Ein Reddit-Nutzer stellte eine scheinbar harmlose Frage: “Sollte ich einen RCD (Fehlerstromschutzschalter) auf der DC-Eingangsseite meiner Solar-Combiner-Box für zusätzliche Sicherheit installieren?” Innerhalb weniger Minuten überschwemmten zugelassene Elektriker und Solaringenieure den Thread mit dringenden Warnungen: Tu es nicht. Das ist gefährlich.
Die Antwort enthüllt ein kritisches Missverständnis, das DIY-Solaranlagen – und sogar einige professionelle – ernsthaft gefährdet. Wenn Sie an das AC-Elektrodenken gewöhnt sind, wo “mehr Schutz gleich besser” bedeutet, erfordert die Welt der photovoltaischen DC-Schaltungen einen völlig anderen Ansatz. Die Installation eines Standard-RCD auf der DC-Seite einer Solaranlage ist nicht nur ineffektiv, sondern kann auch ein falsches Sicherheitsgefühl erzeugen und Ihre Anlage gleichzeitig anfällig für Brand- und Stromschlaggefahren machen.
Dieser Leitfaden erklärt, warum RCDs in DC-Anwendungen katastrophal versagen, welche Schutzvorrichtungen Sie tatsächlich für PV-Combiner-Boxen benötigen und wo der Ableitstromschutz in modernen Solaranlagen wirklich stattfindet.
Warum RCDs nicht in DC-Schaltungen funktionieren können
Die fundamentale Inkompatibilität
Fehlerstromschutzschalter funktionieren, indem sie Ungleichgewichte im AC-Stromfluss erkennen. In jedem RCD befindet sich ein Differentialtransformator (Ringkern), der die stromführenden und neutralen Leiter überwacht. In einem gesunden AC-Stromkreis entspricht der ausfließende Strom dem zurückfließenden Strom, wodurch entgegengesetzte Magnetfelder entstehen, die sich gegenseitig aufheben. Wenn ein Ableitstrom auftritt – beispielsweise durch eine Person, die einen stromführenden Draht berührt – erzeugt das Ungleichgewicht ein resultierendes Magnetfeld, das Strom in einer Messspule induziert und das Gerät auslöst.
Dieser gesamte Mechanismus hängt von Wechselstrom ab, der ständig wechselnde Magnetfelder erzeugt. Gleichstrom erzeugt einen stetigen, unveränderlichen magnetischen Fluss, der diese Erkennungsmethode grundlegend unterbricht.
Das Sättigungsproblem: RCDs werden blind
Wenn DC-Ableitstrom durch den Transformator eines RCD fließt, erzeugt er einen konstanten magnetischen Fluss, der den Magnetkern sättigt. Ein gesättigter Kern kann nicht mehr auf Änderungen des magnetischen Flusses reagieren. Hier ist der gefährliche Teil: Einmal durch einen DC-Fehler gesättigt, wird der RCD selbst für nachfolgende AC-Fehler “blind”. Wenn nach der DC-Sättigung ein gefährlicher AC-Ableitstrom auftritt, erkennt der RCD diesen nicht und löst nicht aus.
In Photovoltaikanlagen, in denen der Isolationsabbau um DC-Kabel aufgrund von Witterungseinflüssen, UV-Schäden und thermischer Beanspruchung häufig vorkommt, sind DC-Ableitstromfehler eine reale und anhaltende Bedrohung. Ein RCD vom Typ AC – der gebräuchlichste Typ für Wohngebäude – kann diese glatten DC-Fehlerströme nicht erkennen und kann stillschweigend ausfallen.
