Photovoltaik-Elektrosmog: Wie gefährlich ist Solaranlage-Strahlung?

Was ist Elektrosmog? Welche Strahlung verursacht eine Photovoltaik-Anlage? Wie gesundheitsschädlich ist PV-Smog? Wie kann ich mich vor Anlagen-Strahlung schützen?

• Photovoltaik negative Erfahrungen: Bedenken kursieren bezüglich Elektrosmog im Zusammenhang mit PV-Anlagen, der durch elektromagnetische Felder des Wechselrichters entsteht. Allerdings ist dieses in der Regel sehr schwach und liegt weit unter den international empfohlenen Grenzwerten für die Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern. Daher ist das Risiko für gesundheitliche Beeinträchtigungen durch Elektrosmog von Photovoltaikanlagen als sehr gering einzustufen.
• Photovoltaik Gesundheits-Risiko: Die Materialien und der Betrieb von Solaranlagen gelten allgemein als sicher. Die Sorge um mögliche Gifte oder sogar krebserregende Stoffe bezieht sich meist auf den Herstellungsprozess bestimmter Solarmodule, wo unter anderem Cadmium und Blei-Dämpfe entstehen. Die Einhaltung von Sicherheitsstandards in der Produktion und Entsorgung ist wichtig, um Risiken zu senken.
• Wie entsteht das elektromagnetische Feld bei PV-Anlagen? Um die Solarmodule und die Modulverkabelung einer Solaranlage bildet sich ein magnetisches Gleichfeld (statisches Feld). Elektrische Wechselfelder treten eigentlich nur ab dem Wechselrichter Richtung Stromnetz auf. Der Elektrosmog einer Photovoltaik-Anlage hat nur dann einen spürbaren Effekt, wenn man sich der Anlage stark annähert (z. B. Dachgeschoss).
• Schutz vor Elektrosmog: Die Wechselrichter sowie die wechselstromführenden Leitungen erzeugen hohe magnetische Wechselfelder. Daher sollte ein Wechselrichter nicht in Wohnräumen installiert werden. Da es sich bei einer PV-Anlage um vergleichsweise geringe Flussdichten und Feldstärken handelt, wird ein gesundheitlicher Einfluss mehrheitlich als bedenkenlos beurteilt.

Solarenergie ist beliebter denn je. Viele Hausbesitzer planen eine Solaranlage auf dem eigenen Dach. Gerade, wenn man ein ausgebautes Dachgeschoss besitzt, fragt man sich, ob die Photovoltaik-Anlage krankmachenden Elektrosmog verursacht? Denn wie jeder bereits im Physikunterricht gelernt hat, bildet sich überall dort ein elektrisches Magnetfeld, wo Strom fließt. Daher ist auch der Bereich unter der Solaranlage von diesem magnetischen Feld und seiner Strahlung („Elektrosmog“) betroffen. Doch wie stark ist die Belastung der Bewohner durch den Smog der eigenen Solarstromanlage?

Der Begriff „Elektrosmog“ wird umgangssprachlich für alle elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Felder verwendet, von denen man annimmt, dass sie möglicherweise gesundheitsschädlich sind.

Elektrische Felder treten dort auf, wo elektrische Geräte oder Leitungen mit dem Stromnetz verbunden sind, gleichgültig, ob das Gerät ein- oder ausgeschaltet ist. Je höher die Spannung ist, desto höher ist die Feldstärke. Elektrische Felder werden stark durch ihre Umgebung beeinflusst, da jedes leitfähige Material die Feldstärken im Raum verändert. Daher lassen sich diese Felder leicht abschirmen: Bereits massive Hauswände können die elektrische Feldstärke um bis zu 90 % reduzieren.

Magnetische Felder entstehen immer dann, wenn Strom fließt. Je mehr Strom fließt, umso stärker das Magnetfeld. Geräte mit hohem Stromverbrauch erzeugen daher grundsätzlich auch stärkere Felder. Magnetfelder durchdringen – anders als elektrische Felder – nahezu ungehindert fast alle Materialien und sind nur mit großem Aufwand und teuren Spezialwerkstoffen abzuschirmen.

