Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Photovoltaik neu gedacht – schwimmende Kraftwerke (2)
Im Zuge der Energiewende entwickelten sich Photovoltaik-Stromversorgungssysteme von kleinen autarken Inselnetzen bis zum Investmentprodukt. Nachdem die Branche jedoch starke Rückschläge verzeichnen musste, bekommt die Photovoltaik nun wieder neuen Schwung.
Dieser neue Schwung zwingt Planer und Systementwickler dazu, neue Konzepte zu entwickeln. Das neueste Konzept sind schwimmende PV-Anlagen auf Seen. Befasste sich der erste Teil [15] mit den Schutzmaßnahmen und der Auswahl der Betriebsmittel, beleuchtet dieser zweite Teil die Aspekte zu Blitzschutz und Erdung.
Gerade Wasserflächen von Baggerseen erscheinen für die photovoltaische Nutzung prädestiniert, da sie für andere Nutzungen oft eher unattraktiv sind. Was jedoch auf den ersten Blick leicht klingt, lässt sich in der Praxis allein aus normativer Sicht nur schwer umsetzen.
Aspekte zu Blitzschutz und Erdung
Im Allgemeinen sind PV-Anlagen möglichst mit getrennten Fangeinrichtungen gegen direkte Blitzeinschläge zu schützen. Hier sind die erforderlichen Trennungsabstände einzuhalten. Die Trennungsabstände können nach
dem Blitzkugelverfahren,
dem Maschenverfahren oder
dem Schutzwinkelverfahren
ermittelt werden. Das gängigste Verfahren stellt das Blitzkugelverfahren dar. Bei diesem Verfahren wird eine Kugel von allen möglichen Positionen über die Fangstangen des Gebäudes gerollt. Bei der Blitzschutzklasse III beträgt der Kugelradius 45 m. Die Fangstangen müssen bezüglich der Position und Länge so angeordnet sein, dass sowohl die Teile der gebäudetechnischen Ausrüstung als auch des PV-Stromversorgungssystems nicht die Kugelhülle durchdringen. Anderenfalls sind die Fangstangen zu verlängern, anders zu positionieren oder zusätzliche Fangstangen einzuplanen. Die Trennungsabstände zur Vermeidung von gefährlichen Überschlägen und Funkenbildungen sind entsprechend der normativen Anforderungen nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) [16] zu ermitteln.
Sind Trennungsabstände zwischen den Fangstangen und dem PV-Stromversorgungssystem nicht eingehalten, ist das PV-Stromversorgungssystem mit der äußeren Blitzschutzanlage zu verbinden. Die Verbindungsbauteile sind nach den normativen Festlegungen gemäß DIN EN 62561-1 (VDE 0185-561-1) [17] bis DIN EN 62561-4 VDE 0185-561-4 [18] auszuführen.
Auf dem Wasser ist die PV-Anlage durch das ungedämpfte elektromagnetische Feld des Blitzes gefährdet, wodurch die inneren Systeme, also der PV-Generator, dem vollen oder anteiligen Blitzstrom ausgesetzt sein kann. Diese äußere Zone LPZ 0 unterteilt sich in die Zonen LPZ 0A und LPZ 0B. Der PV-Generator liegt, sofern Fangeinrichtungen vorhanden sind, im Schutzbereich der äußeren Blitzschutzanlage und somit in der Blitzschutzzone LPZ 0B. Bei einer schwimmenden PV-Anlagen gibt es entweder ein Feld oder mehrere miteinander verbundene Felder.
Äußerer Blitzschutz
Bei einer schwimmenden PV-Montagekonstruktion handelt es sich um eine Konstruktion aus Metall, die auf Schwimmkörpern montiert ist. Die Schwimmkörper bestehen aus Kunststoff, weshalb die leitfähige Montagekonstruktion gegenüber dem Potential der Wasseroberfläche als isoliert zu betrachten ist.
Da es derzeit für schwimmende PV-Montagekonstruktionen hinsichtlich des Blitzschutzes und der Erdung noch keine allgemeingültigen Lösungen gibt, lohnt sich der Blick auf ähnliche Anwendungen, bei denen Metallkonstruktionen dem Risiko durch direkten Blitzeinschlag ausgesetzt sind, größtenteils aus Metall bestehen und gegenüber dem Wasser elektrisch isoliert sind. Nachfolgend sollen unterschiedliche Herangehensweise betrachtet werden.
These 1 – Konstruktion ähnelt einer Anlage auf einem Metalldach.