Wie schützt man eine Photovoltaikanlage vor Netzstörungen und garantiert gleichzeitig eine effiziente Funktion? Der Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) ist ein unverzichtbares Element zur Sicherstellung der Photovoltaik Sicherheit. Doch was genau verbirgt sich hinter diesem Begriff, und warum ist er für Ihre PV-Anlage so wichtig?
Wichtige Erkenntnisse
- NA-Schutz PV gewährleistet die Sicherheit und Effizienz von Photovoltaikanlagen.
- Er ist entscheidend für die Netzstabilität und schützt die Anlage vor Schäden durch Netzstörungen.
- Die Kosten für einen NA-Schutz können je nach Anlagengröße und Anbieter zwischen 2.000 und 2.500 EUR liegen.
- Es gelten verschiedene Normen wie VDE-AR-N 4105, die die Anforderungen an den Netzanschluss regeln.
- Wichtige Hersteller sind Fronius, SMA Solar Technology, und Phoenix Contact.
Was ist NA-Schutz?
Der Netz- und Anlagenschutz, kurz NA-Schutz, spielt eine zentrale Rolle im sicheren Betrieb von Photovoltaikanlagen und anderen dezentralen Energieerzeugern wie Blockheizkraftwerken, Wind- und Wasserkraftanlagen. Diese Technologie sorgt für eine sichere Integration der Anlagen ins öffentliche Stromnetz und schützt vor unkontrollierten Einspeisungen bei Netzstörungen.
Definition und Bedeutung
Die Definition NA-Schutz lautet: Ein System, das Photovoltaikanlagen und andere Energiequellen automatisch vom Netz trennt, sobald Abweichungen in der Netzfrequenz oder -spannung festgestellt werden. Diese Maßnahme verhindert ungewollte Einspeisungen und schützt sowohl das Netz als auch die angeschlossenen Anlagen.
Funktion und Zweck
Die Funktion des NA-Schutzes umfasst mehrere wichtige Aufgaben:
- Kontrolle der Energieeinspeisung ins Netz
- Schutz des Netzes bei unerwünschter Einspeisung
- Schutz der Erzeugungsanlage bei Netzabweichungen
- Steuerung und Überwachung der Kuppel- und Leistungsschalter
- Stabilisierung des Netzes bei Lastspitzen
- Generierung von Fehlerlisten zur Fehleranalyse
Der Netzschutz ist somit unerlässlich, um die Netzstabilität und die Sicherheit der Erzeugungsanlagen zu gewährleisten. Bei Anlagen mit einer Spitzenleistung von mehr als 30 kVA ist ein externer NA-Schutz vorgeschrieben.
Warum ist NA-Schutz notwendig?
Der NA-Schutz (Netz- und Anlagenschutz) ist unverzichtbar für die Sicherstellung der Betriebssicherheit und Netzstabilität von Photovoltaikanlagen. Er verhindert, dass es bei Netzstörungen zu gefährlichen Situationen und Schäden kommt.
Sicherheitsaspekte
Ein zentrales Sicherheitsrisiko Photovoltaik besteht in der Gefahr von Inselbetrieben. Dies bedeutet, dass eine PV-Anlage auch ohne Netzüberwachung weiter Strom erzeugt, was erhebliche Gefahren darstellen kann. Durch den Einsatz des NA-Schutzes wird dieses Risiko minimiert, indem die Anlage bei netzrelevanten Abweichungen sofort abgeschaltet wird. Die experimentellen Untersuchungen des Projekts „NAEEA+ – Netz- und Anlagenschutz zur optimalen und sicheren Integration von dezentralen Energieerzeugungsanlagen (EAA) im Verteilnetz“ zeigten, dass alle getesteten PV-Wechselrichter die NA-Schutzanforderungen mit hoher Qualität erfüllten und ein geringes Risiko auf Nicht-Konformität aufwiesen.