Tabelle 1: RCD-Typen und DC-Kompatibilität
| RCD-Typ | Erkennt AC-Fehler | Erkennt pulsierenden DC | Erkennt glatten DC | DC-Sättigungsrisiko | Geeignet für PV-DC-Seite? |
|---|---|---|---|---|---|
| Typ AC | ✓ | ✗ | ✗ | Hoch (sättigt bei jeder DC-Komponente) | NEIN – Gefährlich |
| Typ A | ✓ | ✓ | ✗ (wird blind bei >6mA) | Mittel (sättigt oberhalb von 6mA DC) | NEIN – Gefährlich |
| Typ F | ✓ | ✓ | ✗ (wird blind bei >10mA) | Mittel (sättigt oberhalb von 10mA DC) | NEIN – Gefährlich |
| Typ B | ✓ | ✓ | ✓ | Niedrig (elektronische Bauweise) | NEIN – Falsche Anwendung |
Kritische Anmerkung: Selbst RCDs vom Typ B, die glatten DC erkennen können, sind für AC-Stromkreise mit potenzieller DC-Verunreinigung ausgelegt. Sie ersetzen nicht den ordnungsgemäßen DC-Überstrom- und Lichtbogenschutz.
Warum DC-Lichtbögen gefährlicher sind
Über die Erkennung hinaus gibt es ein zweites kritisches Problem: die Lichtbogenlöschung. AC-Strom durchläuft 100 Mal pro Sekunde Null (in 50-Hz-Systemen), wodurch natürliche Momente entstehen, in denen Lichtbögen erlöschen können. An diesen Nulldurchgangspunkten sinkt die Lichtbogenenergie auf ein Minimum, wodurch die Lücke entisoliert und ein Wiederzünden verhindert wird.
DC hat keine Nulldurchgänge. Sobald sich ein DC-Lichtbogen etabliert hat, bleibt er unbegrenzt bestehen, solange Spannung und Strom ausreichend sind. Standardmäßige AC-Schalter und RCDs verfügen nicht über die magnetischen Blaswendeln, Lichtbogenlöschkammern und Dehnungsmechanismen, die erforderlich sind, um DC-Lichtbögen zwangsweise zu löschen. Die Verwendung eines AC-RCD in einem DC-Stromkreis bedeutet, dass selbst wenn er irgendwie einen Fehler erkennen würde, das Öffnen seiner Kontakte wahrscheinlich zu anhaltender Lichtbogenbildung, Kontaktschweißen oder Gerätezerstörung führen würde.
Die DC-Schutz-Dreifaltigkeit: Was tatsächlich in Ihre Combiner-Box gehört
Anstelle von RCDs benötigen PV-Combiner-Boxen drei spezialisierte DC-Schutzvorrichtungen. Jede erfüllt eine bestimmte Funktion, die RCDs nicht bieten können.
1. DC-Nennleistung MCB (Miniatur-Leitungsschutzschalter)
Funktion: Überstrom- und Kurzschlussschutz für den kombinierten Array-Ausgang.
Warum DC-spezifisch wichtig ist: DC-MCBs enthalten magnetische Blaswendeln, die ein Magnetfeld erzeugen, um den Lichtbogen zu dehnen und in Lichtbogenlöschkammern zu zwingen. Diese Kammern teilen den Hauptlichtbogen in mehrere kleinere Reihenlichtbögen auf, wodurch die Lichtbogenspannung und der Widerstand drastisch erhöht werden, bis der Stromkreis ihn nicht mehr aufrechterhalten kann. Diese “Hochwiderstandsunterbrechungsmethode” unterscheidet sich grundlegend von der “Nullstromunterbrechung”, die in AC-Leistungsschaltern verwendet wird.
DC-MCBs müssen für die maximale Leerlaufspannung (Voc) des Systems bei der niedrigsten erwarteten Temperatur ausgelegt sein – typischerweise 600 V oder 1000 V für Wohngebäude. Die Stromstärke sollte die Summe aller maximalen Strangströme (Isc × 1,25 für jeden Strang) mit einem zusätzlichen Sicherheitsfaktor von 125% für Dauerbetrieb bewältigen.
Typische Spezifikation für ein 6-Strang-System (14A Isc pro Strang):
- Maximaler Gesamtstrom: 6 × 14A × 1,25 = 105A
- MCB-Nennwert mit Faktor 125%: 105A × 1,25 = 131,25A
- Ausgewählter Nennwert: 150A DC MCB, 1000V Nennwert
2. DC-Sicherungen (gPV-Nennleistung)
Funktion: Strangseitiger Überstromschutz und Rückstromschutz.