Den elektrischen und magnetischen Feldern gemein ist, dass sie nur in der Nähe der Quelle auftreten und ihre Stärke mit wachsender Distanz rasch abnimmt. Elektrische und magnetische Felder, die ihre Ausrichtung nicht ändern, bezeichnet man als statische Felder oder Gleichfelder. Bei Wechselfeldern unterscheidet man „niederfrequente“ und „hochfrequente“ Felder.

Niederfrequenzfelder schwingen bis zu 9.000-mal pro Sekunde (9.000 Hertz bzw. 9 Kilohertz). Weit verbreitete Quellen hierfür sind Hochspannungsleitungen, Transformatoren, Erdkabel und Bahnoberleitungen, aber auch elektrische Haushaltsgeräte und die häusliche Stromversorgung.

Hochfrequenzfelder haben dagegen eine Frequenz zwischen 9 Kilohertz und 300 Gigahertz. Quellen für hochfrequente Felder sind Radiosender, Funksendeanlagen, Mobiltelefone, medizinische Geräte, Mikrowellenherde, schnurlose Funktelefone (DECT), aber auch funkgesteuerte Diebstahlsicherungen. Viele Funktechniken nutzen Frequenzen im Bereich von 100 bis 3.000 Megahertz. Hochfrequente Felder werden zur Funkübertragung von Daten, wie zum Beispiel beim Rundfunk oder mobilen Telefonieren oder Surfen, genutzt. Die Intensität des Funkfeldes nimmt schnell ab, bei größerem Abstand vom Sender/von der Quelle.

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Zum Schutz der Bevölkerung vor schädlichen Einwirkungen auf die Gesundheit sind in der Verordnung über elektromagnetische Felder (26. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes – 26. BImSchV) Grenzwerte und Vorsorgeanforderungen festgelegt. Diese Verordnung gilt u.a. für ortsfeste Sendefunkanlagen (z.B. also Mobilfunk) und für Anlagen der Stromversorgung, wie Hochspannungsfreileitungen und das Stromnetz der Bahn. Da die Wirkungen hoch- und niederfrequenter Felder verschieden sind, gibt es je nach Frequenzbereich unterschiedliche Grenzwerte.

Der Elektrosmog einer Photovoltaik-Anlage hat daher nur dann einen spürbaren Effekt, wenn man sich der Anlage stark nähert, beispielsweise bei einem ausgebauten und bewohnten Dachgeschoss. Gerade hier ist jedoch besondere Vorsicht geboten, da der Dachraum häufig als Schlafraum genutzt wird und der Gesetzgeber für das Schlafen unter Photovoltaikanlage besonders niedrige Grenzwerte festgelegt hat.

Um zu beurteilen, wie schädlich eine Solaranlage auf dem Hausdach ist, unter dem man sein eigenes Schlafzimmer hat, muss man sich die Feldstärken und Flusswerte von PV-Anlagen anschauen und diese mit den Grenzwerten vor Allem für das magnetische Gleichfeld vergleichen. Wird das Dachgeschoss nur als Wohnraum genutzt, so gelten entsprechend die Grenzwerte für Wohnräume.

Baubiologen hingegen, richten sich nicht nur nach eindeutig nachweisbaren Auswirkungen sondern auch nach reinen Vermutungen über negative gesundheitliche Einflüsse elektromagnetischer Strahlung wie bspw. Schlafstörungen, Müdigkeit, Depressionen, Immunschwäche oder erhöhte Zellteilungsrate. Es ist somit nicht verwunderlich, dass die geforderten Grenzwerte von Baubiologen um den Faktor 500 bis 1000 niedriger sind als die Grenzwerte der 26. Bundesimmissionsschutzverordnung.

Eine Prüfung zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV-Messung) von PV-Modulen der Hochschule Albstadt-Sigmaringen hat ergeben, dass sich das elektrische und magnetische Feld im Bereich von 9 - 3000 kHz an Komponenten von Photovoltaikanlagen im Wesentlichen nicht von den Feldern an anderen elektronischen Haushaltsgeräten unterscheiden. Am Beispiel eines Schaltnetzteils eines Notebooks zeigen die Wissenschaftler, dass die Feldstärkewerte wesentlich über denen am PV-Modul und am Wechselrichter.

