So orten Sie mithilfe von Spannungswerten Erdschlüsse in PV-Arrays

Von Will White, Fluke Senior Application Specialist, DER

Nach der Bestätigung, dass ein Erdschluss in einem Photovoltaikstrang vorliegt, lautet die nächste Herausforderung: Wo genau befindet sich der Fehler? Befindet sich der Fehler in einem Modul? Entlang einer Kabelstrecke? In einem Verbinder? Um den Fehler effizient zu orten, ohne die gesamte Anlage zu demontieren, müssen Sie die Spannung messen und einige mathematische Grundkenntnisse anwenden.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie den Fehlerort in einem PV-Strang berechnen, indem Sie die Spannung schrittweise prüfen. Diese Methode ist besonders bei Dachsystemen nützlich, bei denen es nicht praktikabel ist, jedes Modul auszubauen.

Vorbereitung: Wann diese Methode anzuwenden ist

Dieser auf Spannungsmessungen beruhende Ansatz funktioniert in folgenden Fällen am besten:

• Sie haben bereits einen Erdschluss in einem Strang oder Anschlusskasten festgestellt.
• Die Anlage oder der betreffende Abschnitt ist ausgeschaltet und abgesperrt (LOTO).
• Die Spannung des PV-Strangs liegt innerhalb des Messbereichs des Prüfgeräts.
• Sie kennen die Leerlaufspannung (Voc) der Module.

Wenn die Anlage intermittierende Erdschlüsse aufweist oder der Stromkreis sicher stromlos geschaltet werden kann, siehe zunächst:

• So testen Sie PV-Stränge auf intermittierende Erdschlüsse
• So testen Sie stromlose PV-Stromkreise auf Erdschlüsse

Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie Sie anhand von Spannungswerten Erdschlüsse in Photovoltaikanlagen orten

Schritt 1. Die benötigten Informationen zusammentragen

Bevor Sie Messungen vornehmen, sollte Folgendes bekannt sein:

• Die Anzahl der Module im Strang
• Die Leerlaufspannung jedes Moduls (Datenblatt oder Etikett)
• Die erwartete Leerlaufspannung des Strangs (Leerlaufspannung × Anzahl der Module)
• Sicherheitsverfahren für LOTO und Messgeräteinstufungen

Beispiel:

• Erwartete Strangspannung = 16 Module × 53,82 V DC = 861,12 V DC

Schritt 2. Messen zwischen Plus- und Minusleitern

Wenn das System isoliert und prüfsicher ist:

1. Verwenden Sie ein Messgerät der Kategorie III (z. B. Fluke 393 FC oder Fluke 283 FC/PV), dessen Nennspannung mindestens der maximalen Anlagenspannung entspricht oder größer ist.
2. Schließen Sie die Messfühler an den Plus- und Minusleiter des Strangs an.
3. Notieren Sie die gemessene Spannung.

Dadurch ist bestätigt, dass die volle Leerlaufspannung im gesamten Strang vorhanden ist.

Erwarteter Messwert: Volle Strangspannung (z. B. 861,12 V DC bei 16 Modulen)
Auffälliger Messwert: Ein Wert, der niedriger oder höher ist als erwartet, kann auf mehrere Probleme hindeuten.

Schritt 3: Plus- und Minusende des Strangs isolieren

1. Öffnen Sie den Plus-Sicherungsträger.
2. Öffnen Sie den Minus-Sicherungsträger, oder lösen Sie den Minusleiter von der minusseitigen Sammelschiene.

Damit die Spannungstests genaue Ergebnisse liefern, müssen beide Strangenden von allen parallelen Anschlüssen isoliert sein.

Schritt 4. Zwischen Plus und Erde messen

1. Schließen Sie die Plusleitung des Messgeräts an den Plusleiter des Strangs an.
2. Schließen Sie das Minusleitung an die Anlagenerdung oder die Erdungsschiene an.
3. Notieren Sie den Spannungswert.

Erwartet: 0 V DC
Auffällig: Eine Spannung zwischen Plus und Erde weist auf einen Fehlerpfad zwischen Plusleiter und Erde hin.

Schritt 5. Zwischen Minus und Erde messen

1. Tauschen Sie die Messleitungen:
   • Minusleitung an Minusleiter
   • Plusleitung an Erde
2. Notieren Sie die Spannung.

Erwartet: 0 V DC
Auffällig: Ein Messwert ungleich null weist auf einen Erdschluss auf der negativen Seite des Stromkreises hin.

Schritt 6. Spannung gegen Erde durch Modul-Leerlaufspannung teilen

Hier kommen die Zahlen ins Spiel. Wenn Sie die gemessene Spannung gegen Erde durch die Leerlaufspannung eines einzelnen Moduls teilen, können Sie die Anzahl der Module zwischen dem Messpunkt und dem Fehler schätzen.

