Plug and Play? Einschränkungen zum Anschluss von Modulwechselrichtern mit Schuko-Steckern

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1 Plug and Play? Einschränkungen zum Anschluss von Modulwechselrichtern mit Schuko-Steckern Adrian Häring, Detlev Tschimpke, Sandra Förtsch, Stefan Zanger SMA Solar Technology AG Sonnenallee 1, Niestetal Tel.: , Fax: Internet: Motivation für den Anschluss von Modulwechselrichtern mit Schuko-Steckern Nachdem in den letzten Jahren ein Boom für Modulwechselrichter in den USA entstand, werden diese Konzepte nun auch in Europa wieder intensiv diskutiert. Bei dieser Diskussion über die Sinnhaftigkeit und den Einsatz dieser Konzepte wird häufig die Möglichkeit genannt, den Wechselrichter über Schutzkontakt-Stecker anzuschließen (Abb. 1), welche in der Hausinstallation zum Anschluss von haushaltsüblichen Elektrogeräten verwendet werden [1]. Damit würde die Notwendigkeit entfallen, einen Elektriker für die Überprüfung und den Anschluss der PV-Anlage beauftragen zu müssen. Jeder könnte seinen Modulwechselrichter wie jedes andere haushaltsübliche Gerät einfach an eine Steckdose anschließen. Der Anlagenbetreiber könnte außerdem die Anlage jederzeit schnell und einfach erweitern. Abb. 1: Modulwechselrichter mit Schuko-Stecker

2 Generell könnte eine Gefahr durch die berührbare Wechselspannung an den offenen Stiften des Schuko-Steckers entstehen. Durch die in netzgekoppelten Wechselrichtern integrierte Inselnetzerkennung kann diese Gefahr vermieden werden. Der Wechselrichter ist nur im eingesteckten Zustand bei anstehender Netzspannung aktiv. Es gibt mittlerweile Firmen, die gezielt auf diese Systeme mit Schuko-Stecker setzen. So vermarktet z.b. eine spanische Firma fertige Kombinationen aus PV- Modul und Modulwechselrichter mit Stecker zum Anschluss durch den Laien [2]. Was im ersten Moment sehr schlüssig klingt und zur Verbreitung von PV-Anlagen beitragen könnte, kann in der Praxis zu Problemen führen. Die dezentrale Einspeisung in Steckdosenstromkreise erfolgt dann ohne die Überprüfung der elektrischen Sicherheit durch eine Fachkraft. Es besteht die Gefahr, dass unsichere Anlagen im Feld entstehen. Anstatt zur Verbreitung von Solaranlagen beizutragen, könnten diese Konzepte durch Sach- oder Personenschäden sogar ein schlechtes Licht auf die PV-Technik an sich werfen. In dem Beitrag soll aufgezeigt werden, welche Risiken durch die dezentrale Einspeisung in Verbrauchsstromkreise über die Laienschnittstelle Schutzkontaktsteckdose entstehen können. Beeinflussung des vorhandenen Leitungsschutzes Durch die dezentrale Einspeisung in Verbrauchsstromkreise wird der Strom über den vorhandenen Leitungsschutz verringert. Speisen die Modulwechselrichter ein, wird ein Teil des Stromverbrauchs im betreffenden Stromkreis durch die Wechselrichter gedeckt. Der Strom über den Leitungsschutz wird geringer. Sollte eine Steckdose überlastet werden, z.b. durch Anschluss von zu vielen Verbrauchern, wird diese Überlastung ohne dezentrale Einspeiser von der Überstromschutzeinrichtung erkannt. Die Schutzeinrichtung löst aus und verhindert somit einen möglichen Brand durch Überlastung der Leitungen. Wird der Überstrom durch die Überlastung innerhalb des Stromkreises durch dezentrale Einspeiser verringert, kann der Leitungsschutz nur auf diesen geringeren Strom reagieren. In ungünstigen Fällen ist der Strom über die Schutzeinrichtung noch im zulässigen Bereich, wodurch keine Abschaltung erfolgt. Die Leitungen im überlasteten Bereich werden aber durch den gesamten Strom belastet (Abb.2).