Kritische Anwendung: Wenn ein Strang einen Fehler entwickelt, können gesunde Stränge Rückstrom in ihn einspeisen. Ohne Sicherungen überschreitet dies die maximale Reihenschutznennleistung des Moduls (20A-30A), was zu Kabelüberhitzung und Brand führt.
gPV-Sicherungen (IEC 60269-6) verfügen über hohe DC-Spannungsfestigkeit (600 V, 1000 V, 1500 V), DC-Schaltvermögen für parallele Strangfehler und thermische Eigenschaften für den kontinuierlichen Betrieb im Freien.
Dimensionierung gemäß NEC 690.9: Sicherungsnennwert ≥ Isc × 1,56
Für 14,45A Isc: 14,45A × 1,56 = 22,54A → auswählen 25A gPV-Sicherung
3. DC SPD (Überspannungsschutzgerät)
Funktion: Blitz- und transiente Überspannungsschutz.
Solaranlagen wirken als Blitzanzieher. DC-SPDs verwenden MOVs oder GDTs, um Überspannungen zu begrenzen und Stoßstrom zur Erde abzuleiten.
Wichtige Spezifikationen:
- Spannungsfestigkeit (Uc) muss die maximale Voc des Systems überschreiten
- Maximaler Ableitstrom (Imax): 20kA-40kA für SPDs Typ 2
- Spannungsschutzpegel (Up) unterhalb des maximalen Eingangs des Wechselrichters
SPDs sind Verschleißteile, die nach Überspannungsereignissen inspiziert werden müssen.
Tabelle 2: Komponentenauswahlmatrix – Wo jedes Gerät hinkommt
| Standort | Überstromschutz | Rückstromschutz | Überspannungsschutz | Ableitstrom-/Isolationsüberwachung |
|---|---|---|---|---|
| String-Ebene | Optional (wenn >3 parallele Strings) | gPV-Sicherung (obligatorisch) | Optional (String-SPD) | — |
| Combiner-Box-Ausgang | DC-MCB (obligatorisch) | — | DC-SPD (obligatorisch) | — |
| Wechselrichter-DC-Eingang | Im Wechselrichter integriert | Im Wechselrichter integriert | Kann Typ-2-SPD haben | RCMU/ISO-Überwachung |
| Wechselrichter-AC-Ausgang | AC-MCB/MCCB | — | AC SPD | RCD Typ A oder Typ B |
Wo Leckageschutz tatsächlich stattfindet: Die Aufgabe des Wechselrichters
Wenn Sie keinen RCD auf der DC-Seite installieren, woher kommt dann der Leckageschutz? Die Antwort: moderne netzgekoppelte Wechselrichter.
RCMU: Residual Current Monitoring Unit (Fehlerstrom-Überwachungseinheit)
Moderne Wechselrichter integrieren RCMU (Residual Current Monitoring Unit), die AC- und DC-Fehlerströme überwacht. Im Gegensatz zu RCDs, die mechanisch auslösen, signalisieren RCMUs dem Wechselrichter, sich abzuschalten, wenn Fehler erkannt werden.
RCMU-Betriebsschwellenwerte:
- Plötzliche Änderung ≥30mA löst eine Abschaltung innerhalb von 0,3 Sekunden aus
- Kontinuierlicher Leckstrom ≥300mA löst eine Abschaltung aus
- Selbsttestfehler verhindert den Start des Wechselrichters
ISO-Überwachung: Wechselrichter prüfen jeden Morgen vor der Netzanbindung den Isolationswiderstand. Wenn dieser unter 1 Megaohm liegt, weigert sich der Wechselrichter zu arbeiten. Fortschrittliche Modelle bieten eine Echtzeitüberwachung.
Diese integrierten Schutzvorrichtungen übernehmen genau die Funktion, die Installateure fälschlicherweise mit DC-seitigen RCDs zu erreichen versuchen – jedoch mit einer Technologie, die speziell für die DC-Fehlererkennung entwickelt wurde.
AC-seitiger RCD: Der einzige Ort, an dem RCDs hingehören
RCDs spielen in Solaranlagen eine Rolle: auf der AC-Ausgangsseite, nachdem der Wechselrichter DC in AC umgewandelt hat.
Standort: Zwischen dem AC-Ausgang des Wechselrichters und dem Hauptverteiler.
