{"id":52133,"date":"2026-03-29T10:46:10","date_gmt":"2026-03-29T08:46:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/promotionsstipendium\/20022-032\/"},"modified":"2026-03-29T10:46:10","modified_gmt":"2026-03-29T08:46:10","slug":"20022-032","status":"publish","type":"promotionsstipendium","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/promotionsstipendium\/20022-032\/","title":{"rendered":"Blitz- und \u00dcberspannungsschutz von ausgedehnten Freifeld-Photovoltaik-Gro\u00dfanlagen unter besonderer Ber\u00fccksichtigung der Agro-Photovoltaik"},"content":{"rendered":"

Kurzfassung<\/strong><\/u><\/p>\n

Photovoltaikanlagen haben sich weltweit als zentrale Technologie der erneuerbaren Energienetabliert. Solarstrom ist wirtschaftlich attraktiv und gesellschaftlich breit akzeptiert, was einanhaltendes Wachstum beg\u00fcnstigt. Der starke Ausbau bringt jedoch neue Herausforderungenmit sich: Gro\u00dfe Freifl\u00e4chenanlagen beanspruchen zunehmend landwirtschaftliche Fl\u00e4chen undversch\u00e4rfen Nutzungskonflikte. Agri-Photovoltaik (Agri-PV) bietet hierf\u00fcr einen L\u00f6sungsansatz,indem landwirtschaftliche Produktion und Stromerzeugung auf derselben Fl\u00e4che kombiniertwerden.<\/p>\n

Photovoltaik-Freifl\u00e4chenanlagen (PV-FFA) sind aufgrund ihrer exponierten Lage besondersblitzgef\u00e4hrdet. Erh\u00f6hte Aufstellungen und fehlender Bewuchs zur Vermeidung von Verschat-tung beg\u00fcnstigen direkte Blitzeinschl\u00e4ge sowie induzierte \u00dcberspannungen. Die Folgen sindAnlagensch\u00e4den, Betriebsunterbrechungen und erh\u00f6hte Wartungskosten, die die Wirtschaft-lichkeit und Versorgungssicherheit beeintr\u00e4chtigen. Mit zunehmender Anlagengr\u00f6\u00dfe steigen dieAnforderungen an den Blitz- und \u00dcberspannungsschutz deutlich.<\/p>\n

Der Blitzschutz umfasst zwei zentrale Ma\u00dfnahmen: Der \u00e4u\u00dfere Blitzschutz beinhaltet Ableitsys-teme (Fangeinrichtungen und Erdungsanlagen), \u00fcber die Blitzeinschl\u00e4ge und Blitzstr\u00f6me gezieltabgeleitet werden. Der innere Blitzschutz (\u00dcberspannungsschutz) dient hingegen dazu, leitungs-gebundene und induzierte Spannungserh\u00f6hungen in den elektrischen Systemen zu begrenzen.Aktuelle Normen ber\u00fccksichtigen die spezifischen Anforderungen gro\u00dfer PV-FFAs jedoch nurunzureichend, insbesondere hinsichtlich der Ausbreitung von Blitzstr\u00f6men in Ableitsystemenund der daraus resultierenden \u00dcberspannungen. In der Praxis werden \u00e4u\u00dfere Blitzschutzsystemezudem h\u00e4ufig aus Kostengr\u00fcnden unterdimensioniert.<\/p>\n

Ziel dieser Doktorarbeit ist es, den Blitz- und \u00dcberspannungsschutz von PV-FFA gezieltweiterzuentwickeln und zu optimieren. Der Schwerpunkt liegt auf Agri-PV-Anlagen, f\u00fcr diebislang keine spezifischen Blitzschutzkonzepte existieren. Die Arbeit verbindet wissenschaftlicheGrundlagen mit praxisnahen Fragestellungen und ber\u00fccksichtigt dabei Anforderungen anKostenoptimierung, Ressourceneffizienz sowie Umwelt-, Sozial- und Unternehmensaspekte(Environmental Social Governance \u2013 ESG).<\/p>\n

Fragestellung und Forschungshypothesen<\/strong><\/u><\/p>\n

Ziel dieser Doktorarbeit ist die Beantwortung der folgenden Forschungsfrage:<\/p>\n

