist die Integrität der Dachabdichtung entscheidend, um Feuchtigkeitsschäden zu vermeiden. Montagesysteme werden unter Berücksichtigung von Statik, Materialermüdung und thermischer Ausdehnung der Module konstruiert.

Akustisch sind PV-Anlagen unproblematisch, da sie im Betrieb kaum Geräusche erzeugen. Ein positiver Nebeneffekt ist die leichte Verschattung des Daches, die im Sommer den Wärmeeintrag ins Gebäude reduziert und die Klimatisierungslast verringert. Thermisch betrachtet tragen PV-Module zur verbesserten Wärmebilanz bei, insbesondere bei gebäudeintegrierten Systemen. Zusätzlich beeinflussen PV-Module die Strömungsverhältnisse auf Dächern, die Materialalterung und die Feuchtigkeitsbilanz, was bei der Planung von Befestigungen, Abdichtungen und Belüftungssystemen berücksichtigt werden muss.