Im Zusammenhang mit PV-Anlagen auf gewerblichen Dächern kommt oft die Frage auf, wie sich die Anlagen auf das Brandschutzkonzept auswirken, bzw. wie das Brandschutzkonzept durch die Photovoltaikanlage beeinflusst wird. Oft wird von den Sachverständigen für Brandschutz dann ein sogenannter Feuerwehrschalter gefordert. In diesem Artikel möchte ich dieses Thema mal aufgreifen und zeigen, dass sehr unterschiedliche technische Lösungen als Feuerwehrschalter bezeichnet werden.
Begriffserklärung
Zunächst soll an dieser Stelle der Begriff „Feuerwehrschalter“ geklärt werden, denn oft werden unter dem Begriff ganz unterschiedliche Dinge verstanden. Dann sollen die einzelnen Lösungen beschrieben und ganz zum Schluss bewertet werden. Für alle Lösungen gilt, dass ein Feuerwehrschalter dafür sorgen soll, dass Einsatzkräfte im Falle eines Brandes an einer PV-Anlage möglichst ungefährdet agieren könnnen.
Warum Feuerwehrschalter ?
Bevor das Für- und Wider der einzelnen Lösungen thematisiert wird ,soll aber zunächst nochmal der Grund beschrieben werden, warum man bei PV-Anlagen über die Sinnhaftigkeit von Feuerwehrschaltern nachdenkt. Im Gegensatz zu Gebäuden ohne PV-Anlage gibt es auf Gebäuden mit PV-Anlagen neben dem Stromnetzanschluss eine weitere Quelle, die als Energielieferant dienen kann und damit gibt es auch eine weitere Quelle für potenziell gefährliche Spannungen, die die Einsatzkräfte in einem Brandfall gefährden können. Während man das Gebäude am zentralen Hauptschalter des Stromanschlusses spannungsfrei schalten kann, ist ein solches Abschalten bei PV-Anlagen nicht ohne Weiteres möglich. Auch wenn man die Wechselrichter einer PV-Anlage ausschaltet, so führen noch sämtliche Leitungen vom Dach von den Modulen zu den Wechselrichtern eine hohe Spannung von bis zu 1500V. Um dieses potenzielle Risiko eines elektrischen Schlages für Einsatzkräfte zu reduzieren, kommen sogenannte Feuerwehrschalter in Frage.
Was ist ein Feuerwehrschalter ?
Als Feuerwehrschalter für Photovoltaikanlagen werden in der Regel Schalter bezeichnet, die in der Brandmeldezentrale einer Gewerbeimmobilie installiert sind und nach deren Betätigen Einsatzkräfte von Feuerwehren und Rettungsdiensten vor gefährlichen Spannungen durch die Photovoltaikanlage geschützt werden sollen. So allgemein gilt dies zunächst für alle verfügbaren Lösungen. Im Detail sehen die Lösungen allerdings sehr unterschiedlich aus. Die einzelnen Varianten werden daher nachfolgend einmal genauer beschrieben.
Lösung 1 – modulnahe Abschaltung
Im extremsten Fall löst dieser Feuerwehrschalter einen Mechanismus aus, der jedes Modul der PV-Anlage spannungsfrei schaltet und damit dafür sorgt, dass tagsüber bei Sonnenschein alle Leitungen, sowohl auf der DC (Gleichspannung) als auch auf der AC-Seite (Wechselspannung) abgeschaltet werden, so dass die Anlage also vollkommen spannungsfrei ist. Diese Lösung bietet vermeintlich den größten Schutz, ist allerdings mit dem größten Aufwand und dementsprechend mit den höchsten Kosten verbunden. In diesem Fall muss jedes Solarmodul entweder direkt mit einem Modulwechselrichter verbunden sein oder es müssen an den Solarmodulen sogenannte Leistungsoptimierer montiert werden, deren eigentliche Aufgabe eigentlich das Optimieren der Stromerträge im Falle einer Teilverschattung ist. Eine zusätzliche Aufgabe, die diese Geräte übernehmen können, ist allerdings auch das Fernsteuern der Solarmodule, um diese spannungsfrei schalten zu können. Den Vorteil einer hundertprozentigen Kontrolle aller Solarmodule erkauft man sich allerdings durch den Nachteil, dass jedes einzelne Modul oder immer zwei benachbarten Module mit einer zusätzlichen Elektronik ausgerüstet werden müssen. Diese Elektronik muss über einen Kommunikationsweg erreichbar sein. Die Kommunikation erfolgt oft über die DC Leitungen, die neben der umgewandelten Solarenergie dann auch die Daten zu einem zentralen Steuergerät transportieren. Durch einen zentralen Schaltbefehl können dann alle Solarmodule über diese sogenannten Optimierer abgeschaltet werden, so dass die Gleichspannungen auf den Gleichstromhauptleitungen von den Modulen zu den Wechselrichtern auf ein ungefährliches Maß reduziert werden. Eine weitere Kommunikationsleitung von der Brandmeldezentrale des Gebäudes zu der zentralen Steuerung der einzelnen Leistungsoptimierer sorgt dann dafür, dass diese im Notfall geschaltet werden.
