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Normgerechte Planung und Installation von Photovoltaik-Stromversorgungssystemen gemäß DIN VDE 0100-712

Die Bedeutung erneuerbarer Energien nimmt stetig zu, wodurch Photovoltaik-Stromversorgungssysteme eine immer größere Rolle in elektrischen Anlagen spielen. Diese Entwicklung erfordert klare normative Vorgaben, um die sichere und normgerechte Errichtung solcher Systeme zu gewährleisten. Die DIN VDE 0100-712 (VDE 0100-712):2016-10 ist eine der zentralen Normen für die Installation von PV-Systemen und basiert auf dem europäischen Harmonisierungsdokument HD 60364-7-712:2016. Sie legt spezifische Anforderungen für die Errichtung und den Betrieb von PV-Stromversorgungssystemen innerhalb von Niederspannungsanlagen fest und trägt somit maßgeblich zur Sicherheit und Funktionalität solcher Anlagen bei.

Diese Norm ergänzt die allgemeinen Vorschriften der Normenreihe DIN VDE 0100 (VDE 0100), insbesondere die Teile 100 bis 600, die allgemeine Bestimmungen für elektrische Installationen enthalten. Ihr Anwendungsbereich erstreckt sich auf PV-Systeme, die elektrische Energie in ein öffentliches Stromverteilungsnetz einspeisen oder innerhalb eines nicht öffentlichen Netzes genutzt werden. Dies umfasst sowohl netzgekoppelte als auch netzunabhängige Anlagen sowie hybride Lösungen, die zwischen verschiedenen Betriebsarten wechseln können. Neben elektrotechnischen Anforderungen definiert die Norm auch sicherheitstechnische Maßnahmen, insbesondere im Hinblick auf den Schutz gegen elektrischen Schlag, thermische Einflüsse, Überspannungen und elektromagnetische Störungen. Dabei werden zentrale Begriffe mit relevanten Produktnormen für PV-Systeme harmonisiert und Anforderungen an die Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel spezifiziert.

Ein wesentlicher Bestandteil der DIN VDE 0100-712 ist die Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften von PV-Systemen, die sich von herkömmlichen Niederspannungsanlagen unterscheiden. So kann beispielsweise die Gleichspannungsseite eines PV-Generators auch nach einer Trennung vom Wechselrichter unter Spannung stehen, was besondere Maßnahmen zum Schutz von Personen und Betriebsmitteln erforderlich macht. Detaillierte Vorgaben für Erdung, Blitzschutz und Prüfverfahren nach der Installation eines PV-Systems sind ebenfalls Bestandteil der Norm. Für die Anwendung der Vorschriften sind zahlreiche andere nationale und internationale Standards relevant, darunter die DIN EN 62109 für die Sicherheit von Wechselrichtern, die DIN EN 50521 für Steckverbindungen in PV-Systemen sowie die DIN EN 62305 für Blitzschutzmaßnahmen. Diese Querverweise stellen sicher, dass die Anforderungen an PV-Stromversorgungssysteme mit bestehenden Normen harmonisiert und ein einheitlicher Sicherheitsstandard gewährleistet wird.

Ein zentrales Sicherheitsmerkmal von PV-Stromversorgungssystemen ist der Schutz gegen elektrischen Schlag, der in Kapitel 712.41 der Norm behandelt wird. Aufgrund der kontinuierlichen Stromerzeugung bei Lichteinfall müssen zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, die über die allgemeinen Bestimmungen für elektrische Niederspannungsanlagen hinausgehen. Da elektrische Betriebsmittel auf der Gleichspannungsseite eines PV-Generators auch dann unter Spannung stehen können, wenn die Wechselspannungsseite vom Netz getrennt ist oder der Wechselrichter abgeschaltet wurde, sind spezielle Schutzmaßnahmen erforderlich. Die allgemeinen Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag gemäß DIN VDE 0100-410 sind für PV-Anlagen nur eingeschränkt anwendbar. Stattdessen müssen alternative Schutzkonzepte umgesetzt werden, die speziell auf die Gegebenheiten von PV-Anlagen abgestimmt sind.

Auf der Gleichspannungsseite eines PV-Generators können verschiedene Schutzmaßnahmen angewendet werden, darunter die doppelte oder verstärkte Isolierung von Betriebsmitteln nach Schutzklasse II sowie der Schutz durch Kleinspannung mittels SELV (Safety Extra Low Voltage) oder PELV (Protective Extra Low Voltage). Ergänzend sind Maßnahmen wie Trennvorrichtungen für Wartungszwecke, Kennzeichnung und Warnhinweise sowie Schutz gegen Isolationsfehler erforderlich. Eine korrekte Erdung und ein effektiver Potentialausgleich tragen zusätzlich dazu bei, das Risiko von Berührungsspannungen und elektromagnetischen Störungen zu minimieren.

