Messen zum Selbstschutz

Was freiwillig ist und Arbeit macht, setzt sich nicht gut durch. Diese Erfahrung hat auch Willi Kirchensteiner gemacht. Er leitet das Bildungszentrum für Solartechnik (BZS) in München und hat schon hunderte von Solarteuren ausgebildet. Obwohl er und seine Kollegen seit Jahren erklären, wie wichtig es ist, eine Photovoltaikanlage richtig zu vermessen, sieht er in diesem Punkt noch ein großes Manko. „Leider kommt es immer noch oft vor, dass Photovoltaikanlagen ohne jede Prüfung und Messung übergeben werden.“ In den Fällen messe der Installateur nicht einmal den Isolationswider stand, die Leerlaufspannung und den Kurzschlussstrom, bevor er die Anlage übergibt. Dabei ist der Leiter inzwischen pragmatisch. „Mir ist es lieber, ein Installateur macht nur die drei Grundmessungen, als wenn er gar nichts macht“, sagt er. Die neue Norm VDE 0126-23 könnte dazu beitragen, den Missstand zu beheben.

Im Juli von der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (DKE) veröffentlicht, spezifiziert die Norm

„Mindestanforderungen an Systemdokumentation, Inbetriebnahmeprüfung und wiederkehrende Prüfungen von Photovoltaikanlagen“. Sie ist ein weiterer Versuch, mehr Qualität in der Planung, Installation und Dokumentation von Photovoltaikanlagen zu etablieren. Schon 2006 brachte die Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie zu diesem Zweck das „RAL-Gütesiegel Solarenergieanlagen“ auf den Markt, das sich allerdings in erster Line auf technische Lieferbedingungen bezieht. 2009 führten dann der Bundesverband Solarwirtschaft (BSW-Solar) und der Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (ZVEH) den Photovoltaik- Anlagenpass ein, der bereits viele Elemente der neuen Norm enthält.

Die neue VDE-Norm firmiert auch unter der Bezeichnung DIN E 62446. Das ist die deutsche Version der Internationalen Norm IEC 62446. „Der Anstoß, solch eine Norm zu entwickeln, kam aus der Photovoltaikbranche“, erzählt Arno Bergmann. Er koordiniert die Normungsarbeit, darunter auch im Bereich Photovoltaik, bei der DKE. Schon länger kursierte der Entwurf, nun haben sich die Vertreter aus Verbänden und Industrie in der Kommission endgültig geeinigt. Die VDE-Norm ist eine detaillierte Handlungsanweisung für Systementwickler und Installateure. Indem der Handwerker sämtliche Punkte befolgt, soll der sichere Betrieb der elektrischen Anlage gewährleistet werden. „Eine ordentliche Prüfung und Dokumentation soll verhindern, dass jeder macht, was er will“, sagt Bergmann. Um Leistungsmessung und -kontrolle dreht es sich in dieser Norm allerdings nicht.

Umfassend dokumentieren

In dem Kapitel „Systemdokumentation“ führen die Autoren, das IEC-Komitee TC 82 (Solar photovoltaic energy systems) beziehungsweise das deutsche Pendant K 373 (Photovoltaische Solarenergie-Systeme), deshalb sämtliche Systemdaten auf, die die Installateure Kunden, Prüfern und Wartungsingenieuren mit der Dokumentation zur Verfügung stellen sollen. Das beginnt bei grundlegenden Systemdaten wie Hersteller, Modelle und Anzahl von Modulen und Wechselrichtern, Installationsdatum und -ort sowie Angaben zum Systementwickler und -installateur. Weiter werden Stromlaufpläne zum Generator, zu den Strängen, zur Erdung und zum Überspannungsschutz und dem Wechselstromnetz erfragt. Datenblätter für Module, Wechselrichter und Montagesystem sollen beiliegen ebenso wie Angaben zum Betrieb und zur Wartung. „Von allen Prüf- und Inbetriebnahmeangaben sind Kopien bereitzustellen“, heißt es weiter. Wie diese Prüfung auszusehen hat, wird detailliert beschrieben.