Die Typauswahl hängt vom Wechselrichterdesign ab:
Tabelle 3: AC-seitige RCD-Anforderungen nach Wechselrichtertyp
| Wechselrichtertyp | DC-AC-Isolation | Risiko von glatten DC-Fehlerströmen | Erforderlicher RCD-Typ | Begründung |
|---|---|---|---|---|
| Isoliert (mit Transformator) | Galvanische Trennung | Keiner | Typ A | Transformator blockiert DC-Fehlerströme, die die AC-Seite erreichen |
| Nicht isoliert (transformatorlos) | Keine Trennung | Hoch | Typ B | DC-Fehlerströme können auf die AC-Seite gelangen; Typ A würde sättigen |
Warum Typ B für transformatorlose Wechselrichter: Ohne galvanische Trennung können DC-seitige Isolationsfehler einen glatten DC-Strom in den AC-Kreis leiten. RCDs vom Typ A tolerieren nur 6mA DC, bevor sie sättigen. RCDs vom Typ B verwenden eine elektronische Erfassung, die auch bei Vorhandensein von glattem DC funktionsfähig bleibt.
Konsultieren Sie immer die Herstellerdokumentation. Einige Hersteller (SolarEdge) erlauben RCDs vom Typ A; andere (SMA) benötigen RCDs vom Typ B für transformatorlose Modelle. Im Zweifelsfall bietet Typ B maximalen Schutz.
Häufige Konfigurationsfehler und Korrekturen
Tabelle 4: Gefährliche Fehler und geeignete Lösungen
| Fehler | Warum es gefährlich ist | Korrekte Lösung |
|---|---|---|
| Installation eines RCD vom Typ AC am DC-Eingang | Kann DC-Fehler nicht erkennen; sättigt und wird blind für alle Fehler; Kontakte können DC-Lichtbogen nicht sicher unterbrechen | DC-MCB + gPV-Sicherungen verwenden; sich auf die Wechselrichter-RCMU zur Leckageerkennung verlassen |
| Verwendung von AC-Sicherungen in der Combiner-Box | Mangelnde DC-Schaltleistung; kann bei dem Versuch, einen DC-Fehlerstrom zu beseitigen, explodieren | Immer gPV-Sicherungen (IEC 60269-6) mit der richtigen DC-Spannungsfestigkeit angeben |
| Überdimensionierung von Sicherungen “für zukünftige Erweiterungen” | Eine 30A-Sicherung an einem 10A-String schützt nicht vor Rückwärtsüberstrom; macht den Zweck der Sicherung zunichte | Sicherungen gemäß NEC 690.9 (Isc × 1,56) dimensionieren; stattdessen Combiner-Box/Sammelschiene vergrößern |
| Auslassen von SPD, um Kosten zu sparen | Blitzinduzierte Transienten zerstören Wechselrichter; Versicherung deckt oft keine unsachgemäße Installation ab | DC-SPD am Combiner-Ausgang installieren; AC-SPD auch am Panel in Betracht ziehen |
| Verwendung eines RCD vom Typ A mit einem transformatorlosen Wechselrichter | Typ A sättigt bei >6mA glattem DC; schützt nicht gegen DC-verseuchte AC-Fehler | Wechselrichtertyp überprüfen; Typ B RCD für nicht-isolierte Designs gemäß IEC 60364-7-712 verwenden |
| DC MCB installieren, ohne DC-Nennwert zu überprüfen | AC MCBs versagen katastrophal beim Unterbrechen von DC; Kontakte können verschweißen oder explodieren | Deutliche “DC”-Kennzeichnung und Spannungsfestigkeit ≥ System Voc bei minimaler Temperatur überprüfen |
Checkliste für Geräte Spezifikationen
Bevor Sie Komponenten für Ihre PV-Combiner-Box kaufen, überprüfen Sie diese Spezifikationen:
DC MCB:
- DC-Spannungsfestigkeit ≥ System Voc bei niedrigster Umgebungstemperatur
- Stromstärke ≥ (gesamter Strang Isc × 1,25) × 1,25
- Deutliche “DC”-Kennzeichnung auf dem Gerät
- Schaltvermögen (Icu) ≥ maximaler prospektiver Fehlerstrom
gPV-Sicherungen:
- IEC 60269-6 gPV-Klassifizierungskennzeichnung
- Stromstärke = Isc × 1,56, gerundet auf die nächste Standardgröße
- Spannungsfestigkeit ≥ 1,2 × System Voc
- Nennwert überschreitet nicht den maximalen Reihen-Sicherungswert des Moduls
DC-Überspannungsschutz:
- Bemessungsbetriebsspannung (Uc) ≥ System Voc
- Typ 2 Klassifizierung Minimum (Typ 1, wenn kein vorgeschalteter SPD)
- Maximaler Ableitstrom (Imax) ≥ 20kA
- Spannungsschutzpegel (Up) unterhalb der maximalen Eingangsspannung des Wechselrichters
Wechselrichter:
- Integrierte RCMU oder gleichwertige DC-Fehlererkennung
- Isolationswiderstandsüberwachung (ISO)
- Dokumentation spezifiziert erforderlichen AC-seitigen RCD-Typ
Häufig Gestellte Fragen
F: Mein AC-Elektriker sagt, dass wir immer RCDs zur Sicherheit verwenden. Warum nicht auf der DC-Seite?
