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Die Photovoltaik Anlage

 In den letzten Jahren hat sich der Anblick auf Deutschlands Dächern äußerst verändert. Immer häufiger zieren sogenannte Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) die Dachlandschaft in den Städten, wie auch in dörflich strukturierten Bereichen.

Erneuerbare Energien kommen immer mehr in Betracht bei einer Neuinstallation bzw. Renovierung des Eigenheims. So versuchen immer mehr Hausbesitzer Geld zu sparen und auf die Energiequellen unserer Umwelt zurückzugreifen. Die größte Möglichkeit ist hierbei die Sonnenenergie für sich zu nutzen, um elektrischen Strom bzw. Warmwasser für das eigene Zuhause zu erzeugen.

Laut einer Studie ist die voraussichtliche Brenndauer der Sonne, etwa mit 5 Milliarden Jahren, eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle und ist deshalb als alternative Energie Erzeugung eine sehr lukrative Erzeugungsart für Strom.

Dieser Bereich der Energieerzeugung wächst stetig in den letzten Jahren.

Da diese Art der Energieerzeugung auch nicht ganz ungefährlich ist, müssen sich Feuerwehren mit diesem Thema auch frühzeitig auseinandersetzten. Denn bei einem falschen Umgang im Ernstfall, kann es für die Einsatzkräfte fatale Folgen haben.

Im Jahr 2008 kam es zu einem schweren Brand in einer Photovoltaik Anlage in Bremen, weiterhin kam es im Jahr 2009 in Aichach zu einem Brand einer Scheune mit einer Photovoltaik Anlage. Diese Einsätze der Feuerwehren konnte nur durch eine besonders gute Ausbildung der Feuerwehr Kameraden unter Kontrolle gebracht werden.

(Bild Berufsfeuerwehr Bremen) (Bild Feuerwehr Aichach)

Aus diesem Grund wollen wir Sie für dieses Thema sensibilisieren und ihnen einen kurzen Einblick einer solchen Anlage geben, sowie auf Gefahrenpotenziale solcher Anlagen hinweisen, um eine Gefährdung so gering wie möglich zu halten.

Was bedeutet der Name Photovoltaik?

Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung von Sonnenenergie (Licht) in elektrische Energie (Volt) mittels Solarzellen.
Hierbei spricht man vom sogenannten photoelektrischen bzw. photovoltaischen Effekt. Diese Form der Energie (Solarstrom) zählt zu der Gruppe der erneuerbaren Energien.

Was ist eine Photovoltaik Anlage?

Eine Photovoltaik Anlage, nachfolgend PV-Anlage genannt, ist im Allgemeinen eine Anlage, in welcher Sonnenstrahlen in elektrischen Strom umgewandelt werden und dem Stromnetz des jeweiligen Versorgungsunternehmens wieder zugeführt wird.
Man unterscheidet zwischen zwei Arten von PV-Anlagen. Das netzgekoppelte System und das Inselsystem.

Das netzgekoppelte System speist die erzeugte elektrische Energie zurück in das Versorgungsnetz und der Hauseigentümer bzw. Anlagenbetreiber erhält ein Betrag von 43,1 Eurocent (Stand 2009) für jede kWh.

Das Inselsystem arbeitet nach dem Eigenverbrauchsystem. Hier wird die erzeugte Energie in Akkumulatoren gespeichert, sodass an trüben Tagen bzw. in der Nacht immer elektrischer Strom verfügbar ist.

Bestandteile einer PV - Anlage?

Eine PV-Anlage besteht aus folgenden nachstehend beschriebenen Komponenten:

  1. Photovoltaik Module
  2. Generatoranschlusskasten
  3. Wechselrichter
  4. Zähler
  5. Netzanschluss
 
 




1. Photovoltaik Module

Solarzellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Halbleiter sind Stoffe, die unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig werden, während sie bei tiefen Temperaturen isolierend wirken.

