Ein wirksamer Überspannungsschutz bei PV-Anlagen garantiert nicht nur den dauerhaften Betrieb und Werterhalt der Anlage, sondern ist auch ein wesentlicher Beitrag zur Betriebssicherheit. Ob durch direkte oder nahe Blitzeinschläge, Schaltvorgänge im Stromnetz oder betriebsinterne Lastwechsel – Überspannungen können die elektrischen Komponenten einer PV-Anlage schwer beschädigen. Defekte Wechselrichter, zerstörte Module oder sogar Brände sind mögliche Folgen. Neben Sicherheitsrisiken entstehen erhebliche wirtschaftliche Verluste durch Reparaturen und Produktionsausfälle.
Trennschalter und Überspannungsschutz
Generell sind Überspannungsschutz und Trennschalter essenzielle Bestandteile einer PV-Anlage. Allerdings verfolgen sie unterschiedliche Ziele. Trennschalter dienen der sicheren Abschaltung von Stromkreisen, etwa für Wartungsarbeiten oder im Fehlerfall. Sie trennen die PV-Anlage elektrisch vom Netz oder vom Wechselrichter und ermöglichen so ein gefahrloses Arbeiten an der Anlage. Dabei handelt es sich um rein mechanische Schalter ohne Schutzfunktion gegen Überspannungen. Ein Überspannungsschutz schützt dagegen die elektrischen Komponenten vor gefährlichen Spannungsspitzen und leitet solche kurzzeitigen, aber potenziell zerstörerischen Überspannungen blitzschnell gegen Erde ab.
Was ist eine Überspannung?
Eine Überspannung liegt vor, wenn die elektrische Spannung in einem System kurzfristig den maximal zulässigen Wert übersteigt – häufig um ein Vielfaches der normalen Betriebsspannung. Diese Spannungsspitzen sind zwar nur von kurzer Dauer, können jedoch erheblichen Schaden anrichten. Die Ursachen für Überspannungen lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen:
1. Atmosphärische Überspannungen
Zu den atmosphärischen Einflüssen zählen vor allem Blitzeinschläge. Ein direkter Blitzeinschlag in eine PV-Anlage oder deren Umgebung kann extreme Spannungsimpulse verursachen. Doch selbst ein entfernter Einschlag reicht aus, um über elektromagnetische Felder gefährliche Spannungen in die Leitungen zu induzieren. Man spricht hier von Blitzstoßspannungen. Sie sind besonders energiereich und haben eine sehr steile Anstiegszeit.
2. Netzbedingte Überspannungen
Netzbedingte Überspannungen entstehen dagegen durch Vorgänge im Stromnetz oder innerhalb der elektrischen Anlage selbst. Typische Auslöser sind das Schalten großer elektrischer Lasten, Kurzschlüsse oder Resonanzeffekte, bei denen sich elektrische Schwingungen im Netz aufbauen und verstärken können. Diese sog. Schaltstoßspannungen weisen meist geringere Energien auf, sind aber ebenfalls potenziell schädlich.
Eine dritte Kategorie stellen sogenannte temporäre Überspannungen (TOV – Temporary Overvoltage) dar. Sie entstehen durch länger anhaltende Spannungserhöhungen, etwa infolge eines Neutralleiterausfalls, und können durch ihre Dauer ebenfalls erhebliche Schäden verursachen.
Normen & Richtlinien für den Überspannungsschutz bei PV-Anlagen
Der Überspannungsschutz bei Photovoltaikanlagen unterliegt einer Vielzahl technischer Regelwerke, die verschiedene Aspekte von Planung, Installation, Betrieb und Wartung abdecken. Im Zentrum steht dabei die DIN VDE 0100-712, die als übergeordnete Norm sämtliche Anforderungen an elektrische Anlagen von PV-Systemen zusammenfasst. Sie bezieht sich sowohl auf die Gleichstrom- als auch auf die Wechselstromseite und verweist auf weitere relevante Normen, insbesondere zu Überspannungsschutzmaßnahmen, Blitzschutzsystemen und Prüfpflichten.
