Auswahl eines DC-Überspannungsschutzgeräts (SPD) für Solaranlagen in Spanien

Photovoltaikanlagen sind transienten Überspannungen ausgesetzt, die durch Blitzeinschläge in der Nähe, Schaltvorgänge und Störungen in angeschlossenen Stromkreisen verursacht werden. Diese Ereignisse können Wechselrichter, Überwachungsgeräte, Anschlusskästen und andere empfindliche Komponenten beschädigen.

Die Auswahl des richtigen DC-Überspannungsschutzgeräts (SPD) für Solaranlagen in Spanien erfordert mehr als nur die Anpassung eines Geräts an die Nennspannung des Systems. Planer und Installateure müssen zudem die maximale Leerlaufspannung der PV-Anlage, die SPD-Klassifizierung, das Ableitvermögen, den Schutzpegel, die Erdungskonfiguration des Systems, die Leitungslänge, den Installationsort sowie die geltenden Normen berücksichtigen.

Die Auswahl eines DC-SPD umfasst jedoch mehr als nur die Anpassung eines Geräts an eine Nennspannung. Planer und Installateure müssen zudem die maximale Leerlaufspannung der PV-Anlage, die SPD-Klassifizierung, das Ableitvermögen, den Schutzpegel, die Erdungskonfiguration des Systems, die Leitungslänge, den Installationsort sowie die geltenden Normen berücksichtigen.

Dieser Leitfaden erläutert die Auswahl eines DC-SPD für Solaranlagen in Spanien und nennt die technischen Informationen, die vor einer Angebotsanfrage bestätigt werden sollten.

Warum Photovoltaikanlagen einen DC-Überspannungsschutz benötigen

PV-Module und deren Anschlussleitungen werden üblicherweise über große, exponierte Flächen installiert. Lange DC-Leitungswege können als Pfade dienen, über die blitzinduzierte und schaltbedingte transiente Überspannungen den Wechselrichter erreichen.

Eine Überspannung muss nicht zwangsläufig von einem direkten Blitzeinschlag in die PV-Anlage herrühren. Blitzeinschläge in der Nähe können transiente Spannungen in DC-Leitungen induzieren, während Schaltvorgänge innerhalb der Installation ebenfalls elektrische Störungen verursachen können.

Ein DC-Überspannungsschutzgerät (SPD) ist dafür ausgelegt:

• Transiente Spannungen auf ein akzeptables Niveau zu begrenzen
• Stoßströme in das Schutzerdungssystem abzuleiten
• Die elektrische Belastung der Wechselrichterisolierung zu reduzieren
• Generatoranschlusskästen und Überwachungskomponenten zu schützen
• Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit durch überspannungsbedingte Schäden

Ein Überspannungsschutzgerät (SPD) ersetzt weder eine Sicherung, einen Leitungsschutzschalter, einen Trennschalter, ein Erdungssystem noch ein äußeres Blitzschutzsystem. Jedes Gerät erfüllt eine unterschiedliche Schutzfunktion und muss als Teil des gesamten PV-Anlagendesigns koordiniert werden.

Für Spanien relevante Vorschriften und Normen

Niederspannungsinstallationen in Spanien unterliegen dem Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión, allgemein bekannt als REBT. Das anzuwendende Design muss zudem die aktuellen technischen Anweisungen, Projektspezifikationen, lokalen Anforderungen sowie die in der Verordnung referenzierten Normen berücksichtigen.