Netzstabilität
Zur Netzstabilität durch NA-Schutz trägt der Schutzmechanismus erheblich bei. Besonders wichtig ist dies im Hinblick auf die neuen Werkvorschriften ab dem 01.01.2025, die die Einstellwerte ersichtlich machen werden und das Melde- und Kontrollwesen die Abnahme mit der Anlagebetreiberin durchführen. Dokumente wie die VDE-AR-N 4105 und VDE-AR-N 4110 regeln wesentliche Punkte für die Anbindung von Erzeugungsanlagen an das öffentliche Nieder- und Mittelspannungsnetz. Diese VDE-Anwendungsregeln betreffen diverse Erzeugungsanlagen, einschließlich Photovoltaikanlagen, und stellen sicher, dass bei Netzproblemen die Anlagen abgeschaltet werden, um einen reibungslosen und sicheren Netzbetrieb zu gewährleisten.
Für Anlagenbetreiber ist es zudem entscheidend, die 70-Prozent-Regel zu beachten, die besagt, dass ohne Einspeisemanagement maximal 70% der installierten Leistung eingespeist werden dürfen. Solche Maßnahmen sind zentral für die Bewahrung der Netzstabilität durch NA-Schutz. Durch diese Vorsichtsmaßnahmen wird das Netz vor Überlastungen und Schwankungen bewahrt, die eine kontinuierliche Stromversorgung beeinträchtigen könnten.
„NA-Schutz ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer sichereren und stabileren Energieversorgung.“ – Branchenempfehlung Netzanschluss für Energieerzeugungsanlagen
Wie funktioniert der NA-Schutz?
Der NA-Schutz (Netz- und Anlagenschutz) ist eine essenzielle Komponente von PV-Anlagen, um die Netzsicherheit und den Schutz der Anlage zu gewährleisten. Mit seiner Überwachungstechnik PV-Anlage überwacht der NA-Schutz ständig die Stromnetzparameter wie Spannung und Frequenz. Fehlfunktionen oder Netzstörungen werden schnell erkannt und entsprechende Schutzmaßnahmen eingeleitet.
Überwachungsprinzip
Das Überwachungsprinzip des NA-Schutzes beruht auf dem Einsatz von Sensoren, die kontinuierlich die Werte der Stromnetzeingänge prüfen. Diese Sensoren sind so kalibriert, dass sie Abweichungen von voreingestellten Grenzwerten sofort bemerken. Während in kleinen Anlagen bis zu 30 kVA oft der integrierte NA-Schutz im Wechselrichter ausreicht, benötigen größere Anlagen zentrale Schutzmechanismen, um Unregelmäßigkeiten effektiv zu erkennen und die Sicherheit zu maximieren.
Abschaltung bei Netzstörungen
Die Abschaltung bei Netzstörungen erfolgt, wenn die überwachten Parameter außerhalb der festgelegten Bereiche liegen. Der NA-Schutz trennt in diesem Fall die PV-Anlage vom Netz, um Schaden zu verhindern und die Rückeinspeisung gefährlicher Spannungen zu vermeiden. Für Anlagen zwischen 30 kVA und 135 kW ist der Einsatz eines zentralen NA-Schutzes vorgeschrieben. Fronius bietet Lösungen, bei denen das integrierte Schutzschaltgerät per externem NA-Relais gesteuert wird, was den Bedarf an zusätzlichen Schaltern minimiert und erhebliche Kosten spart.
| Kategorie | Kennzahlen |
|---|---|
| Überwachungsfunktionen | Ständige Überwachung von Spannung und Frequenz |
| Notwendige Komponenten | Sensoren, Relais, Steuergeräte |
| Einsparpotential | Bis zu €2000 bei Nutzung des integrierten Fronius Schalters |
| Anwendung | PV-Anlagen von ≤30 kVA bis |
| Gesetzliche Anforderungen | VDE-AR-N 4105 |
NA-Schutz und gesetzliche Anforderungen
Um NA-Schutz vollständig zu verstehen, ist es wichtig, die gesetzlichen Anforderungen zu kennen. In Deutschland und Europa gelten spezifische Normen und Richtlinien, die die Sicherheit und Effizienz von PV-Anlagen gewährleisten. Diese Standards bestimmen die technischen Spezifikationen und die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen.