Für Betreiber, Planer und Installateure ist es entscheidend, die relevanten Normen im Zusammenhang zu verstehen und korrekt anzuwenden – nicht nur zur Einhaltung rechtlicher Vorgaben, sondern auch zur Sicherstellung der technischen Betriebssicherheit und Versicherbarkeit der Anlage. Die folgende Tabelle gibt einen strukturierten Überblick über die wichtigsten Normen und Richtlinien im Kontext des Überspannungsschutzes für PV-Anlagen:
| Norm / Richtlinie | Themenbereich | Anwendungsbereich | Besonderheiten |
| DIN VDE 0100-712 (2019) | Elektrische Sicherheit von PV-Anlagen | DC- und AC-Seite (Module, WR, Speicher, Kabel, Trenneinrichtungen etc.) | Grundnorm für PV-Installationen, regelt auch Integration des Überspannungsschutzes |
| DIN VDE 0100-443 (seit 12/2018 verpflichtend) | Verpflichtung zum Überspannungsschutz | Gebäude mit PV-Anlagen (Wohn-, Gewerbe-, öffentliche Gebäude) | Überspannungsschutz bei Gefährdung von Leben, Sachwerten, IT-Systemen zwingend vorgeschrieben |
| DIN VDE 0100-534 | Umsetzung des Überspannungsschutzes | Auswahl, Einbau und Koordination von SPDs (Surge Protective Devices) | Regelt technische Details: Schutzpegel, Typenwahl, Einbauort, Leitungsführung |
| DIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 | Blitzschutz (äußerer/innerer) | Gebäude mit äußeren Blitzschutzsystemen | Beiblatt 5 enthält PV-spezifische Hinweise zur Integration in Blitzschutzsysteme |
| DIN EN 62305-2 / VDE 0185-305-2 | Risikoanalyse | Alle Gebäude, optional vor Einbau eines Blitzschutzsystems | Ermittlung, ob und in welchem Umfang ein Blitzschutzsystem erforderlich ist |
| DIN VDE 0100-600 | Erstprüfung elektrischer Anlagen | Bestehende PV-Anlagen | Regelmäßige Kontrolle, Dokumentation und Wartung des Überspannungsschutzes |
| DIN VDE 0126-23-1 | Betrieb & Instandhaltung | Bestehende PV-Anlagen | Regelmäßige Kontrolle, Dokumentation und Wartung des Überspannungsschutzes |
| VdS-Richtlinien (z. B. VdS 2010, 3145) | Versicherungstechnische Empfehlungen | Besonders bei Freiflächenanlagen oder Dächern mit brennbaren Baustoffen | Ergänzende Anforderungen der Versicherungswirtschaft zur Risikominderung und Brandschutz |
Konzepte für den Überspannungsschutz bei PV-Anlagen
Ein wirksamer Überspannungsschutz für versicherungskonforme PV-Anlagen beruht nicht auf einzelnen Geräten, sondern auf einem durchdachten Gesamtkonzept. Dieses berücksichtigt die räumliche Struktur der Anlage, ihre Anschlussart, das Vorhandensein eines äußeren Blitzschutzsystems sowie die individuellen Anforderungen an Sicherheit und Verfügbarkeit. Ein zentrales Element ist die sogenannte Mehrstufigkeit des Schutzes, also die Kombination unterschiedlicher Schutzgeräte mit abgestimmtem Schutzverhalten:
Grobschutz (Typ 1): Wird eingesetzt, wenn ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist oder nach Risikoanalyse erforderlich wird. Er ist in der Lage, sehr hohe Blitzströme sicher abzuleiten, bevor diese nachgeschalteten Systeme erreichen können. Typischer Einbauort: Hauptverteilung oder Blitzstrom-Einführungspunkt.
Mittelschutz (Typ 2): Dient der Ableitung induzierter oder geschalteter Überspannungen und wird unabhängig von einem äußeren Blitzschutzsystem in nahezu allen PV-Anlagen eingesetzt. Er schützt sensible Betriebsmittel wie Wechselrichter, Batteriespeicher oder Steuerungselektronik. Typischer Einbauort: Unterverteilung, Wechselrichter oder Generatoranschlusskasten.
Feinschutz (Typ 3): Ergänzt das Schutzkonzept durch einen lokalen Endgeräteschutz, insbesondere für besonders empfindliche Elektronik. Voraussetzung ist eine vorgelagerte Koordination mit Typ-2-Ableitern. Typischer Einsatz: unmittelbar vor Kommunikations- oder Steuereinheiten
Ein Schutzkonzept beginnt immer mit einer Risikoanalyse: Ist ein äußerer Blitzschutz vorhanden? Liegt das Gebäude in einem blitzgefährdeten Bereich? Welche Schutzklassen sind gefordert? Welche Leitungslängen und Potenzialunterschiede bestehen? Auf Basis dieser Faktoren wird entschieden, welche Schutzmaßnahmen erforderlich und wo die Schutzgeräte zu platzieren sind.
Dabei ist nicht nur die Auswahl der richtigen Komponenten entscheidend, sondern auch deren fachgerechte Installation: möglichst kurze Leitungswege, korrekte Koordination zwischen den Schutzstufen, sachgerechte Erdung und Potenzialausgleich. Nur wenn alle Schutzstufen aufeinander abgestimmt sind, kann die Energie eines Überspannungsereignisses effektiv reduziert und schädliche Restspannungen auf ein ungefährliches Maß begrenzt werden.
