Überspannungsschutz auf der DC-Seite: warum die Stringführung über Sein oder Nichtsein des Wechselrichters entscheidet

Die unscheinbare Schleife auf dem Dach

Eine Photovoltaik-Anlage auf einem Einfamilienhaus sieht harmlos aus: zehn bis zwanzig Module in Reihe, eine Plus- und eine Minusleitung zum Wechselrichter im Keller. Was die wenigsten Installateure auf der Baustelle bewusst machen: zwischen Plus- und Minusleitung eines Strangs spannt sich eine Schleifenfläche auf, und genau diese Fläche entscheidet, ob ein Blitzeinschlag in 200 Meter Entfernung den 3000-Franken-Wechselrichter mitnimmt oder nicht.

Bei einem nahen Blitzeinschlag steigt das Magnetfeld in der Umgebung in wenigen Mikrosekunden auf hohe Werte und fällt ebenso schnell wieder ab. Der Anstieg di/dt eines Blitzstroms liegt typisch bei 20 bis 200 kA/µs. Eine Schleife in der Nähe wirkt als Induktionsspule:

$U_{ind} = -\frac{d\Phi}{dt} = -A \cdot \frac{dB}{dt}$

A ist die Schleifenfläche, also die von Plus- und Minusleitung aufgespannte Fläche. Die zentrale Aussage der Gleichung ist: die induzierte Spannung ist direkt proportional zur Schleifenfläche. Doppelte Fläche, doppelte Spannung. Halbe Fläche, halbe Spannung. Die einzige Stellschraube, die der Installateur ohne zusätzliche Bauteile direkt in der Hand hat, ist genau diese Fläche.

Eine Schleifenfläche von 10 m² bei einem Blitzeinschlag in 100 m Entfernung kann mehrere Kilovolt induzieren, selbst wenn der Blitz das Gebäude überhaupt nicht trifft.

Die einfachste und wirkungsvollste Massnahme: + und – zusammen führen

Die Massnahme, die in der Praxis am häufigsten vergessen wird, kostet keinen Rappen: Plus- und Minusleitung jedes Strangs werden parallel zueinander geführt, vom letzten Modul des Strangs zurück bis in den DC-Anschlusskasten oder direkt zum Wechselrichter.

Konkret heisst das:

• Die Stringverdrahtung nicht als Schleife einmal um den Modulteppich legen.
• Plus- und Minuskabel direkt nebeneinander verlegen, idealerweise gebündelt oder in einer Kabelrinne.
• Auch innerhalb des Modulfelds: wo möglich die Verbindungsleitungen so führen, dass die aufgespannte Fläche minimal ist.
• Vor der Dachdurchführung beide Leiter zusammen, nicht einer durch eine Ecke und der andere durch die andere.

Eine sorgfältig geführte Strangverdrahtung hat eine Schleifenfläche im Bereich 0,1 bis 1 m². Eine schlampig geführte kann 20 bis 50 m² erreichen, und damit das Fünfzig- bis Hundertfache an induzierter Spannung. Das ist der Unterschied zwischen “Überspannungsschutz reagiert sauber” und “Überspannungsschutz wird überfahren und der Wechselrichter ist tot”.

Datenleitungen vom DC-String trennen

Genauso oft übersehen wird der zweite Verdrahtungsfehler: Kommunikationsleitungen werden parallel mit den DC-Strängen geführt. RS-485, Modbus, Ethernet zum Energiemanager, das Kabel zum Smartmeter oder zum Speicher — alles, was eine geschirmte oder ungeschirmte Datenader entlang der gleichen Trasse läuft, wirkt im Blitzfall als zweite Empfangsschleife. Die induzierte Spannung läuft direkt in die Kommunikationsports und nimmt im schlechten Fall die Steuerelektronik des Wechselrichters mit, oder breitet sich über das Hausnetzwerk weiter aus.

Die Faustregel: zwischen DC-String und Datenleitungen mindestens 200 mm Abstand, oder geschirmtes Kabel mit beidseitig aufgelegtem Schirm. Bei Kreuzungen rechtwinklig kreuzen, nicht parallel laufen. Glasfaser ist dort wo Strecken über 20 m liegen die robustere Wahl, weil sie das Problem grundsätzlich nicht hat.