Zur Prüfung gehören alle Maßnahmen, mit denen die Übereinstimmung der elektrischen Anlage mit den einschlägigen Normen überprüft wird. Die Prüfung beinhaltet das Besichtigen, Erproben und die Erstellung eines Prüfberichts. Bei der Besichtigung kontrolliert der Installateur das Gleichstromsystem, den Schutz gegen Überspannung und elektrischen Schlag, das Wechselstromsystem sowie die Aufschriften und Kennzeichnungen.

Bei der Frage, wie die Prüfung praktisch vorgenommen werden soll, verweist die neue Norm auf weitere Standards. Man sollte sie demnach nach den Anforderungen der IEC 60364-6 durchführen (in Deutschland enthalten in der VDE 0105.100). Erst soll man die Wech selstromkreise prüfen, danach die Gleichstromkreise des Photovoltaikgenerators. Dafür gibt es sechs wichtige Punkte.

Sechs DC-Prüfbereiche

1. Durchgängigkeit der Schutzleiter: Sind auf der Gleichstromseite Funktionserder oder Potenzialausgleichsleiter angebracht, so muss der Installateur zunächst an allen Leitern die elektrische Durchgängigkeit prüfen. Dabei sollte er auch den Anschluss an die Haupterdungsklemme überprüfen.

2. Prüfung der Polarität: Anschließend soll er die Polarität aller Gleichstromkabel prüfen. Wenn die so ist, wie sie sein soll, muss er die Kabel kontrollieren. Dabei stellt er unter anderem sicher, dass sie korrekt gekennzeichnet und richtig an die Systemgeräte wie Schalteinrichtungen und Wechselrichter angeschlossen sind.

3. Messung der Leerlaufspannung von Strängen: Vor dem Schließen von Schaltern und dem Einbau von Strang-Überstrom-Schutzeinrichtungen verlangt die Norm, dass der Installateur die Leerlaufspannung aller Stränge der Anlage vermisst. Die gemessenen Werte müssen anschließend mit den erwarteten Werten verglichen werden. Da bei Messungen am Gleichstromkreis Lichtbögen auftreten können, die anders als in Wechselstromkreisen nicht von selbst verlöschen, mahnt die Norm zur Vorsicht. Das gilt auch für alle anderen Messungen.

Es ist dabei wichtig zu wissen, welche Spannungen erwartet werden. Bei Systemen mit mehreren identischen Strängen und stabilen Bestrahlungsstärkebedingungen kann man dazu die Spannungen der Stränge miteinander vergleichen. Bei stabilen Bestrahlungsstärken sollen die Werte nicht mehr als fünf Prozent voneinander abweichen.

Grobe Fehler ausschließen

Mit der Messung der Leerlaufspannung kann der Installateur grobe Fehler ausschließen. Sind die Spannungen niedriger, als es bei der spezifischen Anlagenkonfiguration zu erwarten ist, kann das zum Beispiel daran liegen, dass man Module falsch herum gepolt hat.

Man muss in diesem Fall aber auch an andere Fehler denken: Eventuell sind Kabelisolationen mangelhaft oder beschädigt, oder es hat sich beispielsweise Wasser in den Elektroinstallationsrohren und Anschlusskästen angesammelt. Auf der anderen Seite sollten auch zu hohe Spannungswerte stutzig machen, weil auch sie eine Folge von Verkabelungsfehlern sein können.

4. Messung des Stroms von Strängen: Im vierten Schritt soll der Installateur den Strom der Stränge messen. Der Installateur kann entweder manuell einen Kurzschluss herstellen, wobei er an die Schalteinrichtung für die Lastabschaltung, die bereits im Stromkreis des Stranges installiert ist, ein Kurzschlusskabel anschließt. Oder er verwendet einen Kurzschluss-Prüfkasten, ein für die Lastabschaltung bemessenes Schaltgerät. Damit kann er den Kurzschluss per Schalter ein und ausschalten. Wegen der Lichtbögen, die beim manuellen Ein- und Ausschalten von Kurzschlussströmen im Photovoltaikstrang entstehen können, bevorzugen die Komitees, die die Norm formulierten, die Verwendung eines Prüfkastens.