Neben dem Schutz gegen elektrischen Schlag spielt der Schutz gegen thermische Einflüsse eine zentrale Rolle in der Sicherheit von PV-Stromversorgungssystemen. Kapitel 712.420 der DIN VDE 0100-712 beschreibt spezifische Anforderungen zur Minimierung von Risiken wie Überhitzung, Brandgefahr oder Materialermüdung. Da PV-Systeme kontinuierlich elektrische Energie erzeugen, ist eine effektive Wärmeableitung entscheidend, um thermische Überlastungen zu vermeiden. Dies betrifft sowohl elektrische Betriebsmittel wie Kabel, Wechselrichter und Schutzgeräte als auch mechanische Komponenten wie Modulbefestigungen und Anschlussdosen. Alle Betriebsmittel müssen für die in PV-Systemen auftretenden Temperaturen ausgelegt sein, wobei Kabel eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 70 °C aufweisen sollten, insbesondere wenn sie sich unter PV-Modulen befinden. Um Wärmestau zu vermeiden, müssen elektrische Betriebsmittel mit ausreichender Wärmeableitung montiert werden. Wechselrichter sollten nicht in schlecht belüfteten Bereichen oder direkter Sonneneinstrahlung installiert werden, da dies zu Überhitzung führen kann.

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil des thermischen Schutzes ist der Schutz gegen Brände durch elektrische Betriebsmittel, der in Kapitel 712.421 behandelt wird. Isolationsfehler auf der Gleichspannungsseite können zu Lichtbögen führen, die eine erhebliche Brandgefahr darstellen. Daher ist der Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten (IMD – Insulation Monitoring Device) erforderlich, um Fehler frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Wechselrichter und Schaltgeräte dürfen nicht in feuergefährdeten Bereichen installiert werden, und Brandschutzmaßnahmen gemäß DIN VDE 0100-420 müssen eingehalten werden. Zusätzliche Maßnahmen zur Begrenzung thermischer Risiken umfassen die Sicherung der richtigen Strombelastbarkeit von Kabeln, die Vermeidung von Wärmestau durch Kabelbündelung sowie den Einsatz von Überwachungsgeräten zur Temperaturkontrolle.

Ein weiterer wichtiger Schutzmechanismus betrifft den Schutz vor Überstrom, der in Kapitel 712.430 geregelt ist. In PV-Anlagen erzeugen Gleichstromschaltkreise anhaltende Überströme, die thermische Überlastung und Brände verursachen können. Daher müssen Schutzeinrichtungen zuverlässig auslösen, um Schäden zu vermeiden. Für PV-Stränge ist ein Überstromschutz erforderlich, wenn mehr als zwei parallele Stränge vorhanden sind. Zusätzlich müssen die Kabel des PV-Generatorfeldes gegen Überstrom geschützt werden, insbesondere bei größeren Anlagen mit mehreren PV-Teilgeneratorfeldern. Der Schutz vor Überspannungen und elektromagnetischen Störungen ist ebenfalls ein wesentlicher Bestandteil der DIN VDE 0100-712. Da PV-Anlagen oft in exponierten Bereichen installiert sind, sind sie anfällig für direkte und indirekte Blitzeinschläge sowie Spannungsspitzen durch Schaltvorgänge. Geeignete Überspannungsschutzgeräte (SPDs – Surge Protective Devices) sind erforderlich, um empfindliche Betriebsmittel vor Schäden zu schützen.

Abbildung 1: Beispiele in der VDE 0100-712 für die Installation von SPDs

Eine Risikobewertung gemäß DIN VDE 0100-443 bestimmt, ob Überspannungsschutzmaßnahmen verpflichtend sind. Neben dem Schutz vor transienten Überspannungen müssen PV-Systeme auch vor elektromagnetischen Störungen geschützt werden. Dies umfasst Maßnahmen wie eine optimierte Kabelverlegung, abgeschirmte Datenleitungen und den Einsatz von Netzfiltern.

Die Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel in Photovoltaik-Stromversorgungssystemen unterliegt spezifischen Anforderungen, die eine sichere und normgerechte Installation gewährleisten sollen. Diese Anforderungen sind in Kapitel 712.5 der DIN VDE 0100-712 (VDE 0100-712):2016-10 geregelt und umfassen Aspekte wie die Übereinstimmung mit Normen, Betriebsbedingungen, äußere Einflüsse, Zugänglichkeit, Kennzeichnung sowie Kabel- und Leitungssysteme.