VDE-AR-N 4105
Die deutsche Norm VDE-AR-N 4105 spielt eine zentrale Rolle bei der Sicherstellung der Norm PV-Sicherheit. Diese Norm regelt die Anschlussbedingungen und die technischen Spezifikationen für Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz. Insbesondere gilt:
- Erzeugungsanlagen mit einer Leistung ≤ 30kW müssen spezifische Anforderungen an den Netzanschluss erfüllen.
- Bei Anlagen mit einer Gesamtleistung > 30kVA ist ein zentraler NA-Schutz erforderlich.
- Die Unsymmetrie der Einspeisung darf 4,6 kVA nicht übersteigen.
Für PV-Anlagen, die größer als 30kWp sind, müssen zusätzliche Sicherheitseinrichtungen gemäß VDE-AR-N 4105 implementiert werden.
Europäische Normen
Die europäischen Richtlinien NA-Schutz beinhalten Normen wie EN 50549-1 und EN 50549-2. Diese bestimmen die technischen Anforderungen für die Anbindung von Erzeugungsanlagen an das Niederspannungsnetz in der EU. Zu den wesentlichen Elementen zählen:
- Die Konformitätserklärung der eingesetzten NA-Schutzsysteme.
- Die Einhaltung der Ernerbare-Energien-Gesetz (EEG) und Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG).
- Technische Messungen und Bewertungen durch den Netzbetreiber bei Bedarf.
Für die Anmeldung und den sicheren Anschluss Ihrer PV-Anlage sind diese Normen und Richtlinien unerlässlich. Die Einhaltung dieser Standards stellt sicher, dass Ihre Erzeugungsanlagen zuverlässig und sicher arbeiten.
Kosten für NA-Schutz in PV-Anlagen
Die Kosten eines NA-Schutzes für PV-Anlagen variieren je nach Anlagengröße und Hersteller erheblich. Diese Kosten entstehen aufgrund verschiedener Systemkomponenten und der notwendigen technischen Spezifikationen, um die Anlage vor Netzstörungen zu schützen und die Netzstabilität zu gewährleisten.
Preisspanne
Die Preisrange Netzschutz kann zwischen mehreren Tausend bis zu 10.000 CHF pro PV-Anlage betragen. Im Allgemeinen liegen die Kosten für einen NA-Schutz zwischen 2.000 und 2.500 EUR. Die Bandbreite der Kosten hängt von der Komplexität der PV-Anlage und den spezifischen Anforderungen der Stromnetzbetreiber ab.
Wichtige Komponenten
Die wichtigsten Komponenten, die zum finanziellen Aufwand PV-Sicherheit beitragen, beinhalten:
- Überwachungsrelais
- Leistungsschütze
- Netzpuffer
Diese Elemente sind entscheidend für die zuverlässige Überwachung und den Schutz der PV-Anlage. Durch ihre Integration kann die Anlage bei Netzstörungen sicher abgeschaltet werden, um Schäden zu vermeiden und die Netzstabilität zu gewährleisten.
Eine detaillierte Aufschlüsselung der finanziellen Aufwendungen zeigt, dass einige umfassendere Lösungen bis zu 5 % der Gesamtsystemkosten ausmachen können. Die überarbeitete Branchenempfehlung des Verbands Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) wird voraussichtlich nächstes Jahr veröffentlicht, was möglicherweise zusätzliche Anforderungen und entsprechende Kostenänderungen nach sich ziehen könnte.
| Komponente | Preis (EUR) |
|---|---|
| Überwachungsrelais | 500 – 700 |
| Leistungsschütze | 300 – 500 |
| Netzpuffer | 1.200 – 1.300 |
| Gesamtkosten | 2.000 – 2.500 |
Wie wird der NA-Schutz installiert?
Die Installation eines NA-Schutzes in PV-Anlagen erfordert sorgfältige Planung und Umsetzung. Grundlegende Kenntnisse über die geltenden VDE-Normen und spezifische Installationsmethoden sind entscheidend, um die Sicherheit und Effizienz des Systems zu gewährleisten.