Betrachtet man die Signalkette, so erkennt man schnell, dass es einige Signalwege (von der Brandmeldezentrale zur Steuereinheit für die Optimierer und von der Steuereinheit zu jedem einzelnen Optimierer) gibt, die natürlich im Bedarfsfall auch alle einwandfrei funktionieren müssen.
Genau an dieser Stelle liegt der Nachteil solcher Systeme. Man hat viel zusätzliche Elektronik auf dem Dach, die eventuell störungsanfällig ist und einen relativ großen Verkabelungsaufwand. Das gilt auch dann, wenn die Datenkommunikation mit den Leistungsoptimierern über die – ohnehin vorhandenen – DC Kabel erfolgt. Damit die Funktion des Freischaltens auch im Brandfall sicher funktioniert, muss natürlich sichergestellt sein, dass die Kommunikationswege sehr robust sind. Genau hier liegt in der Praxis oft ein Problem.
Lösung 2 – der DC Freischalter zwischen Modulfeld und Wechselrichter.
Eine weitere Lösung besteht darin, dass auf dem Dach lediglich die DC Sammelleitungen geschaltet werden, dass also die Unterbrechung nicht direkt an den Solarmodulen erfolgt, sondern an den DC-Hauptleitungen, die von den Modulfeldern zu den Wechselrichtern führen. Auch hier müssen entsprechende Kommunikationsleitungen dafür sorgen, dass die Schalter auf dem Dach im Bedarfsfall sicher abgeschaltet werden können. Bei PV-Anlagen mit vielen Modulsträngen muss für jeden Strang ein Schütz existieren, das den vollen Modulstrom bei voller Spannung des gesamten Stranges schalten kann.
Lösung 3 – Wechselrichter im Außenbereich montieren und über NA Schutz abschalten
Die dritte Lösung besteht darin, dass man zunächst versucht die Wechselrichter außerhalb des Gebäudes zu platzieren. Dass die Geräte entweder direkt auf dem Dach oder zumindest außerhalb des Gebäudes platziert werden. Damit hat man schon mal durch das Anlagendesign gewährleistet, dass keine Leitungen, die lebensgefährliche Spannungen führen, ins Gebäude hinein geführt werden. Nun besteht die Gefahr nur noch außerhalb des Gebäudes bzw. auf dem Dach des Gebäudes. Bei diesen Lösungen gibt es in aller Regel ebenfalls einen Notaus-Schalter in der Brandmeldezentrale, der die PV-Anlage abschaltet. Dieser Schalter wirkt dann aber nur auf den NA Schutz (Netz- und Anlagenschutz) auf der AC Seite der Wechselrichter und trennt die Wechselrichter beim Auslösen galvanisch vom Netz. Die DC Leitungen zu den Wechselrichtern, die sich alle außerhalb des Gebäudes befinden, bleiben weiter unter Spannung. Um hier eine zusätzliche Sicherheit zu erhalten, werden die DC Leitungen in metallisch geerdeten Kabelrinnen mit Deckel verlegt. Damit ist sichergestellt, dass auch im Brandfall nicht gleich spannungsführende Kabel einfach berührt werden können. Das Berühren der metallischen Kabelkanäle ist gefahrlos möglich.
Feuerwehr Laufkarten
Ergänzt werden sollten die Maßnahmen in allen 3 Fällen durch sogenannte Feuerwehr-Laufkarten, die sich in der Brandmeldezentrale befinden. Auf der Laufkarte ist das Modulfeld, die DC Kabeltrassen, die Wechselrichterstation, sowie der Standort der Brandmeldezentrale selbst eingezeichnet, so dass der Einsatzleiter auf einen Blick über potenzielle Gefahren im Zusammenhang mit der PV-Anlage informiert ist. Außerdem muss der Laufkarte natürlich zu entnehmen sein, welche der 3 oben beschriebenen Varianten gewählt wurde.
Fazit
Persönlich halte ich die letzte Variante für einen guten Kompromiss zwischen technischem Aufwand und dem Erreichen des Schutzziels, die Einsatzkräfte in einem Brandfall möglichst nicht zu gefährden. Außerdem werden hier – außer dem Notausschalter selbst – keine zusätzlichen Bauteile benötigt, die selbst wieder potenzielle Fehlerquellen darstellen können und störungsanfällig sind. Viele Wechselrichter haben derzeit bereits eine Lichtbogenerkennung an Bord. Diese kann zusätzlichen Schutz bieten Lichtbögen die von der PV-Anlage ausgehen möglichst frühzeitig zu erkennen. Damit kann schon viel für den Brandschutz getan werden ohne zusätzliche Komponenten verbauen zu müssen.
Vor ein paar Jahren hatte ich bereits mal einen Artikel zum Theme Feuer und Photovoltaik geschrieben, den ich hier ebenfalls zur Lektüre empfehlen möchte.
Außerdem empfiehlt es sich die Anwendungsregel VDE-AR-E 2100-712 zu studieren. Diese beschäftigt sich mit „Maßnahmen für den DC Bereich einer Photovoltaikanlage zum Einhalten der elektrischen Sicherheit im Falle einer Brandbekämpfung oder einer technischen Hilfeleistung“.
