Balkonkraftwerk Blitzschutz: So schützen Sie Ihre Mini-PV-Anlage

"Balkonkraftwerk Blitzschutz" -- Ein Thema, das bei der Installation eines Balkonkraftwerks oft vernachlässigt wird, aber von großer Bedeutung für die Sicherheit und Langlebigkeit der Anlage ist. Auch wenn die Wahrscheinlichkeit eines direkten Blitzeinschlags in ein Balkonkraftwerk relativ gering ist, können indirekte Blitzeinwirkungen durchaus Schäden an der Anlage verursachen.

In diesem Artikel erfahren Sie, welche Maßnahmen nötig sind, um Ihr Balkonkraftwerk optimal vor Blitzschäden und Überspannungen zu schützen und ob eine gesetzliche Pflicht zur Installation eines Überspannungsschutzes besteht. Außerdem gehen wir der Frage nach, ob es sinnvoll ist, das Balkonkraftwerk bei Gewitter auszuschalten und welche Vorkehrungen für den Blitzschutz bei größeren PV-Anlagen getroffen werden müssen.

Die Entscheidung, ob ein Blitzschutz für ein Balkonkraftwerk notwendig ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die Notwendigkeit eines Blitzschutzes für Balkonkraftwerke hängt von diversen Faktoren ab, etwa von der Beschaffenheit des Gebäudes und der Art und Weise, wie die PV-Module installiert sind. Die Norm DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) mit dem zugehörigen Beiblatt 5 "Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme" gibt hier wertvolle Hinweise. Sie enthält Informationen zu möglichen Schutzmaßnahmen und dient als Orientierungshilfe bei der Entscheidungsfindung.

Oftmals hört man die Befürchtung, dass PV-Anlagen auf dem Dach das Risiko eines Blitzeinschlags erhöhen würden. Tatsächlich ist das jedoch nicht der Fall, sofern die Module die Gesamthöhe des Gebäudes nicht wesentlich verändern. Bei Flachdächern kommt es allerdings häufiger vor, dass die Module selbst getroffen werden, da Blitze bevorzugt in hervorstehende Metallkonstruktionen einschlagen.

Photovoltaik-Anlagen sind grundsätzlich durch direkte Einschläge und durch Blitzeinwirkungen in der näheren Umgebung gefährdet. Die dabei auftretenden hohen Spannungen und Ströme können sich auf das PV-System auswirken und Schäden an den elektrischen Komponenten verursachen:

1. Direkte Blitzeinschläge können zu extrem hohen Strömen führen, die über die PV-Anlage fließen und diese oft vollständig zerstören. In solchen Fällen sind auch mechanische Schäden und sogar Brände nicht ausgeschlossen.
2. Indirekte Einschläge wiederum führen dazu, dass Teile des Blitzstroms über die elektrische Installation und die Versorgungsleitungen abfließen. Auch das kann erhebliche Schäden an der PV-Anlage zur Folge haben.
3. Blitze, die in einem Umkreis von bis zu 500 Metern einschlagen, erzeugen starke magnetische Felder. Diese Felder können in den Leiterschleifen der elektrischen Installation Überspannungen induzieren, die ebenfalls Schäden an der PV-Anlage hervorrufen können.
4. Bei größeren Entfernungen sind allenfalls noch kapazitive Effekte zu beobachten, die aber in den meisten Fällen harmlos sind und keine Schäden verursachen.

Aus diesen Gründen ist ein wirksamer Blitzschutz für Photovoltaik-Anlagen unverzichtbar. Nur so lassen sich direkte und indirekte Auswirkungen von Blitzeinschlägen zuverlässig abwehren und Schäden an Modulen, Wechselrichtern und anderen Komponenten vermeiden. Welche konkreten Schutzmaßnahmen im Einzelfall sinnvoll und notwendig sind, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Eine Risikoanalyse nach den einschlägigen Normen bildet die Grundlage für die Planung und Umsetzung eines individuell angepassten Blitzschutzsystems.

Der Blitzschutz und der Überspannungsschutz sind zwei unterschiedliche, aber eng miteinander verbundene Konzepte zum Schutz von Gebäuden und elektrischen Anlagen vor den Auswirkungen von Blitzen.

