{"id":52133,"date":"2026-10-23T12:46:38","date_gmt":"2026-10-23T10:46:38","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/promotionsstipendium\/20022-032\/"},"modified":"2026-10-23T12:46:42","modified_gmt":"2026-10-23T10:46:42","slug":"20022-032","status":"publish","type":"promotionsstipendium","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/promotionsstipendium\/20022-032\/","title":{"rendered":"Blitz- und \u00c3\u0153berspannungsschutz von ausgedehnten Freifeld-Photovoltaik-Gro\u00c3\u0178anlagen unter besonderer Ber\u00c3\u00bccksichtigung 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\u00c3\u00bcnstigt. Der starke Ausbau bringt jedoch neue Herausforderungenmit sich: Gro\u00c3\u0178e Freifl\u00c3\u00a4chenanlagen beanspruchen zunehmend landwirtschaftliche Fl\u00c3\u00a4chen undversch\u00c3\u00a4rfen Nutzungskonflikte. Agri-Photovoltaik (Agri-PV) bietet hierf\u00c3\u00bcr einen L\u00c3\u00b6sungsansatz,indem landwirtschaftliche Produktion und Stromerzeugung auf derselben Fl\u00c3\u00a4che kombiniertwerden.<\/p>\n

Photovoltaik-Freifl\u00c3\u00a4chenanlagen (PV-FFA) sind aufgrund ihrer exponierten Lage besondersblitzgef\u00c3\u00a4hrdet. Erh\u00c3\u00b6hte Aufstellungen und fehlender Bewuchs zur Vermeidung von Verschat-tung beg\u00c3\u00bcnstigen direkte Blitzeinschl\u00c3\u00a4ge sowie induzierte \u00c3\u0153berspannungen. Die Folgen sindAnlagensch\u00c3\u00a4den, Betriebsunterbrechungen und erh\u00c3\u00b6hte Wartungskosten, die die Wirtschaft-lichkeit und Versorgungssicherheit beeintr\u00c3\u00a4chtigen. Mit zunehmender Anlagengr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e steigen dieAnforderungen an den Blitz- und \u00c3\u0153berspannungsschutz deutlich.<\/p>\n

Der Blitzschutz umfasst zwei zentrale Ma\u00c3\u0178nahmen: Der \u00c3\u00a4u\u00c3\u0178ere Blitzschutz beinhaltet Ableitsys-teme (Fangeinrichtungen und Erdungsanlagen), \u00c3\u00bcber die Blitzeinschl\u00c3\u00a4ge und Blitzstr\u00c3\u00b6me gezieltabgeleitet werden. Der innere Blitzschutz (\u00c3\u0153berspannungsschutz) dient hingegen dazu, leitungs-gebundene und induzierte Spannungserh\u00c3\u00b6hungen in den elektrischen Systemen zu begrenzen.Aktuelle Normen ber\u00c3\u00bccksichtigen die spezifischen Anforderungen gro\u00c3\u0178er PV-FFAs jedoch nurunzureichend, insbesondere hinsichtlich der Ausbreitung von Blitzstr\u00c3\u00b6men in Ableitsystemenund der daraus resultierenden \u00c3\u0153berspannungen. In der Praxis werden \u00c3\u00a4u\u00c3\u0178ere Blitzschutzsystemezudem h\u00c3\u00a4ufig aus Kostengr\u00c3\u00bcnden unterdimensioniert.<\/p>\n

Ziel dieser Doktorarbeit ist es, den Blitz- und \u00c3\u0153berspannungsschutz von PV-FFA gezieltweiterzuentwickeln und zu optimieren. Der Schwerpunkt liegt auf Agri-PV-Anlagen, f\u00c3\u00bcr diebislang keine spezifischen Blitzschutzkonzepte existieren. Die Arbeit verbindet wissenschaftlicheGrundlagen mit praxisnahen Fragestellungen und ber\u00c3\u00bccksichtigt dabei Anforderungen anKostenoptimierung, Ressourceneffizienz sowie Umwelt-, Sozial- und Unternehmensaspekte(Environmental Social Governance \u00e2\u20ac\u201c ESG).<\/p>\n

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

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

\u00e2\u20ac\u017eWie kann das \u00c3\u00a4u\u00c3\u0178ere Blitzschutzsystem gro\u00c3\u0178er PV-FFA und Agri-PV-Anlagen optimiertwerden, um den Materialeinsatz zu minimieren und gleichzeitig Zuverl\u00c3\u00a4ssigkeit und Sicherheitzu gew\u00c3\u00a4hrleisten?\u00e2\u20ac\u0153<\/em><\/p>\n