In beiden Fällen müssen die Schalteinrichtung und der Kurzschlussleiter höher als der mögliche Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung bemessen sein. Die gemessenen Werte sollen mit den erwarteten Werten verglichen werden.

5. Funktionsprüfungen: In den darauf folgenden Funktionsprüfungen soll der Installateur kontrollieren, ob alle Schaltgeräte und Steuereinrichtungen ordnungsgemäß montiert und angeschlossen sind. Weiterhin überprüft er – am besten den Angaben der Hersteller entsprechend – den korrekten Betrieb der Wechselrichter. Und er führt eine Netzausfallprüfung durch.

6. Isolationswiderstand: Die sechste und letzte Prüfung gilt dem Isolationswiderstand des Photovoltaikgenerators. Da die Gleichstromkreise bei Tageslicht spannungsführend sind und anders als die Wechselstromkreise nicht abgetrennt werden können, beschreibt die Norm zunächst die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen. So zum Beispiel, dass die Isolationsprüfeinrichtung mit einer automatischen Selbstentlade-Einrichtung ausgerüstet sein muss. Wegen der erhöhten Lichtbogengefahr mahnt die Norm explizit, auch bei dieser Messung Vorsicht walten zu lassen. Die Prüfung sollte mindestens an jedem Photovoltaikgene rator an parallel geschalteten Strängen durchgeführt werden. Es ist aber ebenfalls möglich, einzelne Stränge zu prüfen.

Der Installateur hat wiederum zwei Möglichkeiten. In dem einen Verfahren prüft er zwischen der negativen Elektrode und Erde, anschließend zwischen der positiven Elektrode und Erde. Alternativ kann er zwischen Erde und den miteinander kurzgeschlossenen negativen und positiven Elektroden des Generators messen.

Messung mit Standardgeräten

Um zu erfahren, wie man die Messungen durchführen muss, muss man weitere Normen zurate ziehen. Die Messgeräte und Überwachungseinrichtungen sowie die Verfahren sind entsprechend der IEC 61557 auszuwählen. In Deutschland spezifiziert die DIN VDE 0413 Anforderungen an Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzeinrichtungen. Dabei verlangt sie nichts Besonderes. „Es handelt sich um Standardmessgeräte, die der Handwerker ohnehin hat“, sagt Bergmann.

Im Wesentlichen sind das ein Isolationsmessgerät für den Isolationswiderstand sowie ein Strom- und Spannungsmessgerät für die Messung der Leerlaufspannung und des Kurzschlussstroms. Auch Willi Kirchensteiner vom BZS in München sagt, dass Universalgeräte, zum Beispiel von Gossen Müller & Weigert oder Lapp Kabel, ausreichen. 

Praxis kann darüber hinaus gehen

In der Praxis gibt es viele Varianten, wie Installateure ihre Anlagen am Ende auf Fehler prüfen. Dabei kann man noch weit über das, was die Norm fordert, hinausgehen. So zum Beispiel Jörg Tappeser, Geschäftsführer des Installationsbetriebes Solartechnik Tappeser, in Schwerte. Er hält die Messungen in der VDE-Norm für „zu ungenau, weil sie zeitlich nicht synchronisiert sind“. Für ihn sei es schon seit mehreren Jahren selbstverständlich, seine Anlagen umfangreich zu besichtigen und zu erproben und entsprechende Prüfberichte zu erstellen. Aber „Kurzschlussmessungen sind erheblich von der Einstrahlung abhängig, Spannungen sind von der Temperatur abhängig. Daher sollten alle Parameter zum gleichen Zeitpunkt aufgenommen werden“, sagt er.