Der Blitzschutz hat die Aufgabe, einen einschlagenden Blitz sicher in die Erde abzuleiten. Dadurch werden das Gebäude und die darin befindlichen Personen vor Stromschlägen und Bränden geschützt, die durch direkte Blitzeinschläge verursacht werden können. Ein effektiver Blitzschutz besteht aus Fangeinrichtungen (z.B. Fangstangen oder Blitzableiter) auf dem Dach, Ableitungen an der Fassade und einer Erdungsanlage im Boden.

Der Überspannungsschutz hingegen dient dazu, die elektrische Spannung in den Leitungen innerhalb des Gebäudes auf ein ungefährliches Maximum zu begrenzen. Überspannungen können durch direkte oder indirekte Blitzeinschläge in der Nähe des Gebäudes entstehen und über die angeschlossenen Versorgungsleitungen ins Innere gelangen. Durch den Überspannungsschutz werden elektrische Geräte, Metallrohre und -konstruktionen vor Schäden durch zu hohe Spannungen geschützt.

Der Überspannungsschutz kann somit als Teil des Blitzschutzes betrachtet werden, da er die indirekten Auswirkungen von Blitzeinschlägen abmildert. Ein Blitzschutzsystem alleine reicht nicht aus, um angeschlossene Elektrogeräte im Gebäude vor Schäden zu bewahren. Erst durch die Kombination von äußerem Blitzschutz und innerem Überspannungsschutz wird ein umfassender Schutz erreicht.

Sowohl bei Gebäuden als auch bei Photovoltaikanlagen wird zwischen äußerem und innerem Blitzschutz unterschieden:

• Äußerer Blitzschutz: Fangstangen, Blitzableiter und Erdungsanlagen dienen dem Schutz vor direkten Blitzeinschlägen in die PV-Anlage oder das Gebäude.
• Innerer Blitzschutz: Überspannungsschutzgeräte, Blitzstromableiter und Potenzialausgleichsmaßnahmen schützen vor indirekten Schäden durch Blitzeinschläge in der Nähe der Anlage. Sie verhindern, dass gefährliche Überspannungen über die Leitungen in die elektrischen Systeme gelangen.

Ein umfassender Blitzschutz für PV-Anlagen erfordert also sowohl Maßnahmen zum äußeren Schutz (Fangeinrichtungen und Ableitungen) als auch zum inneren Schutz (Überspannungsschutzgeräte und Potenzialausgleich). Nur durch die Kombination beider Aspekte können die Modulfelder, Wechselrichter und anderen Komponenten wirkungsvoll vor direkten und indirekten Blitzeinwirkungen geschützt werden.

In Deutschland regeln verschiedene Normen und Vorschriften den Blitzschutz für elektrische Anlagen, einschließlich Photovoltaik-Anlagen. Seit 2016 ist der Überspannungsschutz für Hausinstallationen gemäß DIN VDE 0100-443/-534 vorgesehen. Nach einer Übergangsfrist bis 2018 müssen seither alle Neuinstallationen zwingend mit einer entsprechenden Blitzschutzanlage ausgestattet sein.

Diese Pflicht gilt auch für bestehende PV-Anlagen, die nachträglich erweitert oder umgebaut werden. In solchen Fällen muss das Blitzschutzkonzept an die aktuellen Normen angepasst werden, um einen wirksamen Schutz vor Schäden zu gewährleisten. Dazu gehören Maßnahmen wie der Potenzialausgleich und die Installation verschiedener Typen von Überspannungsschutzgeräten in der veränderten Installation.

Die Einhaltung der geltenden Blitzschutz-Vorschriften ist nicht nur eine gesetzliche Pflicht, sondern auch eine Voraussetzung für den Versicherungsschutz. Bei Schäden durch Blitzeinschläge können Versicherungen die Leistung verweigern, wenn die vorgeschriebenen Schutzmaßnahmen nicht ordnungsgemäß umgesetzt wurden.

Jeder Installateur ist verpflichtet, die erforderlichen Maßnahmen zum Schutz einer Photovoltaikanlage vor Blitzeinwirkungen umzusetzen. Dazu gehören insbesondere der Überspannungsschutz und die fachgerechte Erdung der Anlage. Auch bei einer Eigeninstallation müssen die Vorgaben der DIN VDE zwingend eingehalten werden, um den Versicherungsschutz nicht zu gefährden.