Über 95 % aller auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium (Si). Silizium bietet den Vorteil, dass es als zweithäufigstes Element der Erdrinde in ausreichenden Mengen vorhanden und die Verarbeitung des Materials umweltverträglich ist. Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Halbleitermaterial "dotiert". Damit ist das definierte Einbringen von chemischen Elementen gemeint. Dort baut sich ein inneres elektrisches Feld auf, das zu einer Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten positiven und negativen Ladungsträger führt.
Über Metallkontakte kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Wird der äußere Kreis geschlossen, das heißt ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, fließt ein Gleichstrom.

Siliziumzellen sind etwa 10 cm x 10 cm groß. Eine durchsichtige Antireflexschicht dient zum Schutz der Zelle und zur Verminderung von Reflexionsverlusten an der Zelloberfläche.
Weiterhin werden die einzelnen PV-Module zu sogenannten Strings zusammengekoppelt, wobei immer 8 PV-Module ein String ergeben. Ein solches Modul kann bis zu 50 Volt Spannung erzeugen.
2. Generatoranschlusskasten (GAK)

Der Generatoranschlusskasten dient zur Zusammenführung aller Strings (Anschluss Stränge) der Photovoltaik Module, sodass nach dem Anschlusskasten nur zwei Gleichspannungsführenden Leitungen zum Wechselrichter führen.
Weiterhin hat der GAK bei vielen Herstellern noch zusätzliche Module wie z.B. Überspannungsschutz oder ein Blitzschutz integriert.
Es ist nicht zwingend vorgeschrieben ein GAK zu installieren, wenn nicht mehr als 8 Solar Module installiert sind, denn diese können zu einem Sting zusammengeführt werden.
Seit dem 1. Juni 2006 sind in PV-Anlagen Lasttrennschalter in Generatoranschlusskasten sowie Wechselrichter vorgeschrieben. Dies bedeutet, dass die Anlage nach dem GAK Spannungsfrei geschaltet werden kann.
Jedoch die Anschlussleitung bis zum GAK nicht!

Wie bereits im obigen Punkt beschrieben kann ein PV-Modul mit 550 Watt Leistung ca. 50 Volt erzeugen, sodass an einem String mit 8 Modulen insgesamt ca. 400 Volt anstehen können.
Diese Spannung wird dann weitergegeben bis zum Wechselrichter.

3. Wechselrichter

Der Wechselrichter hat die einfache Aufgabe, die ankommende erzeugte Spannung von Gleichstrom DC in Wechselstrom AC umzuwandeln.
Nach diesem Vorgang kann die erzeugte Spannung in das Stromnetz eingespeist werden. An dieser Stelle besteht in den meisten bestehenden Anlagen, die einzige Möglichkeit in die Anlage einzugreifen und diese abzuschalten.

Jedoch bezweckt die Abschaltung lediglich das Freischalten vom Betreiberstromnetz, welches nach dem Wechselrichter angeschlossen ist. Die Leitung vom GAK führt folglich auch nach Umlegen der Hauptsicherung weiterhin Strom!

4. Zähler

Der Zähler in der PV-Anlage zählt die erzeugte Energie, welche in das Stromnetz des Betreibers eingespeist wird. Dies dient zur späteren Abrechnung der Vergütung durch den Netzbetreiber an den Anlageneigentümer.

5. Netzanschluss

Der Netzanschluss ist der letzte Übergabepunkt einer PV-Anlage. Hier wird die erzeugte umgewandelte Energie in das Netz eingespeist.

Funktionsweise einer PV - Anlage?

Die obigen beschriebenen Komponenten arbeiten eng zusammen in einem Kreislauf.