Die offizielle Liste der mit dem REBT verbundenen Normen in Spanien umfasst:

• UNE-EN 61643-31 – Anforderungen und Prüfverfahren für Überspannungsschutzgeräte in Photovoltaikanlagen
• UNE-EN 61643-11 – Anforderungen und Prüfverfahren für Überspannungsschutzgeräte in Niederspannungsanlagen
• UNE-HD 60364-4-443 – Schutz bei transienten Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder Schaltvorgängen

Für internationale PV-Anwendungen sind zudem folgende IEC-Dokumente von Bedeutung:

• IEC 61643-31 – Anforderungen und Prüfverfahren für Überspannungsschutzgeräte auf der Gleichstromseite von Photovoltaik-Anlagen
• IEC 61643-32 – Auswahl- und Anwendungsprinzipien für PV-Gleichstrom-Überspannungsschutzgeräte
• IEC 60364-7-712 – Anforderungen an die elektrische Installation von Photovoltaik-Stromversorgungssystemen

IEC 61643-31 gilt für Überspannungsschutzgeräte, die an die Gleichstromseite von Photovoltaik-Anlagen mit Nennspannungen bis 1.500 V DC angeschlossen sind.

Die Projektanforderungen können je nach Installationsart, Risikobewertung, Standort, Wechselrichterdesign, externem Blitzschutzsystem sowie den Anforderungen der spanischen Behörden oder des autorisierten Installateurs variieren. Die Produktauswahl sollte daher vom Projektplaner oder einer qualifizierten Elektrofachkraft bestätigt werden.

Schritt 1: Berechnung der maximalen PV-Spannung

Der erste Auswahlparameter ist die maximale Dauerspannung des SPD für das PV-System, die normalerweise wie folgt gekennzeichnet ist: Ucpv.

Wählen Sie ein SPD nicht allein auf Basis der Nennbetriebsspannung des Wechselrichters aus.

Die maximale Spannung eines PV-Strangs hängt ab von:

• Anzahl der in Reihe geschalteten Module
• Leerlaufspannung des Moduls, oder Voc
• Niedrigste zu erwartende Standorttemperatur
• Temperaturkoeffizient des Moduls
• Vom Projekt geforderte Sicherheitsbeiwerte

Die Spannung von PV-Modulen steigt bei sinkender Temperatur. Daher kann die maximale Leerlaufspannung des gesamten Strangs unter Kältebedingungen höher sein als unter Standardtestbedingungen.

Die Ucpv des SPD muss für die maximale Spannung geeignet sein, die dauerhaft am PV-Generator anliegen kann.

Typische Spannungsklassen

Dies sind Anwendungsbeispiele, keine automatischen Auswahlregeln. Die endgültige SPD-Spannung muss auf der berechneten maximalen PV-Spannung und dem Anschlussplan des Herstellers basieren.

Die Auswahl eines SPD mit unzureichender Ucpv kann zu vorzeitigem Ansprechen, Überhitzung oder Trennung führen. Die Wahl einer unnötig hohen Spannungsbemessung kann zu einem höheren Spannungsschutzpegel und einem weniger wirksamen Schutz für empfindliche Geräte führen.

Schritt 2: Wählen Sie Typ 1, Typ 2 oder Typ 1+2

PV-Überspannungsschutzgeräte werden normalerweise nach dem Stoßstrom klassifiziert, für den sie ausgelegt sind.

Typ 2 DC SPD

Ein Typ 2 Überspannungsschutzgerät wird üblicherweise zum Schutz vor induzierten Blitzstoßströmen und Schaltüberspannungen verwendet.

Typische Anwendungen sind:

• PV-Dachanlagen für Wohngebäude
• PV-Dachanlagen für Gewerbegebäude
• DC-Generatoranschlusskästen
• String-Verteilerkästen
• DC-Eingänge von Wechselrichtern
• Systeme, bei denen am Einbauort des SPD kein direkter Blitzstrom zu erwarten ist

Typ-2-Geräte werden normalerweise unter Angabe des Nennableitstoßstroms spezifiziert Unter und des maximalen Ableitstoßstroms Imax, basierend auf einer 8/20 μs Stromstoßform.

Typ 1 DC SPD

Ein Typ-1-SPD ist für die Ableitung von Teilblitzströmen ausgelegt. Er kann erforderlich sein, wenn das Blitzschutzkonzept vorsieht, dass Blitzströme in die elektrische Anlage gelangen können.