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

    \n
  1. H\u00c3\u00a4ufigkeit und Stromst\u00c3\u00a4rke von Blitzeinschl\u00c3\u00a4gen \u00e2\u20ac\u201c Verbesserung des Einfangens vonBlitzen\n
      \n
    • Auswertung von Blitzortungsdaten und Untersuchung der Auswirkungen gro\u00c3\u0178erPV-FFA auf die lokale Blitzaktivit\u00c3\u00a4t vor und nach der Errichtung.<\/li>\n
    • Erarbeitung effizienter Fangeinrichtungskonzepte, die eine gezielte Blitzableitunggew\u00c3\u00a4hrleisten und gleichzeitig Material- und Installationsaufwand reduzieren.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n
    • Optimierung der Blitzschutzerdung hinsichtlich Blitzstromverteilung und Blitz\u00c3\u00bcberspan-nungen\n
        \n
      • Optimierung der Erdungsanlage f\u00c3\u00bcr gro\u00c3\u0178e PV-FFA unter Ber\u00c3\u00bccksichtigung dereffektiven Fl\u00c3\u00a4che und Erdungsimpedanz.<\/li>\n
      • Spezielle Aspekte des Blitzschutzes f\u00c3\u00bcr Agri-PV-Anlagen, insbesondere der Schutzvon Personal und Nutztieren vor gef\u00c3\u00a4hrlichen Ber\u00c3\u00bchrungs- und Schrittspannungen.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ol>\n

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

          \n
        • Die Fangeinrichtung soll die \u00c3\u00b6rtliche Blitzaktivit\u00c3\u00a4t ber\u00c3\u00bccksichtigen, einen geringen Mate-rialbedarf haben (um die praktische Umsetzung zu erleichtern), Verschattung vermeiden, das \u00c3\u0153bertreten von Blitzfu\u00c3\u0178punkten auf aktive Modulfl\u00c3\u00a4chen verhindern, die Induktionvon St\u00c3\u00b6rgr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178en im DC-System reduzieren und g\u00c3\u00bcnstige Bedingungen f\u00c3\u00bcr die Erdungsanlage schaffen. Wissenschaftlich fundierte L\u00c3\u00b6sungen k\u00c3\u00b6nnen durch die gezielte Ermittlung\u00c2\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\u00c3\u00b6rtlichen Bodenverh\u00c3\u00a4ltnisse ber\u00c3\u00bccksichtigen, geringe Ber\u00c3\u00bchrungs- und Schrittspannungenf\u00c3\u00bcr Personal und Nutztiere (bei Agri-PV) erm\u00c3\u00b6glichen und einen sicheren Betrieb \u00c3\u00bcbereinen langen Zeitraum ohne Gewittereinfl\u00c3\u00bcsse gew\u00c3\u00a4hrleisten.<\/li>\n<\/ul>\n

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

          Diese Doktorarbeit zielt darauf ab, bestehende Blitzschutzkonzepte gezielt weiterzuentwickelnund an die Anforderungen gro\u00c3\u0178er PV-Anlagen sowie von Agri-PV-Systemen anzupassen. Dabeiwerden technische Sicherheit, Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit gemeinsam betrachtet.<\/p>\n

          Die Verbesserung der Zuverl\u00c3\u00a4ssigkeit und Lebensdauer von PV-FFA durch materialeffizienteBlitzschutzl\u00c3\u00b6sungen leistet einen wichtigen Beitrag zur Transformation des Energiesystems.Insbesondere f\u00c3\u00bcr neue Nutzungskonzepte wie die Agri-PV tr\u00c3\u00a4gt diese Arbeit zu einer \u00c3\u00b6kologischund wirtschaftlich tragf\u00c3\u00a4higen Energieversorgung und zu einer erh\u00c3\u00b6hten gesellschaftlichenAkzeptanz bei.<\/p>\n

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

          Die Doktorarbeit ist in vier aufeinander abgestimmte Arbeitspakete gegliedert. Da gro\u00c3\u0178skaligePV-Anlagen mit Blitzschutzsystemen nicht experimentell im Labor untersucht werden k\u00c3\u00b6n-nen, bilden analytische Berechnungen, Absch\u00c3\u00a4tzungen und modellbasierte Simulationen diewissenschaftliche Grundlage.<\/p>\n

            \n
          1. Analyse der Blitzaktivit\u00c3\u00a4t: Aufbau und Analyse einer umfangreichen Datenbasis aktueller und historischer Blitzor-tungsdaten zur Untersuchung m\u00c3\u00b6glicher Zusammenh\u00c3\u00a4nge zwischen gro\u00c3\u0178fl\u00c3\u00a4chigen 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\u00c3\u00bccksichtigung der effektiven Fl\u00c3\u00a4che, transienter Effekte und unterschiedlicherErdungskonzepte.<\/li>\n
          4. Spezifische Aspekte von Agri-PV-Anlagen: Bewertung von Gef\u00c3\u00a4hrdungsszenarien (Schritt- und Ber\u00c3\u00bchrungsspannungen) f\u00c3\u00bcr 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\u00c3\u00bcnstigt. Der starke Ausbau bringt jedoch neue Herausforderungenmit sich: Gro\u00c3\u0178e Freifl\u00c3\u00a4chenanlagen beanspruchen zunehmend landwirtschaftliche Fl\u00c3\u00a4chen undversch\u00c3\u00a4rfen Nutzungskonflikte. Agri-Photovoltaik (Agri-PV) bietet hierf\u00c3\u00bcr einen L\u00c3\u00b6sungsansatz,indem landwirtschaftliche Produktion und Stromerzeugung auf derselben Fl\u00c3\u00a4che kombiniertwerden. Photovoltaik-Freifl\u00c3\u00a4chenanlagen (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\u00c3\u00a4t Ilmenau
            Fakult\u00c3\u00a4t Elektrotechnik und Informationstechnik
            Fachgebiet Blitz- und \u00c3\u0153berspannungsschutz","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}]}}