Beispiel 1: Erdschluss zwischen zwei Modulen

Beschriftung/Alt-Tag: Strang-Leerlaufspannung: 861,12 V DC (16 Module)

Beschriftung/Alt-Tag: Spannung Plus gegen Erde: 645,84 V DC

Beschriftung/Alt-Tag: Spannung Minus gegen Erde: 215,28 V DC

Berechnung:

• 645,84 ÷ 53,82 = 12 Module vom Plusende zum Fehler
• 215,28 ÷ 53,82 = 4 Module vom Minusende zum Fehler

Beschriftung/Alt-Tag: Der Fehler liegt zwischen Modul 4 und Modul 5 vom Minusende des Strangs aus gesehen

Beispiel 2: Erdschluss in einem Rückleiter

Beschriftung/Alt-Tag: Zwischen positiver und negativer Spannung: 861,12 V DC

Beschriftung/Alt-Tag: Spannung Plus gegen Erde: 0 V DC

Beschriftung/Alt-Tag: Spannung Minus gegen Erde: 861,12 V DC

Berechnung:

• 0 ÷ 53,82 = 0 Module
• 861,12 ÷ 53,82 = 16 Module

Beschriftung/Alt-Tag: Der Fehler liegt wahrscheinlich nicht zwischen den Modulen, sondern im Rückleiter, der mit der Plusseite verbunden ist.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Problem in der Plusleitung zwischen dem Testpunkt und dem ersten Modul im Strang auf der Plusseite liegt. Der Fehler kann im Wechselrichter oder Anschlusskasten, im Kabelkanal oder im Array vor dem ersten Modul auf der Plusseite des Strangs liegen.

Schritt 7. Verdächtigen Bereich einer Sichtprüfung unterziehen

Nachdem Sie das Problem nun eingegrenzt haben, prüfen Sie Folgendes:

• Kabelbäume am vermuteten Fehlerort
• Steckverbinder zwischen den beiden verdächtigen Modulen
• Modulrahmen oder Erdungsösen in der Nähe des vermuteten Fehlerorts
• Kabelführungen und Zugentlastungen an Abschlusswiderständen der Rückleitung

Brandspuren, beschädigte Isolierung, geschmolzene Anschlüsse oder eingeklemmte Kabel sind deutliche Anzeichen für den Fehlerort.

Schritt 8. Bestätigung durch Isolationswiderstandsmessung (optional)

So validieren Sie Ihre auf den Spannungsmessungen beruhenden Ergebnisse:

1. Trennen Sie den Plus- oder Minusleiter.
2. Verwenden Sie ein Isolationswiderstandsmessgerät (z. B. Fluke 1587 FC, 1537 oder SMFT-1000).
3. Testen Sie den Erdungswiderstand des Leiters mit 500 bis 1.500 V DC.
4. Notieren Sie den Widerstand.

Ein niedriger Widerstand bedeutet, dass der verdächtige Leiter eine defekte Isolierung oder Kontakt mit geerdetem Metall hat.

Schritt 9. Reparatur dokumentieren und vorbereiten

Dokumentieren Sie vor jeder Reparatur Folgendes:

• Spannungswerte zwischen allen Punkten
• Das verdächtige Modul oder der vermutete Kabelabschnitt
• Umgebungsbedingungen (z. B. nass, trocken)
• Fotos, falls Schäden sichtbar sind

Diese Dokumentation ist hilfreich für Garantieansprüche, Berichte für Versicherungen und zukünftige Problembehandlung.

Bereit für Reparaturen? Hier gibt's weitere Infos: So beheben Sie Erdschlüsse in PV-Anlagen

Tipps zur Fehlerbehandlung

• Runden Sie Spannungswerte immer auf zwei Dezimalstellen, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen.
• Wenn die Spannungswerte ungewöhnlich erscheinen, wiederholen Sie den Test mit anderen Leitungen oder Messgeräten.
• Achten Sie auf Streuspannung (langsam abfallendes Signal, das keine echte Fehlerspannung ist).
• Achten Sie darauf, dass die Module während der Messung sauber und trocken sind; Feuchtigkeit kann die Messwerte verzerren.

Fazit

Die Ortung von Erdschlüssen mithilfe von Spannungsmessungen ist eine clevere, effiziente Möglichkeit, Probleme in PV-Strängen einzugrenzen, ohne größere Abschnitte des Arrays demontieren zu müssen. Anhand von Spannungsmessungen gegen Erde und des Vergleichs mit der Modul-Leerlaufspannung können Techniker Fehlerorte auf ein bis zwei Module eingrenzen.

Über den Autor

Will White begann seine Karriere im Solarbereich 2005 bei einem kleinen Solaranbieter. Nach seinen Anfängen als Installateur arbeitete er in den Bereichen Vertrieb, Entwicklung und Projektmanagement und wurde schließlich zum Director of Operations ernannt. 2016 stieß er zum Schulungsteam bei Solar Energy International (SEI), wo er sich auf die Entwicklung von Kursinhalten und die Durchführung von Kursen zu Solaranlagen konzentrierte. Im Jahr 2022 wechselte White als Spezialist für Solaranwendungen zu Fluke, wo er den Bereich Testgeräte für erneuerbare Energien wie IU-Kurvenschreiber, Strommessgeräte und Wärmebildkameras betreut.

White hat Erfahrungen in den Bereichen Windkraft, Solarthermie, Energiespeicherung und PV in jeder Größenordnung. Er setzt sich leidenschaftlich für die Umsetzung hochwertiger, richtlinienkonformer Installationstechniken ein. Will White ist seit 2006 ein vom NABCEP zertifizierter PV-Installationsfachmann und war zuvor Solarwärme-Installationsfachmann mit NABCEP-Zertifizierung. Er hat einen B.A. in Business Management vom Columbia College, Chicago, und einen MBA von der University of Nebraska-Lincoln. In seiner Freizeit arbeitet er mit seiner Frau und Tochter auf dem Familienbauernhof mitten in Vermont, zu dem ein netzunabhängiges Strohballenhaus gehört.

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