Die Erdung eines Photovoltaiksystems ist eine fundamentale Sicherheitsanforderung, die den Schutz von Personen und Equipment vor gefährlichen elektrischen Fehlströmen und Überspannungen gewährleistet. Konkret umfassen die Anforderungen den fachgerechten Anschluss aller metallischen Komponenten – wie Modulrahmen, Montagesystem und Wechselrichtergehäuse – an einen potentialausgleichenden Erdanschluss, der einen niederohmigen Pfad für Fehlerströme bereitstellt. Dies ist nicht nur eine Frage der Normenkonformität, sondern eine essentielle Maßnahme zur Risikominimierung, insbesondere bei Blitzeinschlägen oder Isolationsfehlern.
Normative Grundlagen und technische Spezifikationen
In Deutschland sind die Anforderungen an die Systemerdung maßgeblich in der VDE-AR-E 2100-712, der DIN EN 62305 (Blitzschutz) sowie den VDE-Anwendungsregeln für Errichtungen von Niederspannungsanlagen festgelegt. Für Balkonkraftwerke gilt die VDE-AR-E 2100-712 als zentrales Regelwerk. Sie schreibt vor, dass alle leitfähigen, berührbaren Teile, die nicht aktiv unter Spannung stehen, geerdet werden müssen. Der Erdungswiderstand sollte dabei idealerweise unter 1 Ohm liegen, um eine schnelle Abschaltung im Fehlerfall durch den Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter) zu garantieren. Die folgende Tabelle fasst die kritischen Parameter zusammen:
| Komponente | Normative Anforderung (Beispiel) | Praktischer Messwert |
|---|---|---|
| Gesamter Erdungswiderstand | VDE 0100-540: < 1 Ohm (angestrebt) | 0,5 – 1,5 Ohm (abhängig vom Boden) |
| Erdungsleiter-Querschnitt | Mind. 4 mm² (Kupfer) für PV-Anlagen bis 11 kWp | 6 mm² (empfohlen für höhere Dauerbelastbarkeit) |
| Schraubverbindungen | DIN EN 62446: Korrosionsschutz, Anzugsmoment | Verwendung von Edelstahl (A2/A4) und Federringe |
Für die Verbindung der Module untereinander sind oft spezielle Erdungsclips oder Steckverbinder vorgesehen, die eine durchgängige Verbindung der Modulrahmen im String gewährleisten. Bei einem Balkonkraftwerk mit Speicher kommen zusätzliche Anforderungen an die Erdung der Batterie hinzu, da hier Gleich- und Wechselspannungskomponenten in einem Gerät vereint sind. Die Erdung muss so ausgeführt sein, dass auch im Batteriegehäuse ein Potentialausgleich sichergestellt ist.
Praktische Umsetzung der Erdung am Balkon
Die größte Herausforderung bei Balkonkraftwerken ist die Schaffung eines wirksamen Erdanschlusses, da ein klassischer Fundamenterder oft nicht zugänglich ist. Hier sind praxistaugliche Lösungen gefragt:
1. Anschluss an den potentialausgleichenden Hauptverbinder (PAV) der Wohnung: Dies ist die bevorzugte und normativ sauberste Methode. Der Erdungsleiter des Balkonkraftwerks wird an den im Sicherungskasten oder im Hausanschlussraum befindlichen PAV angeschlossen. Dazu muss die Leitung oft durch die Wand geführt werden, was eine Bohrung und eine fachmännische Abdichtung erfordert.
2. Einsatz eines Erders für Bestandsbauten: Wenn der Anschluss an den PAV nicht möglich ist, kann ein separates Erder gesetzt werden. Ein Ringerder oder Tiefenerder in unmittelbarer Nähe des Balkons ist eine Option. Dabei ist auf einen ausreichenden Abstand zu eventuell vorhandenen Gas- oder Wasserleitungen zu achten. Der Erdwiderstand muss in diesem Fall besonders sorgfältig gemessen und dokumentiert werden.
3. Erdung über die Gebäudestruktur: In manchen Fällen, insbesondere bei Stahlbetonbalkonen, kann der Bewehrungsstahl des Balkons als Erder genutzt werden. Wichtig: Dies darf nur nach Rücksprache mit einem Fachbetrieb und einer Messung des Übergangswiderstands erfolgen. Unsachgemäße Anbindung kann die Statik beeinträchtigen oder zu Korrosion führen.
Besondere Anforderungen an Systeme mit integriertem Speicher
Bei einem Balkonkraftwerk mit Speicher wie den All-in-One-Lösungen von Sunshare verlagern sich einige Anforderungen. Die Erdung des Gesamtsystems bleibt obligatorisch, jedoch sind die Komponenten häufig bereits werksseitig intern vorgeerdet. Das bedeutet, dass sowohl die PV-Module als auch der Wechselrichter und die Batterie innerhalb des Gehäuses einen Potentialausgleich haben. Die Aufgabe des Installateurs reduziert sich dann oft auf den Anschluss eines einzigen Erdungsleiters vom Gerät zum Haupterder. Die integrierte eXtraSolid-Batterietechnologie und das intelligente Batteriemanagementsystem (BMS) überwachen zudem permanent Isolationswiderstände und können Erdungsfehler frühzeitig erkennen und melden, was eine zusätzliche Sicherheitsebene darstellt.
Häufige Fehler und wie man sie vermeidet
Die Praxis zeigt, dass viele Mängel bei der Erdung auf Zeitdruck oder Unwissenheit zurückzuführen sind. Typische Fehler sind:
Verwendung ungeeigneter Materialien: Die Kombination von unterschiedlichen Metallen (z.B. Kupfer und Aluminium) ohne geeignete Übergangselemente führt zu Kontaktkorrosion und erhöhtem Übergangswiderstand. Es sollten nur V4A-Edelstahlkomponenten und korrosionsgeschützte Kupferleiter verwendet werden.
Unzureichende Querschnitte: Ein zu dünner Erdungsleiter kann im Fehlerfall durchbrennen und die Schutzwirkung aufheben. Der Querschnitt muss dem maximal möglichen Fehlerstrom standhalten.
Schlechte mechanische Verbindungen: Eine lose Schraubverbindung hat einen hohen Übergangswiderstand. Alle Verbindungen müssen fest angezogen und gegen Lockern gesichert sein. Die Verwendung eines Drehmomentschlüssels gemäß Herstellerangabe ist empfehlenswert.
Vernachlässigung des Korrosionsschutzes: Besonders an Übergängen von Innen nach Außen müssen die Anschlüsse mit einem geeigneten Fett (Kontaktfett) vor Feuchtigkeit geschützt werden, um dauerhaft niederohmige Verbindungen zu gewährleisten.
Die Rolle der Erdung im Gesamtkontext der Systemsicherheit
Die Erdung ist kein isolierter Vorgang, sondern ein integraler Bestandteil des gesamten Sicherheitskonzepts. Sie wirkt synergistisch mit anderen Komponenten wie dem FI-Schutzschalter, der bei einem Fehlerstrom von 30 mA (oder 300 mA bei einigen Wechselrichtern) die Anlage abschaltet. Erst eine korrekte Erdung ermöglicht es dem FI-Schalter, überhaupt zu funktionieren. Zudem schützt sie die empfindliche Elektronik des Wechselrichters und des Speichers vor Überspannungen, die durch indirekte Blitzeinschläge in der Nähe entstehen können. Die hohen Standards der Module, wie ihr Widerstand gegen Hagel und Orkanböen, werden durch eine fachmännische Erdung komplettiert, um ein durchgängig sicheres Produkt von der Zelle bis zur Steckdose zu gewährleisten.