Die Auswahl eines Typ-1-Geräts ist typischerweise verbunden mit:

• Gebäuden, die mit einem externen Blitzschutzsystem ausgestattet sind
• Installationen, bei denen der erforderliche Trennungsabstand nicht eingehalten werden kann
• Freistehende PV-Anlagen im Versorgungsmaßstab
• Standorte, die durch die Blitzschutz-Risikobewertung identifiziert wurden
• Punkte, an denen teilweise direkte Blitzströme in DC-Stromkreise eintreten können

Die Leistungsfähigkeit von Typ 1 wird normalerweise durch den Blitzstoßstrom ausgedrückt Iimp, basierend auf einer 10/350 μs Wellenform.

Typ 1+2 DC SPD

Ein Typ 1+2 Überspannungsschutzgerät kombiniert Blitzstrom- und induktiven Überspannungsschutz in einem Gerät.

Es kann in Betracht gezogen werden für:

• Exponierte PV-Standorte
• Wechselrichtereingänge, die einen kombinierten Schutz erfordern
• Installationen mit äußerem Blitzschutz
• Projekte, die sowohl Typ-1- als auch Typ-2-Leistung am selben Standort erfordern

Der SPD-Typ muss gemäß dem Blitzschutzkonzept des Projekts ausgewählt werden. Er sollte nicht nur deshalb gewählt werden, weil eine höhere Typennummer leistungsfähiger erscheint.

Schritt 3: Vergleich von In, Imax, Iimp und Up

Unterschiedliche SPD-Nennwerte beschreiben verschiedene Leistungsaspekte.

Nennableitstoßstrom: In

Unter gibt den Strom an, den ein Typ-2-Überspannungsschutzgerät (SPD) unter den festgelegten Testbedingungen wiederholt ableiten kann, normalerweise unter Verwendung einer 8/20 μs-Wellenform.

Er ist einer der wichtigsten Bemessungswerte beim Vergleich von Typ-2-Überspannungsschutzgeräten.

Maximaler Ableitstoßstrom: Imax

Imax ist der maximale 8/20 μs-Ableitstrom, den das SPD unter seinen festgelegten Testbedingungen bewältigen kann.

Ein hoher Imax-Wert allein beweist nicht, dass ein SPD für eine bestimmte Installation geeignet ist. Er muss zusammen mit In, Up, Ucpv, dem Kurzschlussverhalten, der Anschlussart und der geltenden Prüfnorm betrachtet werden.

Blitzstoßstrom: Iimp

Iimp wird für Geräte des Typs 1 und Typs 1+2 verwendet und stellt die Blitzstromtragfähigkeit unter Verwendung einer 10/350 μs-Wellenform dar.

Wenn ein Schutz vom Typ 1 erforderlich ist, vergleichen Sie den Iimp-Wert pro Pol oder Schutzmodus gemäß der Projektspezifikation.

Spannungsschutzpegel: Up

Nach oben gibt die Restspannung an, die während der spezifizierten Entladungsprüfung am SPD auftritt.

The Up value should be lower than the impulse withstand level of the equipment being protected. Connection cables also add voltage during a surge, so the effective protection level at the inverter can be higher than the SPD’s catalogue value.

This is why short, direct SPD connections are essential.

Step 4: Confirm the PV System Configuration

A PV DC circuit may be floating, functionally earthed, or configured according to a specific inverter topology. The SPD must use a connection arrangement suitable for that system.

Before selecting the number of poles or protection modes, confirm:

• Positive conductor configuration
• Negative conductor configuration
• PE connection
• Whether either DC pole is earthed
• Inverter insulation and monitoring method
• Required SPD wiring topology
• Number of MPPT inputs
• Number of strings and combiner boxes

Do not assume that an AC SPD with a similar voltage can be used on the PV DC side. PV systems have specific continuous-voltage and fault-current characteristics. The device should be designed and tested for photovoltaic DC applications according to IEC/UNE-EN 61643-31.

