Photovoltaikanlagen gelten als sicher – und das sind sie auch. Eine Gefahr wird dennoch oft unterschätzt: elektrische Lichtbögen, die direkt an den Solarmodulen entstehen. Diese können Brände verursachen, die nur schwer zu lokalisieren und zu bekämpfen sind. Genau hier kommt die AFCI-Technologie ins Spiel: Sie erkennt Lichtbögen frühzeitig und hilft so, potenzielle Brandrisiken zu minimieren. Wie Ihre PV-Anlage Fehlerlichtbögen erkennt und verhindert, erfahren Sie in diesem Blogbeitrag.
Für die Sicherheit bei PV-Anlagen sorgen nicht nur strenge Normen, die elektrische Gefahren wie Kurzschlüsse oder Stromschläge minimieren, sondern auch Schutzvorrichtungen, die Schäden bei Blitzeinschlägen oder Spannungsspitzen abwenden und im Notfall für eine sichere Abschaltung sorgen.
Aufgrund dessen ist das Brandrisiko von PV-Anlagen sehr gering: In Deutschland – einem der größten PV-Märkte Europas mit mehr als 2 Millionen installierten Anlagen – kam es in den letzten 20 Jahren zu 350 Bränden, in denen eine Solaranlage beteiligt war. Nur in 120 Fällen war diese auch die tatsächliche Brandursache.
* Statistisch gesehen bedeutet das, dass 99,994 % der PV-Anlagen keine Brände verursachen. Im Umkehrschluss sprechen wir von 0,006 % PV-Anlagen, die laut Statistik „brandgefährdet“ sind – das heißt 1 von 17.000 Anlagen.
| *„Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, Fraunhofer ISE, Bereich Photovoltaische Module und Kraftwerke, Freiburg, aktualisierter Stand 18.08.2025 |
Brandrisiko durch mangelhafte Installation
Zu den häufigsten Brandursachen bei PV-Anlagen zählen Materialermüdung und Korrosionserscheinungen, allen voran jedoch fehlerhafte Installationen: Besonders gefährlich sind serielle Lichtbögen, die durch lose Kontakte, schlecht gecrimpte, also mechanisch zusammengepresste Stecker, beschädigte Kabel oder inkompatible Steckverbindungen entstehen. Werden beispielsweise MC4-Steckerverbindungen von unterschiedlichen Herstellern in einer PV-Anlage verbaut, unterscheiden sich diese nicht nur in den Materialien, sondern auch in der Alterung und Wärmeausdehnung, was einen Temperaturanstieg von bis zu 97 % an den Kontaktstellen bewirken kann.
Die Folge: Lichtbögen, die Temperaturen von über 1.000 °C erreichen können – genug also, um umliegendes Material zu entzünden und Schäden zu verursachen, die mitunter nicht von der Versicherung abgedeckt werden. Die unabhängige internationale Normungsorganisation (IEC) sieht deshalb die Verwendung von Steckerkomponenten desselben Herstellers vor.
Prozess der Lichtbogenbildung in einem Leiter:
1. Verkleinerung des Querschnitts des Leiters
2. Höherer Übergangswiderstand → erhöhte Wärmeentwicklung an der Kontaktstelle
3. Höhere Temperatur beschleunigt den Verschlechterungsprozess → weitere Verringerung des Querschnitts und Erhöhung des Kontaktwiderstands (Schleife zwischen Schritt 2 und 3)
4. An einem bestimmten Punkt wird die Kontinuität des Leiters unterbrochen
DC-Optimierer: Zu viel des Guten?
Für die Leistungsoptimierung auf Modulebene werden häufig DC-Optimierer in PV-Anlagen verbaut. Hinsichtlich Brandschutz bieten diese den (vermeintlichen) Vorteil, dass sie im Notfall Solarmodule abschalten können. Denn hier ist es wichtig zu wissen: PV-Anlagen arbeiten mit Gleichstrom und können nicht einfach abgeschaltet werden, weil sie Strom erzeugen, solange Licht auf die Module fällt. Entsprechen moderne PV-Anlagen den sogenannten Rapid-Shutdown-Anforderungen, können die Optimierer im Brandfall die Spannung auf Modulebene auf ein sicheres Level minimieren (z. B. unter 30 V oder sogar 1 V pro Modul). Das erleichtert den Feuerwehreinsatzkräften das gefahrlose Löschen und reduziert das Risiko eines elektrischen Schlags, allerdings sind die Module nicht vollständig vom Stromkreis genommen.