Elektrische Betriebsmittel, die in PV-Anlagen eingesetzt werden, müssen den einschlägigen Normen entsprechen. PV-Module müssen die Anforderungen der entsprechenden Produktnormen erfüllen, während Wechselrichter gemäß DIN EN 62109-1 und DIN EN 62109-2 geprüft sein müssen. Anschlussgehäuse, Verteiler und Schaltgeräte-Kombinationen müssen den Bestimmungen der DIN EN 61439-Serie genügen. Für Haushalte und ähnliche Anwendungen sind die Anforderungen aus DIN EN 60670-24 maßgeblich.

Die Betriebsbedingungen und äußeren Einflüsse sind entscheidend für die Auswahl geeigneter Betriebsmittel. Die Bemessungsspannung muss auf Basis der maximalen Leerlaufspannung der PV-Module erfolgen, während der Bemessungsstrom sich nach dem maximalen Kurzschlussstrom richtet. Insbesondere für Sperrdioden sind eine Sperrspannung von mindestens dem Doppelten der Leerlaufspannung sowie ein Bemessungsstrom von mindestens 1,1 des Kurzschlussstroms erforderlich. Gehäuse für Betriebsmittel im Außenbereich müssen mindestens der Schutzart IP44 und der mechanischen Widerstandsfähigkeit IK07 entsprechen.

Für eine sichere Wartung und Instandhaltung muss die Zugänglichkeit zu Betriebsmitteln so gestaltet sein, dass erforderliche Arbeiten gefahrlos ausgeführt werden können. Zudem ist eine eindeutige Kennzeichnung vorgeschrieben. Ein dauerhaft angebrachtes Hinweisschild muss auf das Vorhandensein einer PV-Anlage aufmerksam machen.

Abbildung 2: PV-Hinweisschild nach VDE0100-712

Das Hinweisschild sollte an zentralen Stellen wie dem Speisepunkt der elektrischen Anlage, dem Zählerplatz oder dem Stromkreisverteiler angebracht sein. Zusätzlich müssen auf der Gleichspannungsseite Kennzeichnungen an Verteilerkästen und Anschlussdosen angebracht werden, um darauf hinzuweisen, dass auch nach einer Trennung noch Spannungen anliegen können.

Die Wahl der Kabel- und Leitungssysteme spielt eine wesentliche Rolle für die Sicherheit und Leistungsfähigkeit der Anlage. Kabel und Leitungen müssen so verlegt werden, dass das Risiko von Erdschlüssen und Kurzschlüssen minimiert wird. Es sind vorzugsweise einadrige Kabel mit nicht metallischem Mantel oder isolierte einadrige Leitungen in Schutzrohren oder Kabelkanälen zu verwenden. Eine direkte Verlegung auf Dachflächen ist nicht zulässig. Um die durch Blitzeinwirkung induzierten Spannungen möglichst gering zu halten, sollten die Kabel eng nebeneinander verlegt werden, sodass keine großen Leiterschleifen entstehen. Für Kabel, die auf der Unterseite der PV-Module verlaufen, ist eine Umgebungstemperatur von mindestens 70 °C bei der Querschnittsauswahl zu berücksichtigen.

Elektrische Verbindungen in PV-Systemen müssen robust und normgerecht ausgeführt werden. Steckverbinder für die Gleichspannungsseite müssen gemäß DIN EN 50521 oder DIN EN 62852 ausgewählt werden und mechanisch sowie elektrisch kompatibel sein. Steckverbindungen, die für Laien zugänglich sind, müssen entweder durch spezielle Werkzeuge lösbar sein oder in verschließbaren Gehäusen untergebracht werden.

Zusätzlich sind Schutzmaßnahmen zur Fehlererkennung und -vermeidung erforderlich. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) auf der Wechselspannungsseite müssen vom Typ B sein, es sei denn, eine einfache galvanische Trennung ist vorhanden oder der Wechselrichterhersteller bestätigt, dass keine RCD erforderlich ist. Überstrom-Schutzeinrichtungen auf der Gleichspannungsseite müssen den Anforderungen der DIN EN 60269-6 für gPV-Sicherungen oder der DIN EN 60947-3 für Lasttrennschalter genügen und für bidirektionalen Stromfluss ausgelegt sein. Zudem muss die Bemessungsbetriebsspannung mindestens der Leerlaufspannung entsprechen.

Für den Schutz vor Überspannungen müssen geeignete Überspannungsschutzgeräte (SPDs) installiert werden, wobei deren Auswahl und Installation gemäß DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 erfolgen sollte. Trenn- und Schaltelemente müssen sowohl auf der Gleich- als auch auf der Wechselspannungsseite vorhanden sein, um eine sichere Abschaltung zu ermöglichen.

Checkliste für die Planung und Errichtung von PV-Anlagen gemäß DIN VDE 0100-712 (VDE 0100-712):2016-10

Diese Checkliste dient als Orientierungshilfe für Planer und Installateure, um sicherzustellen, dass Photovoltaik-(PV)-Stromversorgungssysteme normgerecht errichtet werden.