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Bezogen auf den Elektrosmog einer Photovoltaikanlage unterscheidet man entsprechend das magnetische Gleichfeld (statisches Feld), also alle elektrischen Komponenten einer PV-Anlage im Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsbereich (DC-Bereich) vor dem Wechselrichter. Hierzu zählen die Module und die ausgedehnte Gleichstromverkabelung des großflächigen Solargenerators.

Dann folgt das magnetische Wechselfeld, also alle Geräte, die mit Wechselstrom betrieben werden und bei einer PV-Anlage alles, was ab dem Wechselrichter verbaut wird. Elektrische Wechselfelder treten eigentlich nur ab dem Wechselrichter Richtung Netz auf. Auch die technische Relevanz des Themas der elektromagnetischen Beeinflussung für die Photovoltaik, ergibt sich daher in erster Linie daraus, dass Wechselrichter in Abhängigkeit von ihrem Schaltungsprinzip Quelle elektromagnetischer Signalkomponenten in einem breiten Frequenzbereich sind.

Da die Solarmodule Gleichstrom erzeugen, besteht bei Lichteinfall zwischen der + und der - Leitung des Solargenerators ein elektrisches Gleichfeld. Bei einem einzelnen Modul sind die elektrischen Feldstärken sehr niedrig und schon im Abstand von wenigen Zentimeter nicht mehr nachweisbar. Bei einer Reihenschaltung von mehreren Solarmodulen zu Solargeneratoren ist das elektrische Feld dort am stärksten, wo die Spannung am höchsten und sich Plus- und Minuspol am nächsten sind; das ist zwischen der Plus-Leitung und der Minus-Leitung, die den Solargenerator mit dem Wechselrichter verbindet.

Diese beiden Leitungen sollten (auch aus Blitzschutzgründen) relativ nahe beieinander verlegt werden. Durch diese räumliche Nähe und der vorgeschriebenen Erdpotentialfreiheit ist das elektrische Gleichfeld nur sehr nahe an den Solarmodulen und den Gleichstromleitungen messbar. Elektrische Gleichfelder sind zudem elektrobiologisch erst ab einer sehr hohen Spannung bedenklich. Nach dem baubiologischen Standard gilt eine Luftelektrizität bis 500 V/m als schwache Anomalie.

Auch die Kabel zwischen Modulen und Wechselrichter sind vergleichsweise unkritisch, da zumindest theoretisch nur Gleichspannungen und Gleichströme vorkommen.

Das magnetische Gleichfeld schwankt bei einer Photovoltaikanlage mit der Sonneneinstrahlung. Als Installationsempfehlung gilt sinngemäß das Gleiche wie bei den elektrischen Feldern. Nach dem baubiologischen Standard gilt ein magnetisches Gleichfeld bis 2 µT als schwache Anomalie. Problematisch sind magnetische Gleichfelder vor allem dann, wenn sie Eisenteile in der Nähe eines Schlafplatzes oder gar im Bett magnetisieren.

Im Wechselrichter werden Gleichstrom und Gleichspannung der Solargeneratoren in 50 Hz Wechselstrom- und Wechselspannung umgewandelt. Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Verfahren für diese Umwandlung. In einer Solarstromanlage sind elektrische Wechselfelder vor allem an der Wechselspannungsleitung vom Zähler zum Wechselrichter und am Wechselrichter selbst vorhanden. Obwohl in den Leitungen zu den Solarmodulen nur Gleichstrom fließt und theoretisch der Wechselrichter nur sinusförmigen Strom erzeugen und in das 50 Hz-Netz mit sinusförmiger Spannung einspeisen sollte, sind an diesen Leitungen häufig elektrische Wechselfelder messbar. Dieses Phänomen kann auf folgende Umstände zurückgeführt werden:

1. Sind die Gleichstromleitungen in der Nähe von Wechselspannungsleitungen verlegt, koppeln sie in das vorhandene elektrische Wechselfeld der Wechselspannungsleitungen ein. Das elektrische Wechselfeld z.B. einer Leitung zu einer Steckdose oder zum Dachbodenlicht, kann dadurch noch an den Solarmodulen gemessen werden.
2. Einige trafolose Wechselrichter trennen nicht sauber zwischen der Wechselspannungs- und der Gleichstromseite. Die Folge ist ein elektrisches Wechselfeld auf den Solarmodulen. Die Rahmen von Modulen in Anlagen mit trafolosen Wechselrichtern müssen (nach VDE) daher geerdet werden. Zur Elektrosmogreduzierung ist die Erdung jedoch nicht ausreichend.