Die Norm dazu ist IEC 62305-4 (Schutz elektronischer Systeme im Blitzschutzkonzept) zusammen mit EN 50174-2 (Trennungsabstände zwischen Stromversorgungs- und Informationstechnischen Kabeln). Für signaltechnische SPDs greift IEC 61643-21. Auf der Praxisebene ist die saubere Trennung der Leitungswege aber meistens wichtiger als jeder zusätzliche Ableiter.

Stringgrössen für Einfamilienhäuser und ihre Bedeutung für den Schutz

Typische Auslegungen für ein EFH heute:

Anlagengrösse	Strangaufbau (typisch)	Strang-Leerlaufspannung	Strangstrom (Isc)
5 kWp	1× 12 Module à 420 W	~540 V	~14 A
8 kWp	1–2 Stränge à 9–10 Module	~450 V	~14 A
10 kWp	2 Stränge à 12 Module	~540 V	2× 14 A
15 kWp (mit Speicher)	2–3 Stränge à 10–12 Module	~450–540 V	2–3× 14 A

Wechselrichter im EFH-Bereich haben üblicherweise eine maximale DC-Eingangsspannung von 1000 V (selten 1100 V), Stringströme bis 15 A pro MPPT. Die Stringgrösse ist also nach oben durch die zulässige Spannung bei –10 °C begrenzt.

Für den Überspannungsschutz heisst das: der DC-seitige Ableiter muss auf die maximale Systemspannung des Strangs ausgelegt sein. Ein Typ-2-Ableiter für 1000 V DC ist heute Standard im EFH. Bei mehreren Strängen pro Wechselrichter braucht jeder MPPT-Eingang seinen eigenen Schutz, weil die Stränge unabhängige Schleifen darstellen.

Folgen eines nahen Einschlags ohne saubere Verdrahtung

Was passiert konkret, wenn die Schleife gross ist und der Schutz nicht greift:

1. Wechselrichter-Eingangskondensatoren versagen zuerst, oft mit hörbarem Knall und sichtbarem Brandfleck auf der Platine.
2. MPPT-Schalttransistoren (SiC- oder Si-MOSFETs) sterben durch Avalanche-Durchbruch.
3. Kommunikationselektronik (RS-485, Ethernet zur Steuerung) wird oft mitgerissen, weil die Überspannung über die Schirme weiterläuft.
4. Strangsicherungen lösen aus, sofern vorhanden, schützen aber den Wechselrichter nicht. Sie sichern nur das Modulfeld gegen Kurzschluss.
5. Module selbst sind robuster. Bei wiederholten Einschlägen können aber Bypass-Dioden in den Junction-Boxen durchlegieren.

Versicherungsseitig wird ein Schaden ohne dokumentierten Überspannungsschutz oft als Mitverschulden gewertet. Gebäudeversicherungen verlangen heute typischerweise einen Nachweis über fachgerechte Installation gemäss den anerkannten Regeln der Technik.

Kosten für den DC-seitigen Schutz im EFH-Bereich

Richtwerte für die Schweiz (Stand 2026, ohne Installation, Listenpreise zzgl. üblicher Installateursrabatte):

Komponente	Kostenbereich
DC-seitiger Typ-2-Ableiter (1000 V DC, einsteckbar): Dehn®, Phoenix®, OBO®, Citel®	CHF 150 – 350 pro Strang
Kombi-Ableiter Typ 1+2 (bei vorhandenem äusserem Blitzschutz)	CHF 400 – 800 pro Strang
AC-seitiger Ableiter Typ 2 für die Einspeiseseite	CHF 100 – 250
Generatoranschlusskasten mit integriertem T2 und Sicherungen	CHF 300 – 600
Wechselrichter EFH (5–10 kW, Hybrid mit Speicheranbindung)	CHF 1500 – 3500
Installation Überspannungsschutz (Elektriker)	CHF 200 – 500

Die Relation ist entscheidend: ein vollständiger DC-seitiger Schutz für ein typisches EFH kostet 5 bis 15 % des Wechselrichterpreises. Wer ihn weglässt, riskiert den gesamten Wechselrichter plus mehrere Tage Stromausfall plus Versicherungsärger plus oft Folgeschäden an Hausnetz und Verbrauchern.

Diese Rechnung geht in praktisch jedem Fall zugunsten des Schutzes aus.

Wann reicht Typ 2, wann braucht es Typ 1?

Die Unterscheidung folgt der Frage: ist ein äusserer Blitzschutz (Fangstangen, Ableitungen, Erdung nach IEC 62305) am Gebäude vorhanden, und besteht ein direktes Einschlagrisiko in die Anlage?