1. Allgemeine Anforderungen

✔ Normen berücksichtigen: Sicherstellen, dass alle elektrischen Betriebsmittel den relevanten Normen (z. B. DIN EN 62109-1, DIN EN 61439) entsprechen.
✔ Betriebsbedingungen prüfen: Spannung (U_OC_MAX) und Strom (I_SC_MAX) korrekt bestimmen und berücksichtigen.
✔ Schutzmaßnahmen definieren: Schutz gegen elektrischen Schlag, thermische Einflüsse, Überstrom, Überspannungen und elektromagnetische Störungen sicherstellen.

2. Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel

✔ PV-Module: Müssen den geltenden Produktnormen entsprechen und sicher montiert werden.
✔ Wechselrichter: Auswahl entsprechend DIN EN 62109-1/-2, Integration in die Netzstruktur sicherstellen.
✔ Verteiler, Schaltgeräte und Anschlussgehäuse: Müssen gemäß DIN EN 61439 geprüft und zugelassen sein.
✔ Fehlerschutzgeräte (RCDs): Falls erforderlich, RCD vom Typ B verwenden oder alternative Schutzmaßnahmen prüfen.
✔ Kennzeichnungspflicht beachten:

  • Hinweisschild für das Vorhandensein einer PV-Anlage an relevanten Stellen (Speisepunkt, Zählerplatz, Stromkreisverteiler).
  • Warnhinweise an Verteiler- und Anschlussdosen mit dem Hinweis, dass auf der Gleichspannungsseite nach der Trennung Spannung anliegen kann.

3. Kabel- und Leitungssysteme

✔ Kabel und Leitungen für Gleichspannungsseite:

  • Verwendung von einadrigen Kabeln mit nicht metallischem Mantel oder isolierten einadrigen Leitungen in Installationsrohren oder Kabelkanälen.
  • Keine direkte Verlegung auf Dachoberflächen.

✔ Vermeidung von großen Leiterschleifen: Kabel eng nebeneinander verlegen, um induzierte Spannungen zu minimieren.

✔ Temperaturbeständigkeit sicherstellen:

  • Kabel und Leitungen unter PV-Modulen müssen für mind. 70 °C Umgebungstemperatur ausgelegt sein.

✔ Steckverbindungen normgerecht ausführen:

  • Elektrische und mechanische Kompatibilität prüfen (nach DIN EN 50521 oder DIN EN 62852).
  • Steckverbindungen in zugänglichen Bereichen nur mit Werkzeug lösbar oder in verschlossenen Gehäusen montieren.

4. Schutzmaßnahmen gegen Fehler und Störungen

✔ Schutz gegen elektrischen Schlag sicherstellen:

  • Schutzklasse II (doppelte oder verstärkte Isolierung) oder Kleinspannung (SELV/PELV).

✔ Fehlerschutz durch automatische Abschaltung:

  • Falls erforderlich, Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) nach DIN EN 62423 (Typ B) einplanen.

✔ Schutz gegen thermische Einflüsse und Brandgefahr:

  • Wechselrichter und Verteilungen nicht in feuergefährdeten Bereichen installieren.
  • Isolationsüberwachungssysteme für die Gleichspannungsseite berücksichtigen.

✔ Schutz gegen Überstrom:

  • Überstrom-Schutzeinrichtungen gemäß DIN EN 60269-6 (gPV-Sicherungen) oder DIN EN 60947-3 auswählen.
    ✔ Überspannungsschutz einplanen:
  • Schutzmaßnahmen nach DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 berücksichtigen.

✔ Trennen und Schalten sicherstellen:

  • Wechselrichter muss auf Gleich- und Wechselspannungsseite getrennt werden können.
  • Trenneinrichtungen gut zugänglich platzieren.

5. Erdung und Potentialausgleich

✔ Potentialausgleich und Erdung sicherstellen:

  • Erdungsmaßnahmen gemäß DIN VDE 0100-540 durchführen.

✔ PV-Generatorfeld in Blitzschutzkonzept integrieren:

  • Falls erforderlich, Überspannungsschutzmaßnahmen gemäß DIN EN 62305-3 durchführen.

6. Prüfungen und Dokumentation

✔ Prüfung nach Installation durchführen:

  • Sichtprüfung aller Installationen.
  • Funktionsprüfung der Schutzmaßnahmen.
  • Isolationswiderstandsmessung durchführen.

✔ Dokumentation gemäß DIN EN 62446 anfertigen:

  • Schemazeichnung der Anlage.
  • Messprotokolle und Prüfberichte.
  • Verzeichnis der installierten Komponenten.

Dies ist eine selbst erstellte Zusammenfassung der Norm VDE 0100-712 und soll lediglich einen Überblick dieser wiedergeben. Für detailliere Informationen (wie Berechnungen) ist die Norm beim VDE erhältlich.