Leider geht mit der Verwendung von Leistungselektronik an jedem einzelnen PV-Modul eine hohe Anzahl von Gleichstromanschlüssen in der PV-Anlage einher: Verglichen mit einer PV-Anlage ohne Leistungsoptimierer werden bei einer PV-Anlage mit Leistungsoptimierern sogar etwa dreimal so viele Steckverbindungen an den Modulen benötigt. Damit steigen wiederum die Wahrscheinlichkeit von elektrischen Lichtbögen und das Brandrisiko. Hinzu kommt, dass DC-Leistungsoptimierer – so wie die meisten Photovoltaik-Komponenten – auf eine Umgebungstemperatur von 60 Grad Celsius ausgelegt sind. Im tatsächlichen Brandfall würden die DC-Optimierer also mit hoher Wahrscheinlichkeit rasch zu schmelzen oder zu schmoren beginnen, anstatt die Modulleistung sicher herunterzufahren.
Nicht an der falschen Stelle sparen
Nicht kompatible Stecker oder statt Spezialwerkzeug einfach schnell mal die Kombizange benutzt? Die Anschaffung einer PV-Anlage ist mitunter teuer. Da erscheint es verlockend, für manche Installationen auf Hobbyelektriker aus dem Freundes- und Bekanntenkreis zurückzugreifen, um etwas Geld zu sparen. Es ist allerdings nicht ratsam, hier am falschen Ende zu sparen, denn nur wenn Professionisten beauftragt werden, kann man davon ausgehen, dass die Anlage nach allen Sicherheitsstandards angeschlossen wurde.
Genau das macht den Unterschied: PV-Anlagen stellen kein höheres Brandrisiko als andere elektrische Anlagen dar. Es gilt jedoch, die entsprechenden Regeln für elektrische Sicherheit einzuhalten – sowohl was die Systemkomponenten als auch den Installationsvorgang selbst anbelangt. Langfristig lohnt es sich daher, auf Qualität und Professionalität zu setzen.
Worauf bei der Installation geachtet werden muss:
- Qualität der Komponenten (hochwertige Stecker, Kabel, Module, Wechselrichter)
- Gewissenhafte Ausführung (korrektes Crimpen, Kabel sicher verlegen)
- Einhaltung der vorgeschriebenen baulichen Maßnahmen (Brandschutznormen, Erdung)
- Einfachheit des Systems und minimale Anzahl von DC-Steckern
- Regelmäßiger Check und ggf. Wartung der PV-Anlage
Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI): Wie funktioniert die Lichtbogenerkennung in der PV-Anlage?
AFCI-Systeme erkennen gefährliche serielle Lichtbögen, indem sie elektrische Signale im Gleichstromkreis kontinuierlich analysieren. Die Technologie überprüft das Stromsignal auf typische Muster, die auf einen Lichtbogen hindeuten. Dazu gehören beispielsweise Veränderungen im Frequenzspektrum des Stroms, impulsartige Stromspitzen, Stromflüsse selbst bei unterbrochener Spannung, unregelmäßiges Rauschen sowie wiederholte Fehlerstörungen innerhalb kurzer Zeit.
Deshalb überwacht ein AFCI permanent die Strom- und Spannungsverläufe im DC-Kreis der PV-Anlage und erfasst sowohl nieder- als auch hochfrequente Signalanteile. Mithilfe digitaler Signalverarbeitung und eines intelligenten, lernfähigen Algorithmus werden die erfassten Signale untersucht und ausgewertet. Echte Lichtbögen sollen so zuverlässig erkannt und gleichzeitig Fehlalarme vermieden werden. Sobald das System ein Muster erkennt, das eindeutig einem gefährlichen Lichtbogen zugeordnet werden kann, wird der betroffene Stromkreis innerhalb von Millisekunden getrennt. So wird die Energiezufuhr zum Lichtbogen gestoppt und ein Brand verhindert, bevor er entsteht.