Ein Problem können auch die von den Wechselrichtern erzeugten Rückwirkungen in das Stromnetz darstellen. Durch das Zerhacken des Gleichstroms und Umformung in einen Wechselstrom entstehen hochfrequente Oberwellen (Störspannungen). Wechselrichter mit einem Hochfrequenztrafo haben zwar geringere magnetische Wechselfelder, dafür aber eben die hochfrequenten Felder. Elektrische Felder – auch hochfrequente – lassen sich jedoch relativ leicht abschirmen.

Die Kabel zwischen Wechselrichter und Netz verhalten sich wie normale Stromkabel. Durch die Leitung fliest 50 Hz Wechselstrom. Die Leitung verhält sich aber grundsätzlich genau wie die Kabel zu Großgeräten wie Elektroherd oder Waschmaschine. Häufig ist der Wechselrichter in der Nähe des Hausanschlusses oder des Zählerkastens montiert. Die kurze Verbindungsleitung zum Zähler macht sich dann kaum bemerkbar, da im Bereich um den Hausanschlusskasten auch viele andere Kabel ähnliche Abstrahlungen erzeugen.

Magnetische Wechselfelder treten eigentlich nur ab dem Wechselrichter Richtung Netz auf - allerdings nur bei Tage. Diese Wechselfelder sind für den menschlichen Organismus wesentlich schädlicher als Gleichfelder. Die Stärke der magnetischen Wechselfelder ist abhängig von der jeweiligen Sonneneinstrahlung. Wechselrichter sollten daher in einem größeren Abstand zu tagsüber benutzten Schlaf- und Ruhebereichen montiert werden.

Aber auch im DC-Bereich kann man Wechselfelder aufgrund von in der Nähe befindlichen Wechselstromleitungen messen. Dann kommt hinzu, dass bei Wechselrichtern keine vollständige Trennung zwischen DC- und AC-Seite besteht. Also gibt es auch auf der Generatorseite Wechselfelder. Diese sind besonders ausgeprägt bei trafolosen Wechselrichtern. Dadurch entstehen die höheren Feldstärke-Werte für Anlagen mit trafolosen Wechselrichtern. (Deshalb müssen auch die Module geerdet werden).

Bei elektronischen Wechselrichtern entstehen daher kaum Wechselfelder, dafür viele Oberwellen. Bei elektronischen Wechselrichtern sollten daher die Leitungen zu den Photovoltaik-Modulen geerdet werden. Die Oberwellen („Dirty Power“) in den Leitungen können durch den Einsatz von Filtern vermieden werden. Wechselrichter mit Trafo erzeugen hingegen wenig Oberwellen in den Leitungen, dafür aber erhebliche Magnetfelder.

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In einem Solarstromspeicher wird Strom als Gleichstrom gespeichert. Beim Be- und Entladen wird dieser Strom je nach Einbindung des Speichers zuerst vom Wechselrichter in Wechselstrom und dann vom Batteriewechselrichter in Gleichstrom gewandelt, um ihn zu speichern, und beim Entladen wieder in Wechselstrom konvertiert (AC-System; "alternating current") oder direkt von den Solarmodulen mit Gleichstrom beladen und nur beim Ausspeichern vom Batteriewechselrichter in Wechselstrom umgewandelt (DC-System; "direct current").

Je nach Einbindung der Solarbatterie in das PV-Anlagensystem variiert die Häufigkeit des Auftretens von Wechselfeldern. Wie beim Anlagenwechselrichter auch, treten dann am Batteriewechselrichter und an den Wechselstrom führenden Stromleitungen elektrische und magnetische Wechselfelder auf. Hinsichtlich des auftretenden Elektrosmog ist daher eine DC-Einbindung des Stromspeichers zu empfehlen, da bei dieser Einbindung eine weitere Wandlung des Stromes von Gleich- in Wechselstrom entfällt.