• Kein äusserer Blitzschutz, freistehendes EFH ohne erhöhte Exposition: Typ 2 auf der DC-Seite reicht. Schützt gegen Naheinschläge und induzierte Überspannungen.
• Äusserer Blitzschutz vorhanden, Modulfeld liegt im Schutzbereich aber Trennungsabstand wird unterschritten: Typ 1 oder Kombi 1+2 wird zur Pflicht. Der Ableiter muss einen direkten Teilblitzstrom (Wellenform 10/350 µs) führen können.
• Exponierte Lage (Hügelkuppe, alleinstehender Hof, Berggebiet): Risikobeurteilung nach IEC 62305-2 empfohlen, in der Regel Typ 1+2 angezeigt.

Die zugehörige Risikoanalyse macht in der Schweiz typischerweise der Elektroplaner oder der Solarinstallateur in Abstimmung mit der kantonalen Gebäudeversicherung (VKF-Empfehlungen).

Praxis: Altbau ohne Fundamenterder

Die NIN verlangt heute für Neubauten einen Fundamenterder. Bei Altbauten, und davon hat die Schweiz reichlich, fehlt der, und nachträglich einzugraben ist selten verhältnismässig. Ein häufiges Bild aus solchen Sanierungen:

Der Elektriker heftet den Hauptpotentialausgleich aus Not heraus an alles, was nach Metall aussieht: Heizungsrohre, Wasserrohre, Gasleitung. Als Hauptpotentialausgleich ist das nicht falsch, als alleinige Erdung für den DC-seitigen Überspannungsschutz einer PV-Anlage aber zu wenig. Die Wirksamkeit hängt zu stark von der Korrosion und Verbindungsqualität dieser Leitungen ab, und die Geometrie ist nie für Stossströme ausgelegt.

Eine pragmatische Lösung ist ein externer Tiefenerder, möglichst nahe am Wechselrichter, mit der Erdleitung der SPDs direkt darauf geführt. Die Standortwahl ist nicht romantisch, sondern physikalisch: an einer Stelle, an der der Boden ganzjährig feucht bleibt. Ein gut bewässerter Gartenbereich unter einem Apfelbaum, in vielen Schweizer Hausgärten ohnehin vorhanden, funktioniert besser als ein vertrocknetes, südseitiges Beet. Der Wurzelballen hält den Boden feucht, die Beschattung verhindert Austrocknung, und feuchter Boden hat einen deutlich niedrigeren spezifischen Widerstand als trockener. Niedriger Erdungswiderstand heisst: der Ableiter kann den Stossstrom abführen, ohne dass das Potential am Hausanschluss dramatisch hochläuft.

Genauso wichtig wie der Erder selbst ist die Erdleitung vom SPD dorthin. Sie muss kurz, direkt und möglichst gerade aus dem Gebäude geführt werden. Ein Erdleiter, der quer durchs Haus zieht und dabei am Verteilkasten, an der Datenleitung oder am Speicher-BMS vorbeiläuft, wirkt selbst als Antenne: der Stossstrom des Blitzes erzeugt auf seinem Weg ein starkes Magnetfeld, das in alles induziert, was die Leitung passiert. Salopp gesagt holt man sich damit den Blitz, den man eigentlich vom Haus fernhalten wollte, durch die Hintertür wieder hinein. Im Idealfall verlässt die Erdleitung des Ableiters das Gebäude auf dem kürzesten Weg zum Erder, getrennt von allen anderen Leitungen.

Damit eine solche Konstellation zulässig ist, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: die Ausführung ist dokumentiert, der Hauptpotentialausgleich bleibt vorhanden, und der externe Erder ist mit den anderen Erdungspunkten im Haus verbunden, damit keine gefährlichen Potentialdifferenzen entstehen.

Wer eine ähnliche Konstellation hat: nicht improvisieren, sondern vorab mit dem zuständigen Kontrollorgan abstimmen. Eine kurze Abstimmung im Voraus ist wesentlich billiger als ein Befund bei der Schlussprüfung.