Auf der DC-Seite nutzt er für die Kurzschlussmessung und die Leerlaufspannung die Stromzange „Fluke 337“, für die Isolationsmessung einen Handmultimeter „Fluke 1503“. Um die Ist- und Soll-Werte miteinander zu vergleichen, sieht die Norm keine zeitsynchrone Messung vor. Dies hält Tappeser für problematisch, da die Bewölkung erhebliche Änderungen verursachen kann. Er arbeitet deshalb seit einiger Zeit mit dem Kennlinienmessgerät HT Instruments PV 300. Dieses erfasst zeitgleich folgende Daten: die Leerlaufspannung, den Kurzschlussstrom, die Einstrahlung, die Modultemperatur, die Umgebungstemperatur, die Ausgangsspannung der Wechselrichter und den Ausgangsstrom der Wechselrichter. Anhand der einzugebenden Stringdaten errechnet das Gerät den Wirkungsgrad des Wechselrichters und des Strings. Bei Abweichung der Messungen nimmt er das HT Instruments I-V 400 dazu. So kann er die Kennlinie und die tatsächliche Leistung des Moduls bestimmen (siehe photovoltaik 10/2009). Es gibt natürlich auch andere Geräte, mit denen das geht.

Mit diesen Messungen fühlt Tappeser sich auf der sicheren Seite. Allerdings kann der Aufwand bei Messungen mit den Kennlinienmessgeräten deutlich höher sein als bei dem in der Norm verlangten Schnelltest. „Wir benötigen mindestens 400 bis 600 Watt je Quadratmeter.“ Laut Hersteller seien die Abweichungen sonst zu hoch und die Messungen zu ungenau. „Das bedeutet, dass wir mehrfach zum Kunden fahren müssen, und nicht immer ist dann das Gerüst von der Montage vorhanden, um die Sensoren zur Messung der Temperatur und Einstrahlung genau anbringen zu können.“ Zur weiteren Fehlersuche hat Tappeser außerdem eine Wärmebildkamera angeschafft. Alles in allem haben ihn diese Geräte rund 11.000 Euro gekostet.

Photovoltaik-Anlagenpass

Mit der VDE-Norm kennt Tappeser sich aus, da er schon länger für jede Anlage einen Photovoltaik-Anlagenpass erstellt. Der Anlagenpass, eine Koproduktion des ZVEH und des BSW-Solar, lehnt stark an den Entwurf der VDE-Norm an. „Bei der Erarbeitung des Anlagenpasses waren die Inhalte der DIN 0126-23 bereits bekannt und wurden berücksichtigt“, sagt Bernd Dechert, Geschäftsführer Technik des ZVEH. Entsprechend fordert auch der Anlagenpass von Installateuren eine umfangreiche Dokumentation und Prüfung der Anlage, bevor sie ans Netz geht. Der geforderte Bericht zur elektrischen Prüfung ist bis auf kleine sprachliche Abweichungen identisch mit dem der VDE-Norm.

Den Anlagenpass können Photovoltaik-Handwerker, die sich registrieren, seit Anfang 2009 gegen eine Gebühr beim ZVEH bestellen. Im ersten Jahr lief es jedoch nur schleppend an. Arno Bergmann von der Deutschen Kommission Elektrotechnik und Willi Kirchensteiner vom Bildungszentrum für Solartechnik haben von Handwerkern viele skeptische Stimmen gehört. „Viele finden ihn zu umfangreich, ich halte ihn aber für vernünftig“, sagt Bergmann. Den Installateuren sind die erforderlichen Angaben anscheinend zu aufwändig. Außerdem gab es den Pass zunächst nur in Papierform. Seit diesem Frühjahr gibt es eine Online-Version, so dass der Handwerker nun nicht jedes Formular immer wieder neu handschriftlich ausfüllen muss. Doch auch diese Neuerung löste keinen explosionsartigen Anstieg der registrierten Handwerker aus. Bis Mitte März dieses Jahres waren 730 Betriebe angemeldet, Mitte September waren es 870.

