Warum geraten Plug-in-Heimsolarbatterien in Brand? Und wie intelligentere Schutzmaßnahmen dies verhindern können

Da Balkon-Solaranlagen und Plug-in-Heimsolarbatteriesysteme in ganz Europa weiterhin rasant zunehmen, ist die Sicherheit zu einem der größten Anliegen für Hausbesitzer geworden.

Die gute Nachricht ist, dass Solaranlagen und Speichersysteme für Privathaushalte statistisch gesehen sehr sicher sind. Studien zeigen, dass nur bei etwa 0,006 % der Photovoltaikanlagen brandbedingte Vorfälle auftreten.

Branchenuntersuchungen haben jedoch ergeben, dass, wenn es doch zu Ausfällen kommt, die Batterie selbst oft nicht die eigentliche Ursache ist. Probleme mit elektrischen Anschlüssen, überhitzte Steckverbinder und installationsbedingte Probleme gehören zu den häufigsten Brandursachen in PV-Anlagen.

Das Verständnis dieser Risiken wird immer wichtiger, insbesondere da Plug-in-Batteriesysteme oft in der Nähe von Wohnbereichen installiert werden.

In diesem Artikel untersuchen wir, warum PV-Steckverbinder eines der am häufigsten übersehenen Brandrisiken bei Heimbatteriesystemen darstellen und was getan werden kann, um diese zu vermeiden.

Warum Sicherheit bei Plug-in-Heimbatterien noch wichtiger ist

Im Gegensatz zu herkömmlichen Solaranlagen auf dem Dach werden Plug-in-Heimbatterien oft viel näher an den Wohnbereichen installiert. Je nach Grundriss des Hauses können sie sich hier befinden:

• Hauswirtschaftsraum

• Abstellraum

• Garage

• Keller

• Technikraum im Innenbereich

• In der Nähe von Wohnbereichen

Dies macht Sicherheit besonders wichtig.

Ein Fehler, der bei einer Dachanlage möglicherweise unbemerkt bleibt, kann weitaus schwerwiegendere Folgen haben, wenn die Anlage im Inneren eines Gebäudes installiert ist.

Daher müssen moderne Heimbatteriesysteme nicht nur auf Leistung ausgelegt sein, sondern auch auf eine kontinuierliche Risikoüberwachung und frühzeitige Störungserkennung.

Was uns Branchendaten verraten

Laut Untersuchungen des TÜV Rheinland sind PV-Steckverbinder eine der häufigsten Ursachen für Brände im Zusammenhang mit Solaranlagen auf Komponentenebene.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass:

• PV-Steckverbinder sind für etwa 24 % der identifizierten komponentenbezogenen Brandursachen verantwortlich, was sie zu einer der Hauptursachen für Ausfälle von PV-Anlagen macht.

• In Fällen von DC-Lichtbogenfehlern gehen mehr als die Hälfte auf Probleme mit Steckverbindern zurück.

• Installations- und Designfehler gehören nach wie vor zu den größten Ursachen für PV-Brände und machen mehr als ein Drittel der untersuchten Fälle aus.

Diese Erkenntnisse verdeutlichen eine wichtige Tatsache:

In vielen Fällen liegt das Problem nicht beim Solarmodul oder der Batterie selbst, sondern beim elektrischen Anschluss zwischen den Systemkomponenten.

Ein kleines Bauteil mit großer Wirkung

Häufig ereignen sich Unfälle nicht an den Batteriezellen, sondern an den Steckverbindern. Jede PV-Anlage enthält zahlreiche elektrische Anschlüsse. Solarmodule, Batterien und Mikro-Wechselrichter sind alle über Steckverbinder miteinander verbunden, die über Jahre hinweg unter wechselnden Wetter- und Betriebsbedingungen sicher Strom leiten müssen.

Bei ordnungsgemäßer Installation sind moderne PV-Steckverbinder äußerst zuverlässig. Wenn sich jedoch ein Anschluss lockert, beschädigt wird, unsachgemäß gecrimpt ist oder nicht passt, kann der elektrische Widerstand erheblich ansteigen.

Bleibt dies unentdeckt, kann sich die Wärme weiter aufbauen, bis Isolationsmaterialien zerfallen, Lichtbögen entstehen oder Materialien in der Nähe entzünden.

Brandrisiken durch Steckverbinder reduzieren

Die Erfahrungen der Branche zeigen, dass zur Vermeidung von Störungen im Zusammenhang mit Steckverbindern zwei zentrale Aspekte berücksichtigt werden müssen:

1. Vermeidung der Lichtbogenbildung

DC-Lichtbögen gehören zu den gefährlichsten elektrischen Störungen in PV-Anlagen, da sie sich selbst aufrechterhalten können und extrem hohe Temperaturen erzeugen.

