Aus Licht werde Strom: Photovoltaik-Anlagen

Das vergangene Jahr zeigt deutlich: Photovoltaik-Anlagen (PVA) rücken ins Interesse der Feuerwehr. Äußerungen von Einsatzkräften, auch in der Fachpresse, machen deutlich: Es besteht Informationsbedarf. Aus diesem Grund werden wir in dem vorliegenden Artikel unsere Kompaktinformation, das INFOBlatt „Photovoltaik-Anlagen“, mit Hintergrundinformationen ergänzen.

Eine PVA besteht aus zwei besonderen und mehreren alltäglichen Elementen. Zu den Besonderheiten zählen die Solarmodule, die auch Solargeneratoren genannt werden, und die Wechselrichter. Die Solarmodule wandeln das einfallende Licht in elektrischen Strom um; der Wechselrichter passt den Solarstrom an das öffentliche Wechselstromnetz an.

Eine reale PVA hat natürlich ein paar mehr Elemente wie Leitungen, Sicherungen, Elektrozähler und ggf. verschiedene Schalter. Diese sind für das Grundverständnis jedoch nicht relevant und werden nicht betrachtet. Als Lichtquelle können natürliche Quellen wie Sonne, Mond oder Feuerschein und künstliche Quellen wie Einsatzstellen- oder Straßenbeleuchtung dienen. Es ist dem Solarmodul egal, woher die Photonen (Lichtteilchen) stammen. Sobald welche auftreffen, werden über den Photoeffekt Elektronen aus dem Halbleitermaterial des Solarmoduls herausgelöst und eine Spannung erzeugt. Somit ist die Spannung am Solarmodul nur unwesentlich abhängig von der Beleuchtungsstärke. Das erklärt, warum auch bei diffusem Licht die Leerlaufnennspannung des Solarmoduls erzielt wird. Stark variiert mit dem einfallenden Licht jedoch die Stromstärke, die ein Solarmodul liefern kann. Dieses lässt sich wieder recht einfach mit der erhöhten Anzahl der Photonen und somit freiwerdenden Elektronen erklären. Für die Feuerwehren ist es im Einsatzfall wichtig zu wissen, dass die Spannung an den Solarmodulen schon bei geringen Beleuchtungsstärken (z. B. Mondschein) an die Nennspannung der Solarmodule heranreicht. Versuche haben gezeigt, dass ein Beschäumen keine signifikante Wirkung zeigt und ein Abkleben der Solarmodule mit einer lichtundurchlässigen Folie praktisch nicht durchführbar ist. Damit ist die Spannung an den Solarmodulen nicht abschaltbar.

Der Wechselrichter, das zweite nicht alltägliche Element einer PVA, hat die Aufgabe, immer möglichst viele Elektronen aus den Solarmodulen zu „saugen“ und dem öffentlichen Stromnetz zur Verfügung zu stellen. Dieser hat hierzu eine Regeleinrichtung, die so ausgelegt ist, dass die Solarmodule immer nahe dem Kurzschlussstrom betrieben werden, also maximalen Strom liefern. Hierin begründet es sich, dass keine Sicherungen in die Leitungen vom Solarmodul zum Wechselrichter eingebaut werden können, da die Stromdifferenz zwischen Kurzschlussstrom und normalen Betriebsstrom zu gering für eine sinnvolle Abschaltung ist. Der Kurzschluss ist in diesem Teil der Anlage sozusagen der Regelfall. Und nun kommt noch eine Besonderheit des Gleichstroms zum Tragen: Der dauerhafte Lichtbogen. In Gegensatz zum Wechselstrom durchläuft der Gleichstrom keinen Nullpunkt. Wird ein nennenswerter Gleichstrom getrennt, wenn z. B. ein Feuerwehrangehöriger ein Kabel eines Solarmoduls mit dem Fw-Beil durchschlägt oder einen Stecker am Wechselrichter abzieht, so will der Strom weiter fließen und erzeugt einen sehr heißen Lichtbogen von mehreren tausend Grad Celsius, der einen sehr hohen Anteil von UV-Strahlung aufweist. Der Lichtbogen erlischt erst, wenn der Stromfluss unterbrochen wird. Dieses ist der Fall, wenn die Lichtbogenlänge die kritische Länge übersteigt oder sich Materialien im Lichtbogen befinden, die den Lichtbogen unterbinden. Es ist bekannt, dass sich bei normalen PVA Lichtbögen von mehreren Zentimetern dauerhaft etablieren können. Kommt ein Mensch mit diesem Lichtbogen in Berührung, treten massive Verbrennungen auf. In direkter Nähe können, je nach Einwirkdauer, die Augen „verblitzt“ werden und ein Sonnenbrand auf der ungeschützten Haut entstehen. Natürlich wird auch brennbares Material entzündet.

Für die Feuerwehr ist es nun entscheidend, dass neben der nicht abschaltbaren Gleichspannung auch ein nicht mit herkömmlichen Feuerwehr-Mitteln zu trennender Stromfluss vorhanden ist. Mit den restlichen Gefährdungen einer PVA kommt die Feuerwehr recht einfach klar, sie sollten „Tagesgeschäft“ sein: Atemgifte beim Brand, Trümmerschatten, erhöhte Dachlast, zweite Dachhaut. Es versteht sich von selbst, die Gas- und Stromzufuhr aus den öffentlichen Versorgungsnetzen beim Vorhandensein einer PVA trotzdem zu unterbrechen, wie bei jedem anderen Brandeinsatz auch.

Zusammenfassend ergibt sich eine spezielle Grundregel für PVA: Alle Leitungen von Solarmodulen sind mit höchster Vorsicht zu behandeln, Abstand halten, nicht berühren, nicht trennen! Damit ist auch schon das größte Problem einer PVA angerissen: Es gibt keine einheitlichen Vorgaben zum Verlegen bzw. für die Kennzeichnungen der Kabel der Solarmodule. Die Kabel sehen aus wie alle anderen Kabel im Haus auch. Hier muss die Feuerwehr sich im Klaren sein: Elektrische Leitungen können im Gebäude auch nach dem Ziehen der Hausanschlusssicherungen immer noch unter Spannung stehen, wenn eine PVA vorhanden ist. Dieses sind die Kernaussagen unseres INFOBlattes – löschen erlaubt und Abstand halten!