Ist für das Gebäude eine äußere Blitzschutzanlage vorgeschrieben, muss eine Blitzschutz-Fachkraft einbezogen werden. Diese erstellt eine konkrete Planung und legt die notwendigen Blitzschutzmaßnahmen fest. Auch bei der nachträglichen Installation einer PV-Anlage auf einem Dach mit bereits vorhandener äußerer Blitzschutzanlage sollte eine Fachkraft involviert sein. Nur so kann sichergestellt werden, dass beide Anlagen optimal aufeinander abgestimmt sind und harmonisch zusammenwirken.

Mögliche Probleme wie eine Verschattung der PV-Module durch die Fangstangen des Blitzschutzsystems sind dabei noch der kleinste Punkt. Viel wichtiger ist es, durch eine sorgfältige Planung und Installation nach den anerkannten Regeln der Technik eine hohe Schutzwirkung zu erreichen und die Sicherheit von Menschen und Sachwerten zu gewährleisten.

Ein direkter Blitzeinschlag in ein Balkonkraftwerk ist zwar theoretisch möglich, aber relativ unwahrscheinlich. Entgegen einer weitverbreiteten Annahme ziehen Photovoltaik-Anlagen Blitze nicht verstärkt an. Die Wahrscheinlichkeit eines Blitzeinschlags erhöht sich durch die Installation eines Balkonkraftwerks also nicht, solange die Anlage nicht über das Dach bzw. das Gebäude hinausragt.

Dennoch können auch Balkonkraftwerke durch indirekte Blitzeinwirkungen gefährdet sein. Schlägt ein Blitz in der Nähe des Gebäudes ein, können die entstehenden Überspannungen über die angeschlossenen Leitungen bis zur PV-Anlage gelangen und dort Schäden verursachen. Auch die von einem Blitz erzeugten elektromagnetischen Felder können in den Leiterschleifen des Balkonkraftwerks Spannungen induzieren und empfindliche elektronische Komponenten wie Wechselrichter beschädigen.

Um diese indirekten Blitzeinwirkungen abzumildern, empfiehlt sich die Installation eines Überspannungsschutzes. Dieser begrenzt die auftretenden Spannungen auf ein ungefährliches Maß und schützt dadurch die angeschlossenen Geräte. Auch eine fachgerechte Erdung des Balkonkraftwerks kann dazu beitragen, die Auswirkungen von Blitzeinschlägen in der Nähe zu reduzieren.

Die Blitzschutzklasse eines Gebäudes oder einer Anlage wird auf Basis einer Risikoabschätzung festgelegt. Dabei werden verschiedene Faktoren wie die Blitzgefährdung, die Art der baulichen Anlage und die möglichen Folgen eines Blitzeinschlags berücksichtigt. Je höher das ermittelte Risiko, desto höher sind die Anforderungen an das Blitzschutzsystem.

Die Blitzschutzklasse 1 beschreibt die höchsten Anforderungen an den Blitzschutz. Sie kommt unter anderem bei Gebäuden mit explosionsgefährdeten Bereichen zum Einsatz, wo schon kleine Funken fatale Folgen haben können. Hier sind besonders robuste und leistungsfähige Blitzschutzsysteme erforderlich, um die Sicherheit zu gewährleisten.

Die Blitzschutzklasse 2 berücksichtigt, dass manche Gebäude aufgrund ihrer Nutzung oder der vorhandenen Anlagen ein erhöhtes Schutzniveau benötigen. Dies gilt beispielsweise für Gebäude mit brennbaren Gasen. Für diese Blitzschutzklasse ist ein umfassendes Blitzschutzsystem zwingend vorgeschrieben. Zudem müssen regelmäßige Prüfungen und Wartungsarbeiten durch geschulte Blitzschutz-Fachkräfte erfolgen.

Die Blitzschutzklasse 3 bezieht sich auf Gebäude mit einem normalen Brandrisiko. Hier gelten Empfehlungen zur Errichtung eines Blitzschutzsystems, das sowohl einen äußeren als auch einen inneren Blitzschutz umfasst. Eine Sichtprüfung sollte alle zwei Jahre und eine detaillierte Prüfung durch Fachleute alle vier Jahre erfolgen.