Ein wirksamer Ansatz besteht darin, die Betriebsspannung auf ein Niveau zu senken, bei dem sich Lichtbögen nicht ohne Weiteres aufrechterhalten können. Dies senkt die Wahrscheinlichkeit lichtbogenbedingter Brandereignisse erheblich.

2. Ungewöhnliche Hitzeentwicklung erkennen, bevor Schäden auftreten

Probleme mit Steckverbindern treten selten sofort auf. In den meisten Fällen entwickelt sich eine Überhitzung allmählich, während der Kontaktwiderstand zunimmt.

Durch eine kontinuierliche Temperaturüberwachung kann eine ungewöhnliche Hitzeentwicklung frühzeitig erkannt werden, sodass das System Schutzmaßnahmen ergreifen kann, bevor die Temperaturen gefährlich werden.

Dies wird zunehmend als eine der wirksamsten Methoden zur Vermeidung von Ausfällen durch Steckverbinder angesehen.

HiBattery 4020-Serie: Entwickelt für vorausschauende Sicherheit

Während die Branche ein besseres Verständnis für durch Steckverbinder verursachte Ausfälle gewinnt, entwickeln sich Sicherheitsstrategien vom passiven Schutz hin zur proaktiven Risikoprävention.

Die HiBattery 4020-Serie von Hoymiles Plug-in-Solarbatterien für den Hausgebrauch kann das Risiko von durch Steckverbinder verursachten Bränden durch drei zentrale Ansätze erheblich reduzieren.

Vermeidung von Lichtbogenfehlern an der Quelle

DC-Lichtbogenfehler gehören zu den gefährlichsten elektrischen Gefahren in PV-Anlagen. Sobald sich ein Lichtbogen bildet, können die Temperaturen mehrere tausend Grad Celsius überschreiten und Steckverbinder, Kabel sowie nahegelegene Komponenten beschädigen.

Der Grund ist einfach: Eine höhere DC-Spannung begünstigt die Entstehung eines Lichtbogens und dessen Fortbestehen, sobald sich eine schlechte Verbindung oder ein beschädigter Steckverbinder bildet.

Bei der Hoymiles HiBattery 4020-Serie sind die PV-Module jedoch parallel geschaltet, wodurch die PV-Eingangsspannung unterhalb der Sicherheitsschwelle von 65 V gehalten wird.

Bei diesem Design kann ein Lichtbogen nicht aufrechterhalten werden und erlischt automatisch, wodurch eine der Hauptursachen für PV-bedingte Brandrisiken grundlegend beseitigt wird.

Echtzeit-Überwachung der PV-Eingangstemperatur

Eine der wirksamsten Methoden zur Vermeidung von Steckverbinderausfällen besteht darin, eine erhöhte Wärmeentwicklung zu erkennen, bevor Schäden auftreten.

Die Hoymiles HiBattery 4020 ist eines der wenigen Plug-in-Batterieprodukte auf dem Markt, das über diese Funktion verfügt. Wenn übermäßiger Strom, schlechte Kontaktqualität oder anormale Betriebsbedingungen zu einem Temperaturanstieg an den PV-Eingängen führen, kann das Problem durch eine kontinuierliche Temperaturüberwachung frühzeitig erkannt werden.

Wenn die Temperaturen vordefinierte Sicherheitsschwellenwerte überschreiten, kann das System den DC-Eingang automatisch trennen, wodurch eine weitere Wärmeentwicklung verhindert und das Brandrisiko verringert wird.

Dieser Ansatz trägt dazu bei, potenzielle Gefahren zu bannen, bevor sie sich zu schwerwiegenden Sicherheitsvorfällen entwickeln.

Die Hoymiles 4020-Serie ist mit Überhitzungsschutz für den PV-Eingang ausgestattet

Thermische Überwachung der Stack-Steckverbinder

Lockere Anschlüsse gehören nach wie vor zu den häufigsten installationsbedingten Risiken bei Solaranlagen für Privathaushalte.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat Hoymiles als Vorreiter zwei NTC-Sensoren eingesetzt, um außergewöhnliche Hitze sofort zu erkennen, anstatt wie andere Marken auf einen einzigen gemeinsamen Sensor zu setzen.

Die unabhängige Überwachung ermöglicht eine schnellere und genauere Erkennung von ungewöhnlicher Erhitzung, die durch lose Anschlüsse, schlechten Kontakt oder Installationsprobleme verursacht wird.