\u201eWie kann das \u00e4u\u00dfere Blitzschutzsystem gro\u00dfer PV-FFA und Agri-PV-Anlagen optimiertwerden, um den Materialeinsatz zu minimieren und gleichzeitig Zuverl\u00e4ssigkeit und Sicherheitzu gew\u00e4hrleisten?\u201c<\/em><\/p>\n

Die Doktorarbeit gliedert sich in zwei Schwerpunkte:<\/p>\n

    \n
  1. H\u00e4ufigkeit und Stromst\u00e4rke von Blitzeinschl\u00e4gen \u2013 Verbesserung des Einfangens vonBlitzen\n
      \n
    • Auswertung von Blitzortungsdaten und Untersuchung der Auswirkungen gro\u00dferPV-FFA auf die lokale Blitzaktivit\u00e4t vor und nach der Errichtung.<\/li>\n
    • Erarbeitung effizienter Fangeinrichtungskonzepte, die eine gezielte Blitzableitunggew\u00e4hrleisten und gleichzeitig Material- und Installationsaufwand reduzieren.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n
    • Optimierung der Blitzschutzerdung hinsichtlich Blitzstromverteilung und Blitz\u00fcberspan-nungen\n
        \n
      • Optimierung der Erdungsanlage f\u00fcr gro\u00dfe PV-FFA unter Ber\u00fccksichtigung dereffektiven Fl\u00e4che und Erdungsimpedanz.<\/li>\n
      • Spezielle Aspekte des Blitzschutzes f\u00fcr Agri-PV-Anlagen, insbesondere der Schutzvon Personal und Nutztieren vor gef\u00e4hrlichen Ber\u00fchrungs- und Schrittspannungen.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ol>\n

        Aus der Fragestellung ergeben sich folgende Hypothesen:<\/p>\n

          \n
        • Die Fangeinrichtung soll die \u00f6rtliche Blitzaktivit\u00e4t ber\u00fccksichtigen, einen geringen Mate-rialbedarf haben (um die praktische Umsetzung zu erleichtern), Verschattung vermeiden, das \u00dcbertreten von Blitzfu\u00dfpunkten auf aktive Modulfl\u00e4chen verhindern, die Induktionvon St\u00f6rgr\u00f6\u00dfen im DC-System reduzieren und g\u00fcnstige Bedingungen f\u00fcr die Erdungsanlage schaffen. Wissenschaftlich fundierte L\u00f6sungen k\u00f6nnen durch die gezielte Ermittlung\u00a0und Auswertung von Blitzdaten sowie die simulative Untersuchung von Fangeinrichtungs-konzepten an typischen PV-Modulreihen-Anordnungen erreicht werden.<\/li>\n
        • Die Erdungsanlage soll blitzstrombedingte Potentialanhebungen und induzierte Spannun-gen im DC-System gering halten, ebenfalls einen geringen Materialbedarf aufweisen, die\u00f6rtlichen Bodenverh\u00e4ltnisse ber\u00fccksichtigen, geringe Ber\u00fchrungs- und Schrittspannungenf\u00fcr Personal und Nutztiere (bei Agri-PV) erm\u00f6glichen und einen sicheren Betrieb \u00fcbereinen langen Zeitraum ohne Gewittereinfl\u00fcsse gew\u00e4hrleisten.<\/li>\n<\/ul>\n

          Forschungsinnovation und -relevanz<\/strong><\/u><\/p>\n

          Diese Doktorarbeit zielt darauf ab, bestehende Blitzschutzkonzepte gezielt weiterzuentwickelnund an die Anforderungen gro\u00dfer PV-Anlagen sowie von Agri-PV-Systemen anzupassen. Dabeiwerden technische Sicherheit, Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit gemeinsam betrachtet.<\/p>\n

          Die Verbesserung der Zuverl\u00e4ssigkeit und Lebensdauer von PV-FFA durch materialeffizienteBlitzschutzl\u00f6sungen leistet einen wichtigen Beitrag zur Transformation des Energiesystems.Insbesondere f\u00fcr neue Nutzungskonzepte wie die Agri-PV tr\u00e4gt diese Arbeit zu einer \u00f6kologischund wirtschaftlich tragf\u00e4higen Energieversorgung und zu einer erh\u00f6hten gesellschaftlichenAkzeptanz bei.<\/p>\n