Durch die Absorption (Wechselwirkung, bei der Licht seine Energie abgibt) von Lichtstrahlen in der Solarzelle wird durch einen physikalischen Vorgang, diese in elektrischen Gleichstrom umgewandelt.
Diese funktioniert ebenso in der Nacht bei Mondlicht oder durch eventuell einfallende Lichtquellen.
Der erzeugte Gleichstrom aus mehreren Strings [Strang] (Ein String meist 8 PV-Module), wird über den Generatoranschlusskasten zusammen auf nur noch zwei Leitungen geführt. Diese sind am Wechselrichter angeschlossen. Der Wechselrichter wandelt den ankommenden Gleichstrom in Wechselstrom um.
Jetzt kann die erzeugte Energie über ein Zähler gezählt werden und dem Netz zugeführt werden.

Wer ist für die Anlage verantwortlich?

Der Betreiber (meist der Hauseigentümer) der Anlage ist verantwortlich für den einwandfreien Zustand und Betrieb der Anlage.
Auch muss bzw. sollte der Betreiber wissen, wo welche Anlagenkomponenten bzw. Geräte installiert sind und deren Funktion kennen.

Wo sind diese Komponenten installiert?

  1. Solar Module
     Die Solarmodule werden auf dem Dach des Objektes installiert, um möglichst viel der vorhandenen Sonnenstrahlen aufzunehmen. Die Module werden mittels Aluminiumschienen auf dem Dach befestigt.


  2. Generatoranschlusskasten (GAK)
     Der GAK ist in den meisten Fällen direkt unter dem Dach in der nähe der Solarzellen installiert. Jedoch gibt es auch Anlagen, in denen dieser im Keller direkt neben dem Wechselrichter installiert ist.


  3. Wechselrichter, Zähler und Netzanschluss
    Der Wechselrichter ist meist im Keller als Übergabestation in die Netzeinspeisung installiert. Nach dem Wechselrichter ist der Zähler installiert und am Ende der Netzanschluss für die Einspeisung.
Wie kann man eine Photovoltaik- von einer Solar Anlage unterscheiden?

Der Unterschied zwischen beiden Anlagen liegt erst mal primär in ihrem Aufbau und ihren Aufgaben. So erzeugt eine installierte Photovoltaik Anlage elektrischen Strom und im Gegensatz dazu die Solaranlage Warmwasser für die Heizungsanlage oder die Trinkwassererwärmung.

Schwer ist es von außen zu erkennen, um welchen Anlagentyp es sich handelt. Da es mehrere Kollektorarten für die unterschiedlichen Anlagen gibt.

Kollektor Arten:

  • Vakuumröhrenkollektor für Warmwassererzeugung


  • Flachkollektor für Warmwassererzeugung


  • Photovoltaikkollektor zur Erzeugung von elektrischem Strom
 

Also ist es schwer die einzelnen Gruppen der Kollektoren aus der Entfernung einzuschätzen und dies erschwert es der Feuerwehr, das Gefahrenpotenzial der Anlage bei einem Brand im- oder am Gebäude richtig einzuschätzen. Aus diesem Grund ist die Feuerwehr in solchen Fällen auf Sie als Anlagenbetreiber angewiesen.

Welche Gefahren gehen von Photovoltaik Anlagen aus?

Die PV-Anlagen haben Spannungsführende Leitungen mit bis zu 1000V Spannung.
Selbst im Abgeschalteten Zustand des Hauptstromverteilers (ohne einen Feuerwehrschutzschalter) kann die Anlage weiterhin Strom bis zum Wechselrichter führen.
Hierbei ist es egal ob es Tag oder Nacht ist, denn diese Anlagen funktionieren ebenso bei Mondlicht. Dies stellt Feuerwehrleute bei einem Zimmer- oder Gebäudebrand vor besondere Herausforderungen.

Denn auch Wasser ist ein perfekter Leiter für elektrischen Strom und stellt somit eine große Eigengefährdung für alle Einsatzkräfte an der Einsatzstelle dar.
Weiterhin können sich die Kollektorelemente bei einem Brand lösen (durch abschmelzen der Alu-Halterungen bzw. der Befestigungsschrauben) und somit bei herabstürzen, Einsatzkräfte verletzten.