Durch die frühzeitige Erkennung thermischer Anomalien kann das System Fehler isolieren, bevor es zu Schäden an den Anschlüssen, Lichtbögen oder Überhitzung kommt. 

Die Hoymiles 4020-Serie ist das einzige Produkt auf dem Markt, das eine thermische Überwachung der Stack-Steckverbinder nutzt

Über die elektrische Sicherheit hinaus: Mehrschichtiger Schutz für reale Einsatzbedingungen

Bei Hoymiles wurde Sicherheit nie als eine Einzelfunktion betrachtet. Neben den oben genannten Sicherheitsmerkmalen verfügt die HiBattery 4020-Serie zudem über mehrere vorausschauende Schutzmaßnahmen, um Hausbesitzern ein Höchstmaß an Sicherheit zu garantieren:

Sicherheit auf Zellenebene

• LFP-Prismenzellen mit hoher thermischer Stabilität

• Großformatige Zellen in Automobilqualität mit 314 Ah

Elektrische Sicherheit

• 48-stufiger BMS-Schutz

Brandschutz

• Doppelte MCU-Architektur für redundanten Schutz

• Aerosol-Feuerlöschsysteme

• Explosionsentlastungsventil

Umweltsicherheit

• Schutzklasse IP66 gegen das Eindringen von Staub und Wasser

Mechanische Sicherheit

Um den realen mechanischen Belastungen standzuhalten, ist die HiBattery X durch drei Schichten hochfester Schutzvorrichtungen verstärkt:

• Hochbelastbare Stahlbänder, die einer Last von 8 Tonnen standhalten, um die Ausdehnung der Zellen während der kontinuierlichen Lade- und Entladezyklen einzudämmen; dies dient dem Schutz der Zellkapazität und der Lebensdauer.

• Hochfeste Endplatten aus stranggepresstem Aluminium, die unter einem Ultrahochdruck von 3600 Tonnen geformt wurden, um die Ausdehnung der Zellen einzudämmen und so Zellkapazität und Lebensdauer zu schützen.

• Ein Gehäuse aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, das im 2500-Tonnen-Hochdruck-Druckgussverfahren hergestellt wurde und robusten Schutz vor Stößen und mechanischer Beanspruchung bietet.

Ähnlich wie der in modernen Fahrzeugen verwendete Sicherheitskäfig trägt dieses mehrschichtige Design dazu bei, Verformungen, Stößen und externen Belastungen über Jahre hinweg standzuhalten.

Die Hoymiles 4020-Serie ist mit einem integrierten Feuerlöscher ausgestattet

Thermische Sicherheit

Hitze ist einer der größten Feinde der Batterielebensdauer.

Die HiBattery 4020-Serie verfügt über eine der branchenweit effizientesten Wechselrichterarchitekturen, kombiniert mit einem Kühlungsdesign mit großen Kühlrippen, um die Wärmeentwicklung zu minimieren.

Darüber hinaus kommt eine optimierte 2×2-Anordnung der Batteriezellen zum Einsatz anstelle des herkömmlichen 1×4-Layouts, das in vielen Batteriesystemen üblich ist. Bei einer 1×4-Konfiguration sind die inneren Zellen auf beiden Seiten von benachbarten Zellen umgeben, was die Wärmeableitung erschwert und zu höheren Betriebstemperaturen führt. Im Gegensatz dazu ermöglicht die 2×2-Architektur eine gleichmäßigere Wärmeverteilung und verbessert die Kühlleistung über die gesamte Batterieanordnung hinweg.

Dank des innovativen Designs bleibt die Innentemperatur selbst bei Betrieb im heißen Sommer unter 60 °C – weit unterhalb der Schwelle für thermisches Durchgehen. Dies trägt dazu bei, die Batteriesicherheit zu gewährleisten, die Systemzuverlässigkeit zu verbessern und die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.

Die Zukunft der Sicherheit von Heimspeichern liegt in intelligenter Prävention

Da Plug-in-Solar- und Speichersysteme immer häufiger zum Einsatz kommen, ändern sich auch die Anforderungen an die Sicherheit.

Hausbesitzer wünschen sich nicht mehr nur größere Batterien oder eine höhere Leistung. Sie wollen Systeme, die Risiken frühzeitig erkennen, intelligent reagieren und unter realen Bedingungen sicher funktionieren.

Die Zukunft der Sicherheit bei Energiespeichern für Privathaushalte hängt nicht von einer einzigen Sicherheitsfunktion ab. Sie hängt davon ab, wie effektiv ein System Störungen erkennen kann, bevor diese gefährlich werden.

<HiBattery 4020 X>

<HiBattery 4020 AC>