Step 5: Check Short-Circuit and Backup Protection Requirements

A PV SPD must be able to disconnect safely if it reaches the end of its service life.

Important parameters include:

• PV short-circuit withstand capability
• Internal thermal disconnector
• Required upstream backup fuse
• Maximum permissible backup protection
• Available prospective fault current
• Coordination with gPV fuses or DC circuit breakers

The external backup fuse should not be selected only according to the SPD’s physical size. Follow the SPD manufacturer’s data sheet and verify compatibility with the PV string current and the system’s fault characteristics.

The SPD protects against transient overvoltage. The gPV fuse or DC breaker protects against overcurrent and short-circuit conditions. One device cannot replace the other.

Step 6: Select the Correct Installation Location

Typical DC SPD locations include:

• PV array or string box
• DC-Kombinatorkasten
• Main DC distribution cabinet
• Wechselrichter DC-Eingang
• Both ends of a long DC cable route

The most suitable arrangement depends on cable length, exposure, lightning protection design, equipment withstand level, and project risk assessment.

For a compact rooftop installation with short DC cable routes, a Type 2 SPD near the inverter may provide the required protection when permitted by the design.

For longer routes between the PV array and inverter, coordinated SPDs may be required at both ends. This reduces the voltage stress that can develop along the cable and improves protection for equipment at each location.

Some industry design guidance uses approximately 10 metres as a point at which additional coordination should be considered. This should not be treated as a universal rule for every Spanish installation. The final placement must follow the applicable design standard, risk assessment, cable routing, and equipment manufacturer’s instructions.

Step 7: Keep SPD Connections Short

Even a correctly rated SPD can provide poor protection if it is installed with long or badly routed cables.

During a surge, cable inductance creates additional voltage. Longer conductors can therefore increase the total voltage reaching the inverter.

Good installation practice includes:

• Keeping conductors as short and direct as possible
• Avoiding unnecessary cable loops
• Routing positive, negative, and PE connections appropriately
• Using the conductor size specified by the manufacturer
• Providing a reliable PE connection
• Avoiding sharp bends where practical
• Separating protected and unprotected conductors
• Following the SPD wiring diagram exactly

The objective is to reduce the total connection length and minimise the effective protection level at the protected equipment.

Step 8: Consider the Enclosure and Environment

DIN-rail SPD modules do not automatically provide outdoor protection. Their environmental protection depends on the enclosure in which they are installed.

For rooftop and outdoor PV systems in Spain, check:

• Enclosure IP rating
• Ambient temperature range
• UV exposure
• Condensation risk
• Belüftung
• Höhenlage
• Pollution level
• Terminal torque requirements
• Accessibility for inspection and replacement

The SPD’s declared ratings apply under the operating conditions stated in its data sheet. High internal cabinet temperatures should be considered, especially in outdoor enclosures exposed to direct sunlight.

Step 9: Plan Inspection and Replacement

SPDs are not permanent, maintenance-free components. Their protective elements can deteriorate after repeated surge events.

Useful maintenance features include:

• Visual status indicator
• Replaceable plug-in cartridge
• Remote signalling contact
• Clear model and voltage identification
• Accessible DIN-rail mounting

The module should be inspected according to the maintenance plan and after significant lightning activity or a known surge event.

Replace the module when:

• The status indicator shows end of life
• The thermal disconnector has operated
• There are signs of overheating or damage
• The device fails inspection or testing
• Replacement is required by the manufacturer’s instructions

Always isolate the relevant DC circuit and follow safe working procedures before inspection or replacement.

Practical Selection Table

This table is a preliminary guide only. It does not replace the project risk assessment or the work of an authorised electrical designer.

Information to Send When Requesting a DC SPD Quotation

Providing complete technical information helps the supplier select the correct product and prevents delays.