Die relevanten Normen im Überblick

Norm	Inhalt
IEC 62305-1 bis -4	Blitzschutz allgemein: Risikomanagement, äusserer und innerer Blitzschutz, Schutz elektrischer und elektronischer Systeme
IEC 61643-31 (löst EN 50539-11 ab)	Spezifische Anforderungen für SPDs in PV-Anwendungen: Prüfanforderungen, Stossstromtragfähigkeit, Verhalten unter Gleichstrom
IEC 61643-11 / -12	Allgemeine Anforderungen an SPDs in Niederspannungsnetzen
IEC 61643-21	SPDs für Telekommunikations- und Signalnetzwerke (RS-485, Ethernet, Bus-Leitungen)
EN 50174-2	Trennungsabstände zwischen Stromversorgungs- und IT-Verkabelung
NIN 2025 (Schweiz)	Niederspannungs-Installationsnorm: verpflichtet zu Überspannungsschutz bei neuen Installationen unter bestimmten Bedingungen
SNR 464022	Schweizer Normverweis für PV-Installationen
VKF-Brandschutzrichtlinien	Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen: Vorgaben zum Blitzschutz je nach Gebäudeklasse
VDE-AR-E 2100-712 (DE, oft referenziert)	Anwendungsregel zur DC-seitigen Auslegung mit SPDs

Wichtig: die NIN 2025 verlangt für Neuanlagen den Einbau von Überspannungsschutz standardmässig, mit nur wenigen Ausnahmen (z.B. nicht ständig bewohnte Nebengebäude). Wer eine PV-Anlage heute ohne SPD plant, plant in den meisten Fällen nicht normkonform.

Praxis-Checkliste für die EFH-Installation

• Plus- und Minusleitung jedes Strangs parallel geführt, gebündelt oder in einer Trasse
• Schleifenfläche pro Strang abgeschätzt, Zielwert unter 1 m²
• Datenleitungen (RS-485, Modbus, Ethernet) mit mindestens 200 mm Abstand zu den DC-Strängen geführt, Kreuzungen rechtwinklig — sonst läuft die induzierte Überspannung über die Schirme weiter und reisst Energiemanager, Smartmeter, Speicher-BMS, Heimnetzwerk und im schlimmsten Fall angeschlossene PCs mit
• DC-seitiger Typ-2-Ableiter pro MPPT-Eingang installiert
• Bei äusserem Blitzschutz: Trennungsabstand geprüft, ggf. Typ 1+2 statt Typ 2
• AC-seitiger Schutz vor dem Wechselrichter installiert
• Erdung des Modulfelds und der SPD-Erdschiene auf den Fundamenterder bezogen
• Status-Meldekontakt der SPDs an die Steuerung gemeldet (moderne Wechselrichter unterstützen das)
• Dokumentation für die Gebäudeversicherung erstellt
• Inspektionsplan: SPDs sind Verschleissteile. Sichtprüfung mindestens jährlich, Austausch nach Auslösung

Fazit

Der wirksamste Überspannungsschutz auf der DC-Seite einer PV-Anlage kostet nichts und wird trotzdem oft vergessen: Plus- und Minusleitung jedes Strangs konsequent zusammen führen, damit die Schleifenfläche minimal bleibt. Der elektronische Schutz, Typ 2 oder im Bedarfsfall Typ 1+2, kommt obendrauf und ist heute Stand der Technik, Normvorgabe und Versicherungsvoraussetzung in einem.

Für eine 8-kWp-EFH-Anlage liegen die Gesamtkosten für den vollständigen Überspannungsschutz im Bereich CHF 400 bis CHF 1200. Bei einem Wechselrichter, der zwischen CHF 1500 und 3500 kostet, und einer Anlage von 15 bis 25’000 Franken Gesamtinvestition, ist die Verhältnismässigkeit eindeutig.

Schlüsselwörter: PV Überspannungsschutz, DC Ableiter Typ 2, Blitzschutz Photovoltaik EFH, Schleifenfläche minimieren, IEC 62305, IEC 61643-31, NIN 2025, Wechselrichter schützen, Fundamenterder Altbau, Schutzkonzept PV Beratung, Elektroplanung Schweiz, swissEmbedded PV Monitoring

Quellen und weiterführende Normen

• IEC 62305-1 bis -4 — Lightning protection
• IEC 61643-31 — Surge protective devices connected to the d.c. side of photovoltaic installations
• NIN 2025 — Niederspannungs-Installationsnorm Schweiz (Electrosuisse)
• VKF — Brandschutzrichtlinien für Blitzschutzanlagen
• VDE-AR-E 2100-712 — Massnahmen für den Schutz von elektrischen Anlagen gegen Überspannungen infolge direkter und naher Blitzeinschläge
• Dehn — Blitzplaner (frei verfügbare Referenz, deutschsprachig)
• ABB® / Phoenix Contact / OBO — Produktdokumentation DC-SPDs