          Arbeitsprogramm<\/strong><\/u><\/p>\n

          Die Doktorarbeit ist in vier aufeinander abgestimmte Arbeitspakete gegliedert. Da gro\u00dfskaligePV-Anlagen mit Blitzschutzsystemen nicht experimentell im Labor untersucht werden k\u00f6n-nen, bilden analytische Berechnungen, Absch\u00e4tzungen und modellbasierte Simulationen diewissenschaftliche Grundlage.<\/p>\n

            \n
          1. Analyse der Blitzaktivit\u00e4t: Aufbau und Analyse einer umfangreichen Datenbasis aktueller und historischer Blitzor-tungsdaten zur Untersuchung m\u00f6glicher Zusammenh\u00e4nge zwischen gro\u00dffl\u00e4chigen PV-Anlagen.<\/li>\n
          2. Entwicklung effizienter Fangeinrichtungskonzepte: Simulation und Optimierung von Fangeinrichtungsanordnungen zur Verbesserung der Ein-fangwirksamkeit bei reduziertem Materialeinsatz. Untersuchung induzierter Spannungenin DC-Leitungen sowie windbedingter Blitzkanalverschiebungen.<\/li>\n
          3. Optimierung der Blitzschutzerdung: Auslegung der Erdungsanlage auf Basis der durch die Fangeinrichtungen definiertenBlitzstromeinspeisepunkte. Untersuchung der Blitzstromverteilung und Erdungsimpedanzunter Ber\u00fccksichtigung der effektiven Fl\u00e4che, transienter Effekte und unterschiedlicherErdungskonzepte.<\/li>\n
          4. Spezifische Aspekte von Agri-PV-Anlagen: Bewertung von Gef\u00e4hrdungsszenarien (Schritt- und Ber\u00fchrungsspannungen) f\u00fcr Men-schen, Nutztiere und Infrastruktur bei Blitzereignissen und Netzfehlern sowie Ableitungpraxisnaher Handlungsempfehlungen.<\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

            Kurzfassung Photovoltaikanlagen haben sich weltweit als zentrale Technologie der erneuerbaren Energienetabliert. Solarstrom ist wirtschaftlich attraktiv und gesellschaftlich breit akzeptiert, was einanhaltendes Wachstum beg\u00fcnstigt. Der starke Ausbau bringt jedoch neue Herausforderungenmit sich: Gro\u00dfe Freifl\u00e4chenanlagen beanspruchen zunehmend landwirtschaftliche Fl\u00e4chen undversch\u00e4rfen Nutzungskonflikte. Agri-Photovoltaik (Agri-PV) bietet hierf\u00fcr einen L\u00f6sungsansatz,indem landwirtschaftliche Produktion und Stromerzeugung auf derselben Fl\u00e4che kombiniertwerden. Photovoltaik-Freifl\u00e4chenanlagen (PV-FFA) […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[2477],"class_list":["post-52133","promotionsstipendium","type-promotionsstipendium","status-publish","hentry","tag-deutschland"],"meta_box":{"dbu_stipendiaten_az":"20022\/032","dbu_stipendiaten_anrede":"","dbu_stipendiaten_nachname":"Costa","dbu_stipendiaten_vorname":"Kamila","dbu_stipendiaten_titel":"","dbu_stipendiaten_fbeginn":"2023-01-01 00:00:00","dbu_stipendiaten_fende":"2025-12-31 00:00:00","dbu_stipendiaten_e_anschrif":"Technische Universit\u00e4t Ilmenau
            Fakult\u00e4t Elektrotechnik und Informationstechnik
            Fachgebiet Blitz- und \u00dcberspannungsschutz","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. Michael Rock","dbu_stipendiaten_email_dienst":"kamila.costa@tu-ilmenau.de"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52133","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/promotionsstipendium"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52133\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":58145,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52133\/revisions\/58145"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=52133"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=52133"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=52133"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}