Komponenten für den Überspannungsschutz bei PV-Anlagen
Für den wirksamen Schutz von PV-Anlagen gegen Überspannungen und Blitzwirkungen kommen unterschiedliche technische Komponenten zum Einsatz. Sie sind speziell auf die Anforderungen der DC- und AC-Seite sowie auf Kommunikations- und Datenleitungen abgestimmt. Die sog. Überspannungsableiter (SPD – Surge Protective Devices) nach Typ 1-3 zählen dabei zu den wichtigsten Geräten.
Äußerer Blitzschutz (sofern erforderlich)
Ein äußerer Blitzschutz kommt zum Einsatz, wenn eine Risikoanalyse dies erfordert oder das Gebäude bereits über ein entsprechendes System verfügt. Ziel ist es, direkte Blitzeinschläge gezielt abzufangen und sicher zur Erde abzuleiten. Dazu gehören Fangeinrichtungen wie Stangen oder Drähte an exponierten Punkten, Ableitungen zur sicheren Stromführung sowie ein gut dimensioniertes Erdungssystem. Diese Maßnahmen schützen in erster Linie die Gebäudesubstanz und dienen dem baulichen Brandschutz – sensible elektronische Komponenten der PV-Anlage benötigen zusätzlich einen inneren Überspannungsschutz. Schutz vor Überspannungsschäden für Kommunikations- und Datenleitungen
Überspannungsschutzgeräte (innerer Blitzschutz)
Überspannungsschutzgeräte (ÜSE) schützen elektrische Betriebsmittel vor den Folgen indirekter Blitzeinwirkungen und Schaltüberspannungen. Je nach Einsatzort und Schutzbedarf werden drei Typen unterschieden: Typ 1 (Blitzstromableiter) leitet hohe Blitzströme ab und wird vor allem am Gebäudeeintritt eingesetzt. Typ 2 (Überspannungsableiter) schützt vor Schalt- und Fernüberspannungen und findet sich in Zählerschränken, Verteilungen oder am Wechselrichter. Typ 3 (Feinschutz) ergänzt Typ 2 zum Schutz besonders empfindlicher Geräte, etwa Kommunikationskomponenten. In PV-Anlagen ist meist eine abgestimmte Kombination aller drei Typen erforderlich.
Unterschiede zwischen Schutzgeräten auf der DC- und AC-Seite von PV-Anlagen
Photovoltaik-Anlagen arbeiten sowohl mit Gleichstrom (DC) auf der Seite der Solarmodule als auch mit Wechselstrom (AC) nach der Umwandlung im Wechselrichter. Auf beiden Seiten ist ein Überspannungsschutz immer verpflichtend. Die Schutzgeräte unterscheiden sich dabei je nach Spannungsart deutlich in ihrer Bauweise, Funktionsweise und den technischen Anforderungen.
Auf der DC-Seite – also zwischen den Solarmodulen, der Strings und dem Wechselrichter – bleibt der Stromfluss konstant in eine Richtung. Beim Abschalten kann dadurch ein stabiler Lichtbogen entstehen, der nur schwer zu löschen ist. DC-Schutzgeräte müssen daher über größere Kontaktabstände, spezielle Lichtbogenlöschkammern oder andere technische Maßnahmen verfügen, um diesen Lichtbogen sicher zu unterbrechen. Zudem sind DC-Geräte polarisiert, das heißt sie sind klar mit “+” und “–” gekennzeichnet und müssen entsprechend der Stromrichtung eingebaut werden. Typische Installationsorte sind Generatoranschlusskästen oder Stringboxen in unmittelbarer Nähe der Module. Bei längeren Leitungswegen – etwa über 10 Meter – zwischen Solargenerator und Wechselrichter empfiehlt sich der Einsatz zusätzlicher Schutzgeräte.
Auf der AC-Seite – nach dem Wechselrichter, also im Bereich der Netzeinspeisung – erleichtert die periodische Nulldurchgänge des Wechselstroms die Lichtbogenlöschung. Schutzgeräte wie Leitungsschutzschalter oder Überspannungsableiter sind in diesem Bereich daher meist kompakter konstruiert. Sie sind in der Regel nicht polarisiert und häufig mit „Line“ und „Load“ zur Unterscheidung von Eingangs- und Ausgangsseite gekennzeichnet. Installiert werden sie typischerweise im Zählerschrank, in Unterverteilungen oder direkt am AC-Ausgang des Wechselrichters.