Send the following details:

1. Country and project location
2. Residential, commercial, industrial, or utility-scale application
3. Maximum calculated PV string voltage
4. Nominal DC system voltage
5. Required Type 1, Type 2, or Type 1+2
6. Required In, Imax, or Iimp
7. Required voltage protection level
8. Number of poles and connection diagram
9. Erdungskonzept
10. Inverter model and number of MPPT inputs
11. Installationsort
12. Required quantity
13. Required certification and documentation
14. OEM label or packaging requirements
15. Delivery location and project schedule

If the SPD type is not yet confirmed, provide the PV module data, number of modules per string, minimum design temperature, inverter model, system drawing, and lightning protection information.

Common DC SPD Selection Mistakes

Avoid these common errors:

• Selecting the SPD only by nominal voltage
• Ignoring cold-condition PV string Voc
• Using an AC SPD on the DC side
• Choosing Type 2 where Type 1 capability is required
• Comparing products only by Imax
• Ignoring Up and equipment withstand voltage
• Installing the SPD with long connecting wires
• Using the wrong protection topology
• Ignoring backup-fuse requirements
• Installing indoor modules in an unsuitable outdoor enclosure
• Failing to inspect the status indicator
• Assuming one SPD automatically protects every part of a large PV installation

Auswahl eines DC-Überspannungsschutzgeräts (SPD) für Solaranlagen in Spanien

Selecting a suitable DC-Überspannungsschutzgeräts (SPD) für Solaranlagen in Spanien requires coordination between the PV system voltage, lightning risk, SPD classification, installation location, earthing arrangement, and applicable Spanish requirements.

The most important steps are:

1. Calculate the maximum cold-condition PV voltage.
2. Select the correct Ucpv rating.
3. Determine whether Type 1, Type 2, or Type 1+2 is required.
4. Compare In, Imax, Iimp, and Up.
5. Confirm the system topology and number of protection modes.
6. Check short-circuit and backup-protection requirements.
7. Choose suitable installation locations.
8. Keep connecting conductors short.
9. Verify enclosure and environmental conditions.
10. Plan inspection and cartridge replacement.

KUANGYA supplies DC SPDs for solar PV applications in 600 V, 1,000 V, and 1,500 V configurations, including Type 2 and Type 1+2 options.

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Häufig gestellte Fragen

Is a Type 2 SPD suitable for every rooftop PV system?

Not automatically. Type 2 is widely used for induced lightning and switching surges, but the final selection depends on the lightning protection system, risk assessment, equipment location, and project requirements.

Can I use a 1,000 V SPD in a 1,000 V PV system?

Only if the SPD’s Ucpv is suitable for the maximum calculated PV voltage under the lowest expected temperature. Do not rely only on the nominal system description.

What is the difference between In and Imax?

In is the nominal discharge current used to evaluate repeated Type 2 surge performance. Imax is the maximum 8/20 μs discharge current the SPD can withstand under specified test conditions.

When is a Type 1+2 SPD used?

It is used where the design requires both partial lightning-current discharge and Type 2 surge-limiting performance at the same installation point.

Where should the DC SPD be installed?

Common locations include the combiner box and inverter DC input. Long cable routes or exposed systems may require coordinated SPDs at more than one location.

Which standard applies to photovoltaic DC SPDs in Spain?

UNE-EN 61643-31 is the principal Spanish standard covering requirements and test methods for SPDs used in photovoltaic installations. The complete installation must also follow the REBT and other applicable technical requirements.

Technical References

• Spain’s Low-Voltage Electrotechnical Regulation – REBT
• 2025 Spanish list of standards referenced by the REBT
• IEC 61643-31: Requirements for PV surge protective devices
• IEC 61643-32: Selection and application of PV DC SPDs
• IEC 60364-7-712: Requirements for PV installations

This article provides general technical guidance. Final SPD selection and installation should be verified by the responsible project designer or an authorised electrical professional in accordance with current Spanish requirements.