A: RCDs sind ausschließlich für Wechselstrom ausgelegt. Ihr Erkennungsmechanismus beruht auf sich ändernden Magnetfeldern, die nur AC erzeugt. DC erzeugt einen stetigen magnetischen Fluss, der den Kern des RCD sättigt, wodurch er keine Fehler erkennen kann – weder AC noch DC. Darüber hinaus können RCD-Kontakte DC-Lichtbögen nicht sicher unterbrechen, denen die natürlichen Nulldurchgänge fehlen, die AC bietet. Die Verwendung eines RCD auf DC ist keine “zusätzliche Sicherheit” – es ist eine nicht funktionierende Komponente, die falsches Vertrauen erzeugt.
F: Kann ich einen Typ B RCD auf der DC-Seite verwenden, da er glatten DC erkennt?
A: Typ B RCDs erkennen glatte DC-Fehlerströme, sind aber für AC-Stromkreise mit potenzieller DC-Kontamination (wie Wechselrichterausgänge) ausgelegt. Sie ersetzen nicht den Überstrom-, Rückstrom- und Lichtbogenschutz, den DC MCBs und gPV-Sicherungen bieten. Noch wichtiger ist, dass selbst Typ B RCDs möglicherweise nicht über das DC-Schaltvermögen und die Lichtbogenlöschmechanismen verfügen, die für Hochspannungs-PV-Arrays erforderlich sind. Der richtige Ansatz sind DC-spezifische Schutzvorrichtungen auf der DC-Seite, mit Typ B RCD am AC-Ausgang, falls dies durch das Wechselrichterdesign erforderlich ist.
F: Was ist, wenn meine Combiner-Box einen RCD-Montageplatz hat?
A: Einige importierte Combiner-Boxen enthalten universellen DIN-Schienen-Montageplatz, ohne für bestimmte Märkte oder Codes ausgelegt zu sein. Nur weil physischer Platz vorhanden ist, bedeutet das nicht, dass Sie einen RCD installieren sollten. Befolgen Sie die Anforderungen von NEC Artikel 690 (Nordamerika) oder IEC 62548 (international): DC MCB, gPV-Sicherungen und DC SPD. Lassen Sie den zusätzlichen Platz leer oder verwenden Sie ihn für zusätzliche Strangpositionen, wenn Ihre Sammelschiene dies unterstützt.
F: Woher weiß ich, ob mein Wechselrichter über RCMU- und ISO-Überwachung verfügt?
A: Überprüfen Sie das Datenblatt oder die Installationsanleitung des Wechselrichters. Moderne netzgekoppelte Wechselrichter von namhaften Herstellern (SMA, Fronius, SolarEdge, Solis, Huawei usw.) enthalten diese Funktionen standardmäßig, oft unter “Sicherheit” oder “Schutzfunktionen” aufgeführt. Suchen Sie nach Begriffen wie “Residual Current Monitoring Unit (RCMU)”, “Isolationswiderstandsüberwachung”, “Erdschlusserkennung” oder “ISO-Überwachung”. Wenn Sie diese Informationen nicht finden können, wenden Sie sich an den Hersteller – jeder Wechselrichter, der nach 2015 für den Netzanschluss verkauft wurde, sollte über eine integrierte DC-Fehlererkennung verfügen.