Zusätzliche Komponenten
Auf der DC-Seite vor dem Wechselrichter kommen meist Generatoranschlusskästen mit integriertem Überspannungsschutz zum Einsatz. Fehlerstromschutzschalter (RCD) werden auf der AC-Seite verbaut, um Personen- und Anlagenschutz bei Fehlerströmen zu gewährleisten. Sog. Kombi-Ableiter (Typ 1+2+3) bieten Blitzstrom- und Überspannungsschutz in einem Gerät und werden insbesondere bei Gebäuden mit äußerem Blitzschutzsystem auf der AC-Seite installiert. Schließlich verhindert ein eingebauter Überspannungsschutz für Datenkabel Schäden und Spannungsspitzen an den Monitoring-, Steuerungs- und Kommunikationsleitungen.
Auswahlkriterien für Überspannungsschutz-Komponenten bei PV-Anlagen
Die Auswahl geeigneter Überspannungsschutzgeräte (ÜSE) erfordert eine sorgfältige Abstimmung auf die technischen Gegebenheiten der PV-Anlage. Maßgeblich sind dabei mehrere Kriterien: Die Bemessungsspannung (Uc) muss zur Systemspannung passen – sei es auf der Gleichstrom- oder Wechselstromseite – und mögliche Spannungsspitzen im Fehlerfall berücksichtigen. Die Stoßstrombelastbarkeit (Iimp bei Typ 1, Imax bei Typ 2) gibt an, welche Blitz- bzw. Überspannungsströme das Gerät ohne Beschädigung ableiten kann. Ebenso entscheidend ist der Schutzpegel (Up), also die maximale Spannung, die das Gerät im Ansprechfall durchlässt – dieser Wert muss unterhalb der Spannungsfestigkeit der zu schützenden Endgeräte liegen. Zudem sollten die eingesetzten ÜSE normenkonform sein und der DIN EN 61643-11 entsprechen. Speziell für Photovoltaik-Anlagen kommen DC-ÜSE zum Einsatz, die auf die jeweiligen Stringspannungen und die erforderliche Stromtragfähigkeit ausgelegt sind.
Installation & Platzierung
Für eine wirksame Schutzwirkung ist die fachgerechte Installation und Platzierung der Geräte ist entscheidend. Grundsätzlich gilt: Je kürzer die Leitungswege zwischen den Schutzgeräten und den zu schützenden Komponenten, desto geringer ist das Risiko induzierter Überspannungen. Besonders auf der DC-Seite ist ein niederimpedanter Erdanschluss unerlässlich, um abgeleitete Ströme zuverlässig zur Erde führen zu können. Die Montageorte richten sich nach dem jeweiligen Schutzbedarf: Auf der DC-Seite werden ÜSE typischerweise in der Stringbox und am Eingang des Wechselrichters installiert. Auf der AC-Seite finden sie ihren Platz im Zählerschrank sowie – je nach Anlagengröße – in Unterverteilungen. Auch Kommunikationsleitungen, etwa für Ethernet- oder RS485-Verbindungen, sollten durch separate Schutzgeräte abgesichert werden, um Datenlogger, Steuerungen oder Fernüberwachungseinheiten vor Überspannungsschäden zu bewahren.
Wartung des Überspannungsschutzes
Der Überspannungsschutz bei PV-Anlagen ist wartungsarm, jedoch nicht wartungsfrei. Da die Komponenten bei jedem Überspannungsereignis elektrische Energie ableiten, unterliegen sie aber einem natürlichen Verschleiß. Regelmäßige Sichtkontrollen und Funktionsprüfungen sind daher unerlässlich, um die Schutzwirkung dauerhaft sicherzustellen. Moderne Anlagen verfügen über optische oder elektronische Statusanzeigen, die den aktuellen Zustand des Geräts anzeigen. Besonders nach Gewittern oder bekannten Netzstörungen empfiehlt sich eine gezielte Überprüfung der Schutzgeräte, insbesondere bei Anlagen in blitzgefährdeten Regionen. Auch die Dokumentation ist wichtig: Sie hilft, mögliche Schwachstellen frühzeitig zu erkennen und erfüllt zugleich Anforderungen aus Normen und Versicherungen. Ein vorausschauendes Wartungskonzept erhöht somit die Betriebssicherheit und Lebensdauer der gesamten PV-Anlage.
Fazit
Ein wirksamer Überspannungsschutz ist nicht nur essenziell für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb von PV-Anlagen – er ist oft auch eine Grundvoraussetzung für deren Realisierung. Versicherer verlangen bereits in der Planungsphase ein durchdachtes Überspannungsschutzkonzept, insbesondere bei großen gewerblichen Anlagen. Nur so lassen sich Risiken durch Blitzschlag, Netzereignisse oder interne Störungen technisch beherrschen und wirtschaftlich absichern. Ein mehrstufiges, normgerechtes Schutzkonzept, kombiniert mit fachgerechter Installation und regelmäßiger Wartung, sichert Betriebssicherheit, Verfügbarkeit und Werterhalt der Anlage langfristig.