PV-Anlagen mit Speicher und Notstromfunktion

Frage:
Wir verbauen beim Errichten von PV-Anlagen immer wieder Speichersysteme mit Notstromfunktion. Nun ist uns die recht unscheinbare Aussage eines Herstellers sogenannter Hauskraftwerke zur Verwendung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen aufgefallen. In dessen Unterlagen heißt es: „Im Inselbetrieb (Notstromfall) kann der Wechselrichter des Speichersystems keine Kurzschlussleistung zur Verfügung stellen […]. Die Abschaltung beim Kurzschluss (Überlast) übernimmt in diesem Fall der Wechselrichter und trennt das Inselnetz innerhalb der Vorgabezeit von 5 s. Im Falle eines Körperschlusses muss die Schutzeinrichtung innerhalb vom < 0,3 s auslösen, was der Wechselrichter nicht leisten kann. Aus diesem Grund muss in allen Verbraucherstromkreisen, die mit Notstrom versorgt werden, ein FI verbaut werden. Nur so kann der Personenschutz weiter gewährleistet werden.“ Was bedeutet diese Aussage für uns als Errichter der Anlage? Dürfen wir die Anlage nur in Betrieb nehmen, wenn in den Verbraucherstromkreisen ein FI verbaut ist oder ist das Ermessenssache des Kunden? Wie erfolgt der Schutz, wenn ein FI in Unterverteilungen erst in ein paar Jahren bei Baumaßnahmen eingebaut wird? Würde es reichen, vor den Verbraucherstromkreisen einen gemeinsamen selektiven FI für das ganze Haus vorzuschalten? Wenn ja, welche Kennwerte müsste dieser aufweisen?

Antwort:
Bei der Errichtung von Batteriespeichersystemen sind neben den normativen Vorgaben der VDE 0100 auch die Normen und Anwendungsregeln, die spezielle Vorgaben für Ersatzstromversorgungen und Speichersysteme geben, zu berücksichtigen. Beispiel: Anwendungsregel VDE-AR-E 2510-2 [1]. Insbesondere die fachgerechte Integration von Speichersystemen in Bestandsanlagen stellt die Elektrofachkräfte oftmals vor einige Schwierigkeiten. So sind vorhandene Leitungsquerschnitte, Abschalteinrichtungen von Bestandsanlagen und vorgesehene Betriebsräume auf ihre Eignung zu überprüfen.

Der oft von Kunden geäußerte Wunsch, den Batteriespeicher als „Notstromversorgung“ mit zu nutzen, ist zwar naheliegend und nachvollziehbar, erweist sich jedoch in der Umsetzung als besondere Herausforderung für die Elektrofachkraft.

Bei einer grundsätzlichen Überlegung wird sofort deutlich, dass hier ein Zielkonflikt entsteht. Zum einen soll der PV-Speicher möglichst gut ausgenutzt werden, d. h. im Laufe eines Tages vollgeladen und komplett entladen werden, zum anderen aber soll zu jeder Zeit genügend Energie eingespeichert sein, um die Verbraucheranlage im Ersatzstrombetrieb als Inselanlage zu versorgen.

Manche Hersteller von Batteriespeichersystemen bieten daher die Möglichkeit, eine sogenannte Notstromreserve festzulegen, das heißt eine Mindestladung zu definieren, unter die das System nicht entladen wird.

Gleichwohl ist festzustellen, dass im Ersatzstrombetrieb auch diese Reserve aufgebraucht wird und die Einhaltung aller normativ geforderten Abschaltzeiten nicht in jedem Ladezustand sichergestellt sein kann. Darauf weist der Hersteller in seiner Dokumentation hin.

Grundsätzlich muss bei der Bildung eines Inselnetzes die Trennung vom Netz erfolgen und die Ersatzstromversorgung einen Sternpunkt herstellen. Diese Trennung erfolgt über einen im Batteriesystem integrierten Motorschalter. Nach erfolgter Trennung der Anlage vom Netz bildet das Batteriesystem mit der Verbraucheranlage ein Inselnetz.

Auch im Betrieb eines Inselnetzes sind die Anforderungen der Normen zum Schutz gegen elektrischen Schlag aus der Normenreihe VDE 0100 zu erfüllen. Im Einzelnen sind zu unterscheiden: Überstrom- und Kurzschluss sowie Isolationsfehler und Körperschluss.

Überstrom- und Kurzschlussschutz. Im Normalbetrieb ist ein speisendes Netz mit einer sehr großen Kurzschlussleistung und niedrigem Innenwiderstand vorhanden. Im Ersatzstrombetrieb ist diese Voraussetzung nicht mehr erfüllt, die Versorgung wird von einem begrenzten Batteriespeicher mit einer geringeren Kurzschlussleistung und einem vergleichsweise hohen Innenwiderstand übernommen.

Die Endstromkreise sind in beiden Fällen durch eine Überstrom-Schutzeinrichtung z. B. LS-Schalter 16 A Charakteristik B abgesichert. Wird das Batteriespeichersystem über seine Nennleistung hinaus belastet z. B. bei einem länger anstehenden Überlaststrom oder einem Kurzschluss, muss das System abschalten. Auch wird sich das System selbst schützen und abschalten, wenn der Batteriespeicher entladen wurde. Nach den Vorgaben der VDE-AR-E 2510-2 [1] muss diese Überlast-Abschaltung innerhalb von 5 s erfolgen. Dies muss der Hersteller der Ersatzstromversorgung gewährleisten. Diese Überlegungen sind vom Fehlerstromschutz unabhängig.

Weitere Ausführungen zu diesem Thema, siehe [2].

Isolationsfehler und Körperschluss. Um eine sichere Abschaltung im TN-Netz zu gewährleisten, ist der geerdete Sternpunkt des Transformators mit dem Schutzleiter der Verbraucheranlage verbunden. Kommt es zu einem Körperschluss, löst die Stromkreissicherung in der durch die DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410) [3] vorgegebenen Zeit aus. Wird diese Anlage nun vom Netz getrennt und durch eine Ersatzstromversorgung eingespeist, ist immer noch sicherzustellen, dass die Abschaltzeiten eingehalten werden.

Spätesten hier muss sich die Elektrofachkraft fragen, ob die Ersatzstromversorgung immer noch ein TN–System mit geerdetem und mit dem Schutzleiter verbundenen Sternpunkt bildet. Dies muss eindeutig aus der Herstellerdokumentation hervorgehen.

Nach VDE-AR-E 2510-2 [1] wäre auch der Übergang auf ein IT-System möglich, dies kann jedoch bei einigen angeschlossenen Betriebsmitteln zu Fehlfunktionen führen und wird daher im Folgenden nicht betrachtet.

Bei der Nachbildung des TN-S-Systems kann bei einem Batteriespeicher nicht in jedem Betriebszustand sichergestellt werden, dass ein ausreichend hoher Strom zur schnellen Abschaltung der LS-Schalter oder Stromkreissicherungen zur Verfügung steht. Daher muss die Einhaltung der Abschaltzeiten beim Körperschluss durch eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) gewährleistet werden.