Verkabelung von PV Modulen

Das Friese & Röver - Glossar

Verkabelung von PV-Modulen (Photovoltaik-Modulen)

 mit Fokus auf typische Anlagen (Hausdach-PV mit Wechselrichter)

1. Grundprinzip der Stromerzeugung mit PV-Anlagen

Photovoltaik-Module erzeugen stes Gleichstrom (DC). Deshalb werden die Module über Solarkabel mit einem Wechselrichter verbunden, der den Gleichstrom in Wechselstrom (AC) für das Hausnetz umwandelt.

Typischer Aufbau einer privaten PV-Anlage:

• PV-Module → Gleichstrom(-Solar)-Kabel → Gleichstrom-Trenn-/Schutzeinrichtungen → Wechselrichter → Hausnetz

2. Reihenschaltung

Bei Dachanlagen werden Module meistens in Reihe geschaltet.

Beispiel: 3 PV-Module

• Modul 1: 40 V
• Modul 2: 40 V
• Modul 3: 40 V

in Reihe:

• Resultierende Spannung: 40 + 40 + 40 = 120 V
• Strom:ist überall gleich

Vorteile:

• höhere Spannung = gringerer Strom = geringere Leitungsverluste
• längere Kabelwege möglich
• Wechselrichter arbeitet effizienter

Wichtig:

• Bei der Dimensionierung muss die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters beachtet werden.
• Bei Kälte sinkt der Widerstand der Halbleiter, aus denen die PV-Module bestehen, deshalb steigt die Leerlaufspannung steigt bei Kälte an, das muss ebenfalls berücksichtigt werden.

3. Parallelschaltung

Mehrere Strings können parallel angeschlossen werden.

Beispiel: 2 Strings (Gruppen von PV-Modulen)

• String A: 10 A
• String B: 10 A

parallel:

• Spannung überall gleich
• Strom addiert sich → 20 A

Wird genutzt:

• bei großen Anlagen
• bei unterschiedlichen Dachflächen
• wenn mehr Module eingesetzt werden sollen, als die Eingangsspannung des Wechselrichters erlaubt

4. Kabel und Stecker

Anforderungen an Solarkabel:

• UV-beständig und witterungsfest
• doppelt isoliert
• meist 4–6 mm² Leiterquerschnitt

Der aktuelle Standard in Europa: H1Z2Z2-K

Als Verbinder werden meist MC4-Steckverbinder bzw. kompatible Systeme eingesetzt.

Wichtig: Stecker unterschiedlicher Hersteller sind nicht immer kompatibel.

5. Polarität

PV-Kabel sind Gleichstrom-Kabel, deshalb mus beim Aufbau immer Plus (+) und Minus (−) beachtet werden.

Falschpolung kann z.B. Wechselrichterfehler, Lichtbögen und Schäden an Komponenten verursachen. Deshalb muss vor dem Anschluss

• die Spannung gemessen
• die Polarität geprüft
• jede Steckverbindung kontrolliert

werden.

6. Kabelführung auf dem Dach

Es sollte immer beachtet werden, dass Kabel:

• nicht lose auf dem Dach liegen
• gegen Scheuern geschützt werden
• mit UV-beständigen Befestigungen gefüht werden

Im Kabelweg unbedingt zu vermeiden sind scharfe Kanten und die Verlegung durch Stellen, an denen sich Wasser sammeln kann, außerdem muss die Verlegung so erfolgen, dass eine starke Zugbelastung an Steckern ausgescghlossen ist.

7. Verschattete Stellen im String

Ein verschattetes Modul kann den ganzen String negativ beeinflussen. Deshalb besitzen moderne PV-Module meist Bypass-Dioden, die das verschattete Modul überbrücken, um das Modul nicht als vergrößerten Widerstand wirken zu lassen, der den Stromfluss behindert. Das Modul ist in diesem Fall wirkungslos, trägt also nichts zur Stromproduktion bei. Deshalb sind bei der Planung von PV-Anlagen dauerhaft verschattete Bereiche innerhalb eines Strings zu vermeiden.

8. Sicherheitsaspekte

PV-Strings können hohe DC-Spannungen von mehrere hundert Volt liefern, die auch bei ausgeschaltetem Wechselrichter bestehen bleibt.

Deshalb

• dürfen DC-Stecker niemals unter Last getrennt werden
• müssen immer geeignete DC-Trenner verwendet werden
• muss der Schutz gegen Überspannung/Blitz berücksichtigt werden
• sind geltende Normen zu beachten

9. Typische Fehler bei PV-Verkabelung

10. Tipps für die Planung eines Strings (vereinfacht)

Ausgehend vom eigenen Energiebedarf müssen folgende Parameter berücksichtigt werden:

• Modulanzahl
• Modulspannung (Vmpp/Voc)
• Temperaturbereich
• Wechselrichterdaten
• Kabellänge
• Spannungsverluste

Es sollte darauf orientiert werden, lieber längere Strings vorzusehen, deren resultierende Ausgangsspannung mit dem Wechselrichter zusammenpasst. Die Spannungsverluste sollten 2% oder kleiner sein.