Schritte der Installation
Um die Installation NA-Schutz korrekt durchzuführen, müssen folgende Schritte beachtet werden:
- Prüfen der Anforderungen gemäß VDE-AR-N 4105 und Auswahl der geeigneten Komponenten wie NA-Schutzrelais CM-UFD.M31 und Koppelrelais.
- Fachgerechte Montage aller Komponenten an den vorgesehenen Positionen, um den Schutz vor Netzstörungen sicherzustellen.
- Sicherstellung der redundanten und ausfallsicheren Auslegung des Systems zur Umsetzung der VDE-Vorgaben.
- Durchführung eines Funktionstests, um die ordnungsgemäße Installation zu bestätigen.
Verkabelung und Konfiguration
Die Verkabelung und Konfiguration sind entscheidende Schritte zur Sicherheitseinrichtung. Es ist wichtig, die richtige PV-Anlagenkonfiguration zu wählen und die Kabel sicher zu verlegen:
- Anschließen der Verkabelung gemäß den Netzanschlüssen und den spezifischen Installationsrichtlinien.
- Anpassen der Einstellungen des NA-Schutzes, basierend auf den technischen Spezifikationen der PV-Anlage und den Anforderungen des Netzbetreibers.
- Verwendung eines Kuppelschalters, der den Vorgaben der VDE AR-N 4105 entspricht, um die Netzstabilität zu gewährleisten.
- Sicherstellen, dass die erforderlichen Komponenten wie der Hager Netztrennschutz EU400 korrekt installiert und konfiguriert sind.
Ein erfolgreiches Setup des NA-Schutzes sorgt nicht nur für Sicherheit, sondern trägt auch zur langfristigen Stabilität des Stromnetzes bei. Die Schritte zur Sicherheitseinrichtung und eine sorgfältige PV-Anlagenkonfiguration sind entscheidend, um die Zuverlässigkeit des Systems zu sichern.
| Komponente | Anforderungen | Beispiel |
|---|---|---|
| NA-Schutzrelais | Redundanz, Ausfallsicherheit | CM-UFD.M31 |
| Koppelrelais | Spezifikation gemäß VDE | bspw. Wago 857 |
| Kuppelschalter | Erfüllt VDE AR-N 4105 | Hager EU400 |
Bekannte Hersteller von NA-Schutzgeräten
Zu den führenden Hersteller Photovoltaik Sicherheit für NA-Schutzgeräte zählen Fronius und SMA Solar Technology. Diese Unternehmen bieten hochwertige Lösungen an, die sich durch Zuverlässigkeit, technologische Fortschritte und eine breite Palette an Schutzfunktionen auszeichnen, um den Vorschriften gerecht zu werden.
Fronius
Fronius ist bekannt für seinen umfassenden Fronius NA-Schutz, der sowohl industrielle Anwendungen als auch private Photovoltaikanlagen abdeckt. Mit seiner umfangreichen Palette an Schutzfunktionen erfüllt Fronius die höchsten Anforderungen. Dazu gehören:
- Überstromzeitschutz
- Inrush-Erkennung
- Rückwärtige Verriegelung
- Spannungsschutz
- Frequenzschutz
- Differentialschutz
Durch die fortlaufende Schutzprüfung nach VDE-AR-N 4110 garantiert Fronius eine lückenlose Überwachung und Effizienz seiner Systeme.
SMA Solar Technology
SMA Solar Technology setzt auf innovative Lösungen für den SMA Solar NA-Schutz. Das Unternehmen bietet Schutzsysteme, die sowohl Übergeordneter Entkupplungsschutz (ÜEKS) als auch zwischengelagerter Entkupplungsschutz (ZEKS) umfassen. Das gewährleistet eine hohe Netz- und Anlagensicherheit.
| Merkmale | Fronius | SMA Solar Technology |
|---|---|---|
| Überstromzeitschutz | Ja | Ja |
| Inrush-Erkennung | Ja | Ja |
| Rückwärtige Verriegelung | Ja | Ja |
| Volle Netzstabilität | Ja | Ja |
Sowohl SMA Solar Technology als auch Fronius sorgen mit ihren hochwertigen Schutzfunktionen dafür, dass die Sicherheit und Effizienz ihrer Photovoltaikanlagen stets gewährleistet ist.