Die Blitzschutzklasse 4 stellt die niedrigsten Anforderungen an den Blitzschutz dar. In Deutschland wird diese Klasse nicht verwendet, da hier ein höheres Schutzniveau als Standard gilt.

Um Schäden durch direkte Blitzeinschläge an PV-Modulen zu vermeiden, die nicht nur die Module selbst, sondern auch die gesamte Anlage und das Gebäude beschädigen können, ist es ratsam, die Module im Schutzbereich eines externen Blitzschutzsystems zu installieren.

Falls das Gebäude schon über einen Blitzschutz verfügt, muss die PV-Anlage so integriert werden, dass sie die Schutzwirkung nicht beeinträchtigt. Die Anlage muss sich in das bestehende System einfügen. Das ist besonders wichtig bei öffentlichen Gebäuden, für die oft gesetzlich oder behördlich ein Blitzschutz vorgeschrieben ist.

Wenn kein externer Blitzschutz vorhanden und auch nicht vorgeschrieben ist, liegt die Wahl der Schutzmaßnahmen beim Eigentümer der PV-Anlage:

1. Ein separates Blitzschutzsystem bietet den umfassenden Schutz für die PV-Anlage.
2. Wenn der Platz begrenzt ist, kann ein mit der PV-Anlage verbundenes Blitzschutzsystem zumindest die Module vor direkten Einschlägen schützen.
3. Entscheidet man sich gegen ein Blitzschutzsystem, sollten zumindest grundlegende Maßnahmen ergriffen werden, um mögliche Schäden zu begrenzen.

Das Risiko eines Blitzschadens kann nach DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2) abgeschätzt werden. Die Planung und Umsetzung von Blitzschutzmaßnahmen sollten von qualifizierten Fachkräften durchgeführt werden, die auch für Arbeiten an spannungsführenden Teilen ausgebildet sind. Es wird empfohlen, die PV-Anlage und das Blitzschutzsystem gleichzeitig zu planen.

Normgerechte Blitzschutzsysteme reduzieren die Gefährdung von PV-Anlagen durch Blitze und Überspannungen erheblich. Sie schützen sowohl vor direkten Einschlägen (äußerer Blitzschutz) als auch vor Überspannungen (innerer Blitzschutz).

Empfohlene Maßnahmen:

1. Fangeinrichtungen schützen PV-Module, Montagegestell und Verkabelung vor direkten Einschlägen. Die Blitzschutzleitungen müssen einen ausreichenden Abstand (0,5-1 m) zu allen Teilen der PV-Anlage haben, um Überschläge zu vermeiden.
2. Das metallene Montagegestell wird mit der Haupterdungsschiene verbunden, bei großen Anlagen ggf. über eine Potenzialausgleichsschiene. Eine direkte Verbindung mit Blitzschutzleitungen ist unbedingt zu vermeiden!
3. Bei Gleichspannungskabeln über 10 m Länge sollte ein Überspannungsschutzgerät (SPD) Typ 2 an der Verbindung zu den PV-Modulen installiert werden.
4. Vor und nach dem Wechselrichter werden SPD Typ 2 installiert (teils schon integriert).
5. Zum Schutz der Elektrogeräte im Gebäude sollten in der Netzeinspeisung SPD Typ 1 installiert werden.

Wenn der Abstand zwischen Blitzschutzleitungen und PV-Anlage nicht eingehalten werden kann, werden beide Systeme verbunden. Dadurch fließen Blitzteilströme durch die PV-Anlage.

Um die Auswirkungen zu minimieren, sollten geschirmte Gleichspannungskabel verwendet und außen bis auf Erdniveau geführt werden. Anschlusskästen und Verteiler sollten Metallgehäuse haben. So werden Blitzteilströme über Modulrahmen, Montagegestell, Kabelschirme und Gehäuse in die Erdungsanlage geleitet.