F: Mein lokaler Inspektor verlangt einen RCD. Was soll ich ihm sagen?
A: Fragen Sie konkret, wo der RCD installiert werden soll. Wenn sie die AC-Ausgangsseite zwischen Wechselrichter und Hauptverteiler meinen, ist das richtig – installieren Sie Typ A oder Typ B gemäß den Spezifikationen des Wechselrichterherstellers. Wenn sie auf einem DC-seitigen RCD bestehen, verweisen Sie höflich auf:
- NEC 690.41 (erfordert einen System-Erdschlussschutz, den der Wechselrichter RCMU bietet)
- NEC 690.9 (erfordert DC-Überstromschutz über DC-Nennwertgeräte)
- IEC 62548 Abschnitt 8.2 (Anforderungen an den DC-Schaltungsschutz – enthält keine RCDs)
- IEC 60364-7-712 Abschnitt 712.413.1.1.1.2 (spezifiziert Typ B RCD für die AC-Seite von nicht isolierten Systemen)
Stellen Sie die technische Dokumentation des Wechselrichters zur Verfügung, die die integrierte RCMU/ISO-Fehlererkennung zeigt. Die meisten Inspektionsprobleme entstehen durch Verwirrung zwischen AC-seitigen und DC-seitigen Anforderungen.
F: Kann ich eine Solar-Combiner-Box selbst bauen oder sollte ich sie vormontiert kaufen?
A: Wenn Sie sich über die Komponentenauswahl oder die Größenberechnungen unsicher sind, kaufen Sie eine vorgefertigte Combiner-Box von VIOX Electric. Diese werden mit korrekt bewerteten DC MCBs, gPV-Sicherungshaltern, SPDs und Sammelschienen geliefert. DIY ist nur dann möglich, wenn Sie die Anforderungen von NEC 690/IEC 62548 gründlich verstehen und wirklich DC-Nennwertkomponenten beziehen können.
Schützen Sie Ihre Investition mit dem richtigen DC-Schutz
Die Quintessenz ist klar: Geben Sie das AC-elektrische Denken auf, wenn Sie in die DC-Welt der Photovoltaiksysteme eintreten. RCDs – ob Typ AC, A, F oder sogar B – haben keinen Platz auf der DC-Eingangsseite von Solar-Combiner-Boxen. Sie können die wichtigen Fehler nicht erkennen, werden sich gegenüber nachfolgenden Fehlern blind machen und können DC-Lichtbögen nicht sicher unterbrechen.
Die richtige Schutzstrategie folgt der DC-Dreifaltigkeit:
- DC-Nennwert MCB für Überstrom- und Kurzschlussschutz
- gPV-Nennwert Sicherungen für Strang-Rückstromschutz
- DC SPD für Blitz- und Überspannungsschutz
Leckage- und Isolationsfehlerüberwachung erfolgt im Inneren des Wechselrichters über RCMU- und ISO-Systeme, die speziell für die DC-Fehlererkennung entwickelt wurden. Installieren Sie auf der AC-Ausgangsseite – und nur dort – den entsprechenden Typ A oder Typ B RCD gemäß den Spezifikationen des Wechselrichterherstellers.
VIOX Electric fertigt komplette Linien von PV-Combiner-Boxen, DC-Nennwert MCBs, gPV-Sicherungen und DC-SPDs, die sowohl die NEC- als auch die IEC-Standards erfüllen. Unsere vorkonfigurierten Combiner-Boxen eliminieren das Rätselraten bei der Komponentenauswahl und -dimensionierung. Für technischen Support, Größenberechnungen oder Produktdatenblätter besuchen Sie VIOX.com oder kontaktieren Sie unsere Solar-Schutzspezialisten. Lassen Sie nicht zu, dass AC-Annahmen Ihre DC-Sicherheit beeinträchtigen.