Gerade in der Nacht bei Einsätzen an Objekten mit PV-Anlagen ist es für den Einsatzleiter der Feuerwehr bei der Erkundung der Lage nicht gleich offensichtlich, um welche Art einer Anlage es sich handeln könnte.

Daher ist es wichtig, dass die Kommunikation zwischen Feuerwehr und Anlagenbetreiber in Schadensfällen stattfindet.
Auch besteht eine große Gefahr für die Einsatzkräfte an den entstehenden Dämpfen aus den Kollektoren.
So muss von jedem Feuerwehrmann /frau umluftunabhäniger Atemschutz getragen werden.

Eine weitere sehr große Gefahrenquelle ist die Entstehung eines Lichtbogens aus den spannungsführenden Gleichstromleitungen. Hierbei muss auf das „Stehenbleiben“ des Lichtbogens geachtet werden. Bei Gleichstrom kann ein Lichtbogen länger stehen bleiben, wenn sich die Spannung führender Leiter fast berühren.




Im Nebenstehenden Bild wurde ein Lichtbogen mit 200V Spannung zwischen zwei Gleichstromleitern nachgestellt.
Wie sollten bzw. könnte solche Anlagen gekennzeichnet werden?

Da eine PV-Anlage eine elektrische Anlage ist, sollte diese auch so für Außenstehende gekennzeichnet werden.

Jedoch ist dies leider nicht gesetzlich vorgeschrieben und es ist Anlagenbetreibern selbst überlassen darauf hinzuweisen.
Seit einiger Zeit haben sich Arbeitskreise über diese Problematik Gedanken gemacht und ein allgemeines Hinweisschild entworfen.

Das rote Hinweisschild wurde vom Arbeitskreis der deutschen Kommission  für Elektrotechnik und Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE, der sich mit der Thematik Photovoltaik Anlagen befasst, zur Kennzeichnung von PV-Anlagen beschlossen. So wird dies bereits in Bayern und Baden Württemberg umgesetzt.
Empfohlen ist es, zur Anbringung an Stromkreisverteilern und/oder Schalt- oder Zählerschränken.
Weiterhin sollte die elektrische Anlage nach VDE 0100 Teil 410 mit einem Hinweisschild Vorsicht Gefahr vor elektrischem Schlag versehen werden.


Welche Informationen sind für die Feuerwehren von Interesse und sollten vom Betreiber bereitgehalten werden?


Für uns als Feuerwehr ist es wichtig in solch einem Schadensfall zu wissen, um welche Art einer Anlage es sich handelt. So sollten Sie für den Schadensfall einige Informationen bereithalten:

  1. Um welche Art von PV-Anlage handelt es sich?
    a. Netzeinspeisung b. Inselanlage mit Batteriespeicher

  2. Die Lage und Leistung eventuell verbauter Batteriespeicher
  3. Standort von Wechselrichter, Generatoranschlusskasten (falls vorhanden), Netzübergabestation, DC-Freischaltstelle (Gleichstrom)

  4. Welche Anlagenteile sind vom Brand betroffen?

  5. Lage des Sicherungskastens für die normale Stromversorgung?


Was empfiehlt Ihre Feuerwehr?

Wir als Feuerwehr empfehlen Ihnen, sich mit ihrer Anlage auseinanderzusetzen und diese zu kennen, um im Schadensfall den Einsatzkräften Auskunft geben zu können.

Weiterhin gibt es seit 3 Jahren die Möglichkeit einen sogenannten Feuerwehrschalter (Strangschutzschalter) direkt nach dem Photovolttaikkollektor vor dem Generatoranschlusskasten (falls vorhanden) zu installieren. Dies bringt den Vorteil, dass im Schadensfall die Leitungen nach dem Schalter spannungsfrei geschaltet werden kann und somit die Feuerwehr ohne Einschränkungen arbeiten kann.

(Möglichkeit zur Abschaltung der Anlage)

Feuerwehrnotausschalter