Wie die Wechselrichter der PV-Anlagen auch unterliegen Batteriespeichersysteme für Solaranlagen der Elektromagnetische Verträglichkeit-Richtlinie (EMV-Richtlinie), um auf dem europäischen Markt angeboten zu werden. In welchen Größenordnungen die Aussendung elektromagnetischer Felder bei den verschiedenen Stromspeicher-Systemen auftreten, werden von den Prüfinstituten, die die Konformität der Solarakkus prüfen, erhoben und können beim Hersteller des Stromspeichers erfragt werden.

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PV-Module von sich aus sind nicht in der Lage elektromagnetische Strahlen von sich zu geben. Denn Photovoltaikmodule und Gleichstromkabel zum Wechselrichter erzeugen vor allem Gleichfelder. Diese sind bereits nach wenigen Zentimeter Abstand geringer als natürliche Felder.

Selbst wenn Sie also unter den Solarmodulen auf dem Dach schlafen – über elektromagnetische Strahlung müssen Sie sich keine Sorgen machen. Zumal zu den Schlafenszeiten keine Sonne scheint und die Photovoltaikanlage auch nicht arbeitet: Sind die Module auf einem Schrägdach montiert, unter dem sich ein Wohnraum befindet, sind die Feldstärken in etwa 50 cm Entfernung deutlich kleiner als das natürliche Magnetfeld.

Ausschlaggebend für die elektromagnetische Abstrahlung von PV-Modulen ist der an den PV-Generator angeschlossenen Wechselrichter. Ein PV-Generator bestehend ausmehreren Modulen und der ausgedehnten Gleichstromverkabelung stellt ein strahlungsfähiges Gebilde ähnlich einer Antenne dar. Die vom Wechselrichter und alle weiteren wechselstromseitigen Geräte erzeugen Wechselfelder.

Diese sind allerdings viel schwächer als etwa die Felder durch andere technische Geräte wie Laptop-Netzteile und betreffen den Menschen durch den üblichen Aufstellungsort im Keller nicht.

Grundsätzlich ist die zusätzliche Elektrosmog-Belastung durch eine Photovoltaikanlage bei richtiger Ausführung, verhältnismäßig gering. Beispielsweise ist das magnetische Wechselfeld einer trafobetriebenen Halogenleuchte oder eines kleinen Radios neben dem Bett häufig höher als die an einer Photovoltaikanlage gemessenen Werte.

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Dennoch gibt es Maßnahmen, um Photovoltaik-Elektrosmog weitetestgehend zu reduzieren:

• Die Emission von elektrischer und magnetischer Strahlung lässt sich im Hochfrequenzbereich von 9 kHz – 3000 kHz durch Abschirmungsmaßnahmen z.B. durch eine Aluminium-Folie an der Modulrückseite reduzieren.
• Verwendung von Wechselrichtern mit einem metallischen Gehäuse
• Verwendung von Wechselrichtern mit Transformator, bei denen Gleichstromseite und Wechselstromseite galvanisch getrennt sind
• Durch das Erden der Modulrahmen (Erdung des Minuspols auf der Gleichstromseite) lässt sich das elektrische Feld im hochfrequenten Bereich deutlich reduzieren.
• Einsatz von Wechselrichtern mit Netzfilter auf Gleich- und Wechselstromseite oder Installation zusätzlicher externer Netzfilter
• Die Verlegung der Solarleitungen (+ und -) in geringem Abstand zueinander sorgt dafür, dass sich die elektromagnetischen Felder teilweise aufheben oder Verlegung in Metallrohren zur Abschirmung der Felder
• Durch eine zusätzliche Verdrillung der Plus- und Minusleitung und eine Minimierung der Leiterschleifen auf dem Dach kann die Einkopplung von Wechselfeldern weiter reduziert werden.
• Verlegung der Gleichstromleitungen fernab von Wechselspannungsleitungen um ein Einkoppeln der Wechselfelder zu verhindern
• Der Wechselrichter sollte weit weg von Ruhezonen, möglichst im Keller, installiert werden. Damit lässt sich der Elektrosmog auf ein Minimum reduzieren.

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