Störanfälligkeit durch Umgebungsrauschen
AFCI-Systeme sind gegenüber externen Störfaktoren sehr empfindlich − darin liegt auch die größte Herausforderung: Elektromagnetische Interferenzen (EMI) durch benachbarte Geräte, Schaltvorgänge oder atmosphärische Einflüsse (z. B. Blitzeinschläge) können ähnliche Signalmuster erzeugen wie Lichtbögen. Werden diese vom AFCI falsch zugeordnet, kann das zu Fehlauslösungen führen – mit der Folge, dass die PV-Anlage unnötig abgeschaltet wird und Ertragsverluste entstehen. Eine ausgereifte Technologie, wie der Fronius Arc Guard, schafft hier Abhilfe.
Fronius Arc Guard: Sicherheit inklusive
Speziell für PV-Anlagen entwickelt, ist die Lichtbogenerkennung Fronius Arc Guard bereits soft- und hardwaretechnisch direkt im Fronius Wechselrichter integriert. Er wird einfach und unkompliziert über die Benutzeroberfläche des Wechselrichters aktiviert. Dadurch kommt die PV-Anlage ohne Zusatzkomponenten wie Schaltboxen oder weitere Anschlusspunkte aus. Darüber hinaus spart man sich zusätzlichen Installationsaufwand.
In die Entwicklung der intelligenten Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung von Fronius konnten das umfangreiche Wissen und die langjährige Erfahrung des Unternehmens im Bereich Lichtbogenschweißen einfließen. Das Ergebnis ist eine effiziente Technologie, die auf die FFT-basierte spektrale Lichtbogenerkennung aufbaut: Eine mathematische Methode (Fast Fourier Transform), mit der ein Zeitsignal (z. B. Strom oder Spannung) in seine Frequenzanteile zerlegt wird und damit Stromverlauf und etwaige Störungen – wie bereits beschrieben − analysiert werden. Innovative Techniken zur Mustererkennung sowie ein trainierter Lichtbogenerkennungsalgorithmus tragen dazu bei, dass der Fronius Arc Guard laufend verbessert wird und sich die Erkennungsgenauigkeit stetig erhöht.
Vorsorge ist besser. Der Fronius Arc Guard arbeitet nach dem Vorsorgeprinzip – er erkennt und löscht Lichtbögen, bevor diese zu einem Brand führen können. Wird ein sogenanntes Lichtbogenereignis erkannt, unterbrechen die Leistungsstufen des Wechselrichters die Stromübertragung und stoppen die Stromeinspeisung ins Netz. So wird der Stromfluss unterbrochen und der Lichtbogen erlischt. Während in den USA bereits seit 2018 spezielle Normen für AFCI-Systeme in PV-Anlagen gelten, gibt es derzeit noch keine normativen Forderungen auf EU-Ebene. Der Fronius Arc Guard erfüllt internationale Sicherheitsstandards zur Lichtbogenerkennung wie UL 1699B und IEC 63027 und ist damit zukunftssicher für globale Märkte geeignet.
Schon gewusst?
Der leistungsstarke Wechselrichter Fronius Verto für Landwirtschaften, Kleingewerbe, aber auch größere Ein- und Mehrfamilienhäuser ist standardmäßig mit einer automatischen Lichtbogenerkennung (AFCI) ausgestattet. Potenzielle Lichtbögen werden schnell identifiziert und gelöscht − für mehr Sicherheit und Effizienz
Fazit:
Photovoltaikanlagen sind nicht brandgefährlich, dennoch können Fehlerlichtbögen, etwa durch beschädigte Steckverbindungen oder unsachgemäße Installation, ein Risiko darstellen. Die Integration von AFCI-Technologie, wie dem Fronius Arc Guard, bietet hier eine gezielte Lösung: Sie erkennt kritische Muster im Stromverlauf und unterbricht den Stromkreis, bevor ein Brand entstehen kann. AFCI ist kein Zeichen für Unsicherheit – sondern ein intelligenter Zusatzschutz, der das ohnehin hohe Sicherheitsniveau von PV-Anlagen weiter stärkt.
Weiterführende Informationen zum Thema Feuersicherheit und Lichtbogenerkennung in PV-Anlagen finden Sie in unserem Whitepaper und dem Webinar der Fronius Business Academy.
Fronius Whitepaper: Lichtbogenerkennung und -unterbrechung in PV-Anlagen