Kontrolle mit Werbeeffekt

Beiden Instrumenten der Qualitätssicherung – Norm und Anlagenpass – ist zu eigen, dass auch sie keine Pflicht sind. Die Anbieter des Anlagenpasses wollen Installateure damit locken, dass sie mehr Sicherheit bezüglich ihrer eigenen Arbeit haben, wenn sie alle darin genannten Schritte befolgen. Weiterhin sei die Arbeit mit dem Anlagenpass ein Qualitätskennzeichen, das helfe, sich von einer Flut von Mitbewerbern abzuheben, heißt es. Eine freiwillige Verpflichtung zur Qualitätskontrolle mit Marketingeffekt sozusagen. Die Arbeit nach der VDE-Norm ist ebenfalls keine gesetzliche Auflage, sondern freiwillig. Trotzdem könnte sie die geforderten Prüfungen verbindlicher machen. „Normen gelten als anerkannte Regeln der Technik“, betont Arno Bergmann. Der Handwerker habe also den Vorteil, dass er, wenn er die Norm berücksichtige, im Schadensfalle nicht die Beweisführung antreten müsse.

Mittlerweile reagieren auch die ersten Versicherungen auf die stark ansteigende Zahl von Schadensfällen bei Photovoltaikanlagen. Nach Aussage von Lena Krebs, Pressesprecherin bei der Mannheimer AG Holding, die als einer der ersten Versicherer schon lange Photovoltaikanlagen versichert, kommt es oft durch Qualitätsprobleme zu Schäden. „Ein Großteil der Schäden kann vermieden werden, wenn ein entsprechender Qualitätsanspruch von der Auswahl der Komponenten über die Planung sowie insbesondere die fachgerechte, professionelle Ausführung gegeben ist“, schreibt sie. Die Mannheimer führte deshalb 2008 „qualitätsorientierte Produkte“ ein.

Sicherheit für Versicherungen

Dabei prüft die Versicherung nach strengen Qualitätskriterien, ob eine Anlage oder ein Errichterbetrieb überhaupt versicherbar ist und ob aufgrund besonders hoher Qualität ein Beitragsbonus eingeräumt werden kann. Besitzt eine Anlage das RAL-Gütesiegel oder wurde sie nach dem Photovoltaik-Anlagenpass erstellt und dokumentiert, so erfüllt sie die Qualitätskriterien zur Grundqualität. Für den Installateur kann es sich durchaus als Vorteil erweisen, mit dem Anlagenpass zu arbeiten. „Der Photovoltaik-Anlagenpass ist nicht nur ein Service für den Anlagenbetreiber, dem der Errichterbetrieb die fachgerechte Ausführung des Auftrages in einzelnen Schritten schriftlich zusichert, sondern es resultiert daraus auch der Vorteil für den Versicherer, im Schadenfall prüfen zu können, ob tatsächlich eine fachgerechte Ausführung vorliegt“, erläutert die Pressesprecherin. „Ist dies nicht der Fall und bestreitet der Errichterbetrieb seine Verantwortlichkeit, leistet der Versicherer im Falle eines versicherten Ereignisses zunächst Entschädigung an den Anlagenbetreiber – es sei denn, der Errichterbetrieb ist selbst Versicherungsnehmer –, wird aber versuchen, die geleistete Entschädigung auf dem Regresswege zurückzuholen.“

Sprich: Wer sich an Norm und Anlagenpass hält, hat es im Schadensfall leichter. Die neue VDE-Norm lernen die Elektroinstallateure derzeit über den Newsletter der DKE kennen. „Ich hoffe, dass sie Berücksichtigung findet“, sagt Arno Bergmann. Wer den Photovoltaik-Anlagenpass nutzt, ist jedenfalls auf der sicheren Seite, da die Norm darin abgedeckt ist.