Fehler und Probleme beim NA-Schutz
Die Installation und der Betrieb von NA-Schutz in PV-Anlagen können mit einer Vielzahl von Problemen und Fehlern verbunden sein. Zu den häufigsten Konfigurationsfehlern gehören falsch eingestellte Überwachungsparameter und unsachgemäße Verkabelung, die die zuverlässige Funktion beeinträchtigen können. Solche Probleme sind oft Ursache für Verzögerungen in der Netzabschaltung oder unzureichende Schutzreaktionen.
Häufige Konfigurationsfehler
Viele Betreiber von PV-Anlagen kämpfen mit typischen Konfigurationsfehlern, wie etwa unzureichend kalibrierte Überwachungsparameter. Häufige Fehler in der PV-Sicherheit sind zudem oft die Folge von veralteten Softwareversionen oder Hardware-Inkompatibilitäten. Problemdiagnose beim NA-Schutz erfordert daher regelmäßige Wartung und Aktualisierung aller systemrelevanten Komponenten.
Sicherheitsprobleme
Neben den Konfigurationsfehlern gibt es auch erhebliche Probleme der PV-Sicherheit in Bezug auf den NA-Schutz. Diese reichen von Verzögerungen bei der Netzabschaltung bis hin zu physischen Defekten der Schutzgeräte. Ein zentrales NA-Schutzsystem muss bei größeren Anlagen über 30 kVA am zentralen Zählerplatz angebracht werden, um maximale Sicherheit zu gewährleisten. Für effektiveren Schutz empfiehlt ABB den Einsatz von zwei Kuppelschaltern in Kombination mit einer Kurzschlussschutzeinrichtung, wobei die Gesamtabschaltzeit 200ms nicht überschreiten darf.
| Häufige Fehler | Probleme NA-Schutz | Einfluss |
|---|---|---|
| Falsche Parameter | Problemdiagnose NA-Schutz | Verzögerungen bei Netzabschaltung |
| Veraltete Software | Häufige Fehler PV-Sicherheit | Unzureichender Schutz |
| Hardware-Defekte | Sicherheitsrisiken | Physische Defekte, Ineffizienz |
Nachrüstung von NA-Schutz in bestehende PV-Anlagen
Die NA-Schutz Nachrüstung ist ein kritischer Schritt, um bestehende PV-Anlagen auf den neuesten Stand der Sicherheitstechnik zu bringen. Besonders bei Anlagen, die vor September 2011 installiert wurden, ist ein Upgrade Sicherheit PV-Anlage notwendig, um den aktuellen Vorschriften gerecht zu werden. Da seit diesem Datum Solaranlagen mit mehr als 20 Gigawatt Spitzenleistung ins Verbundnetz einspeisen, ist es essentiell, dass auch ältere Systeme stabil und sicher arbeiten.
Eine nachträglicher Einbau Netzschutz kann durch den Einsatz kompatibler Komponenten, wie dreiphasiger Wechselrichter oder die kommunikative Kopplung einphasiger Geräte, realisiert werden. Dabei ist besonders auf die zulässige Schieflast von maximal 4,6 kVA pro Phase zu achten. Darüber hinaus müssen Anlagen über 30 kVA keine jederzeit zugängliche Schaltstelle mehr vorweisen, aber sie erfordern umfassendere Netzüberwachung und Einfehlersicherheit.
Die richtige Auswahl und Installation von Netz- und Anlagenschutzgeräten erfolgt am besten durch qualifiziertes Fachpersonal. Hersteller wie Fronius und SMA Solar Technology bieten spezifische Lösungen für die Nachrüstung an. Wichtig ist auch, dass nach der Installation eine gründliche Überprüfung der Systemintegration erfolgt, um die Betriebsbereitschaft und Sicherheit der gesamten Photovoltaikanlage sicherzustellen. Die Kosten für solche Nachrüstungen liegen je nach Anlagenumfang zwischen 2,000 und 2,500 EUR, wobei umfassende Komplettlösungen bis zu 5% der gesamten Anlagenkosten ausmachen können.