Empfohlene Maßnahmen:

1. Fangeinrichtungen schützen PV-Module, Montagegestell und Verkabelung. Sie werden mehrfach mit Modulen bzw. Gestell verbunden und für Blitzteilströme dimensioniert.
2. Modulrahmen und Montagegestell müssen aus geeigneten Materialien bestehen und für Blitzteilströme geeignete Verbindungstechniken aufweisen.
3. Die Kabelschirmquerschnitte müssen groß genug sein, um Blitzteilströme zu leiten. Die Schirme werden am höchsten Punkt mit der Fangeinrichtung und am Fußpunkt vor Gebäudeeintritt mit der Erdungsanlage verbunden. An beiden Kabelenden können SPD Typ 2 erforderlich sein.
4. Bei Gleichspannungskabeln über 10 m Länge sollte auf AC-Seite des Wechselrichters ein SPD Typ 2 installiert werden (teils schon integriert).
5. Zum Schutz der Elektrogeräte im Gebäude sollten in der Netzeinspeisung SPD Typ 1 installiert werden.

Ohne Schirmung werden folgende Maßnahmen empfohlen:

1. Fangeinrichtungen schützen PV-Module, Montagegestell und Verkabelung. Sie werden mehrfach mit Modulen bzw. Gestell verbunden und für Blitzteilströme dimensioniert.
2. Modulrahmen und Montagegestell müssen aus geeigneten Materialien bestehen und für Blitzteilströme geeignete Verbindungstechniken aufweisen.
3. Vor und nach dem Wechselrichter werden SPD Typ 1 installiert.
4. Zum Schutz der Elektrogeräte im Gebäude sollten in der Netzeinspeisung SPD Typ 1 installiert werden.

Empfohlene Maßnahmen:

1. Das metallene Montagegestell sollte mit der Haupterdungsschiene verbunden werden. Dazu wird eine Potenzialausgleichsleitung mit der PV-Verkabelung verlegt und angeschlossen, bei großen Anlagen ggf. über eine Potenzialausgleichsschiene.
2. Bei Gleichspannungskabeln über 10 m Länge sollte ein SPD Typ 2 an der Verbindung zu den PV-Modulen installiert werden.
3. Wenn das AC-Kabel zwischen Wechselrichter und Hauptverteilung kürzer als 10 m ist, sollte ein SPD Typ 2 auf DC-Seite des Wechselrichters installiert werden. Bei längeren Kabeln sind SPD Typ 2 auf beiden Seiten vorzusehen (teils schon integriert).
4. Zum Schutz der Elektrogeräte im Gebäude sollten SPD Typ 2 in der Netzeinspeisung installiert werden.

Die Kosten für eine Blitzschutzanlage hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie der Größe und Komplexität des Gebäudes, der erforderlichen Blitzschutzklasse und dem Umfang der Schutzmaßnahmen. Bei einem Einfamilienhaus muss man für ein komplettes Blitzschutzsystem, das sowohl den äußeren als auch den inneren Blitzschutz umfasst, mit Kosten ab etwa 2.000 Euro rechnen.

Der äußere Blitzschutz besteht aus Fangeinrichtungen wie Fangstangen oder Fangleitungen, die auf dem Dach montiert werden, sowie den Ableitungen und der Erdungsanlage. Die Kosten richten sich nach der Dachform und -größe sowie der Anzahl der benötigten Fangstangen und Ableitungen. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um ein Steildach oder ein Flachdach handelt.

Der innere Blitzschutz umfasst Maßnahmen wie den Potenzialausgleich und die Installation von Überspannungsschutzgeräten in der Elektroinstallation. Wenn das innere Blitzschutzsystem bereits vorhanden ist und den aktuellen Normen entspricht, können die Kosten für die Nachrüstung des äußeren Blitzschutzes um etwa 1.000 Euro geringer ausfallen.

Die Wahrscheinlichkeit eines direkten Blitzeinschlags in ein frei stehendes Einfamilienhaus ist relativ gering, da in der Umgebung meist höhere Objekte wie Bäume oder Masten vorhanden sind, die bevorzugt getroffen werden. Trotzdem kann ein Blitzschlag gravierende Schäden verursachen und im schlimmsten Fall einen Brand auslösen.

Wer auf Nummer sicher gehen und das Risiko minimieren möchte, sollte auf eine fachgerechte Blitzschutzanlage nicht verzichten. Die Investitionskosten von etwa 2.000 Euro sind überschaubar im Vergleich zu den möglichen Folgekosten eines Blitzschadens. Zudem kann sich ein normgerechter Blitzschutz positiv auf die Versicherungsbedingungen auswirken.