3 Abb.2.: Überlastung ohne Abschaltung Aufgrund der fehlenden Abschaltung entsteht die Gefahr eines Brandes. Je mehr Modulwechselrichter an einem Stromkreis angeschlossen werden, desto größer ist die Gefahr, dass der Leitungsschutz unwirksam wird. Der Anschluss durch einen Laien, welcher die Hintergründe nicht verstehen kann, erzeugt die Gefahr eines unkontrollierten Zubaus. Der Laie wird erst auf das Problem aufmerksam, wenn er so viele Wechselrichter an einem Stromkreis anschließt, dass der Einspeisestrom in Richtung Netz die Schutzeinrichtung zur Auslösung bringt. Bei einer 16 A-Sicherung müssten dann der

4 maximale Strom der Wechselrichter deutlich mehr als 16 A sein. Bis zu diesem Punkt könnte das Problem vom Kunden nicht bemerkt werden. Im Überlastungsfall wären dann 16 A über die Sicherung und 16 A von den Wechselrichtern möglich, ohne dass die Schutzeinrichtung anspricht. Die Leitungen im betreffenden Bereich wären mit dem doppelten Wert des Bemessungsstroms belastet! Beeinflussung vorhandener Schutztechnik Wird eine elektrische Anlage durch einen Fachmann geändert, überprüft dieser, ob die Schutzmaßnahmen noch wirksam sind. Bei Bedarf werden Schutzeinrichtungen getauscht öder ergänzt. Schließt der Laie die Wechselrichter durch Einstecken in vorhandene Steckdosen an, erfolgt diese Überprüfung nicht. Ein System mit Anschluss durch Schuko-Stecker müsste also so eigensicher sein, dass diese Überprüfung nicht notwendig ist. Bei Wechselrichtern, die im Fehlerfall Gleichfehlerströme einspeisen können, müsste gemäß DIN VDE [3] ein vorhandener Fehlerstromschutzschalter vom Typ B sein (Erkennen von Gleich- und Wechselfehlerströmen). Üblicherweise werden in Endstromkreisen mit Steckdosen Fehlerstromschutzschalter vom Typ A eingesetzt (Erkennen von pulsierenden Gleich- und Wechselfehlerströmen). Ein Wechselrichter zur Eispeisung in Endstromkreise müsste somit galvanisch trennend sein bzw. dürfte keine Gleichfehlerströme im Fehlerfall erzeugen. Wäre dies nicht erfüllt, würde das Risiko bestehen, dass der Fehlerstromschutzschalter im Fehlerfall nicht auslöst und somit auch die Gefahr eines elektrischen Schlags entsteht. Ein Fehlerstromschutzschalter im Wechselrichter könnte diese Gefahr nicht kompensieren, weil der vorhandene Fehlerstromschutzschalter zur Abschaltung der Netzseite notwendig ist. Dieser Fehlerstromschutzschalter muss deshalb auf der Netzseite der Anschlussleitung installiert sein. Die Abschaltung im Wechselrichter würde die elektrische Gefahr nicht beseitigen! Fazit Auch wenn die Möglichkeit zum Anschluss von Modulwechselrichtern mittels Schuko-Steckern sehr verlockend ist, muss davon abgeraten werden. Durch die Nutzung dieser Laienschnittstelle ist die Sicherheit nicht gewährleistet. Durch unkontrollierten Zubau durch den Laien kann eine Brandgefahr durch Leitungsüberlastung entstehen. Ein häufiges Argument für den Anschluss von Modulwechselrichtern mit Schuko-Steckern ist, dass der Anschluss geringer

5 Leistungen (z.b. 500W) aufgrund der technischen Reserven unkritisch wäre. Diese Reserven sind aber für andere Szenarien gedacht, wie z.b. nachträgliche Leitungsanhäufungen. D.h. diese Reserven werden möglicherweise schon durch andere Effekte beansprucht. Darüber hinaus kann die Beschränkung auf geringe Leistungen nicht gewährleistet werden, wenn die Wechselrichter durch Laien angeschlossen werden. Selbst wenn dieser die Leistungsgrenze an einer Steckdose einhalten würde, besteht die Gefahr, dass er an anderen Steckdosen des Stromkreises mangels Kenntnis über den Aufbau des Stromkreises weitere Wechselrichter anschließt. Nach aktuellem Stand der Technik ist nur ein Festanschluss durch eine Fachkraft möglich. Diese überprüft, ob die Schutzmaßnahmen weiterhin gewährleistet sind oder ob zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden müssen. Der Anschluss von Wechselrichtern mit Schuko-Steckern ist nach aktuellem Stand der Technik nicht möglich und gefährlich! [1] Philippe Welter: Chance verpasst, Photon, , S. 48. [2] Alejandro Diego Rosell, Andreas Schug: Solar Guerillos greifen an, Photon, , S. 94. [3] DIN VDE : Errichten von Niederspannungsanlagen Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art Solar-Photovoltaik-(PV)- Stromversorgungssysteme.