Die Verkabelung von PV-Modulen auf der DC-Seite einer gewerblichen Photovoltaikanlage muss sorgfältig kalkuliert, geplant und umgesetzt werden. Sie hat sie einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung und Sicherheit der Anlage. Gerade bei größeren Anlagen, bei denen mehrere hunderte oder tausende PV-Module verbaut werden, ist die Berechnung und Zusammensetzung der einzelnen Strings im Zusammenspiel mit den Wechselrichtern einer der Faktoren, der die gesamte Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage beeinflusst. Außerdem gibt es viele gesetzliche Vorschriften, die dabei beachtet werden müssen.
Die Planung ist der Schlüssel
Bevor mit der Verkabelung der PV-Module begonnen wird, ist immer eine sorgfältige Planung unerlässlich. Dabei werden nicht nur die Ausrichtung und Neigungswinkel der PV-Module exakt berechnet, sondern auch schon die passenden Module inkl. des Ständerwerks ausgesucht. Während der Kalkulationsphase werden ebenfalls sämtliche Modul-Strings mit den optimalen Positionen ihrer Wechselrichter nach den baulichen Gegebenheiten bestimmt. Erst im Anschluss können die geeigneten Kabeltypen, Längen, Querschnitte und Steckverbindungen ausgewählt werden. Wichtige Punkte, die bei der Kabelauswahl beachtet werden sollten, sind:
- Effizienz vs. Kosten: Je dickere ein Kabel ist, desto besser leitet es. Demnach sind Kabel mit einem größeren Durchmesser effizienter, aber sie sind in der Anschaffung auch teurer. Der Kabelquerschnitt sowie die Kabellängen sollten demnach genauestens berechnet werden.
- Skalierbarkeit & Flexibilität: Durch die lange Lebensdauer von PV-Modulen, die mindestens 25 Jahre beträgt, sollte eine PV-Anlage skalierbar installiert werden, damit ein Unternehmen sie flexibel erweitern oder verändern kann. Daher ist auch die Kabelführung essenzieller Bestandteil der Planungen.
- Sicherheit & Zuverlässigkeit: Qualitativ hochwertige Kabel mit guter Isolierung und dem richtigen Durchmesser, sorgen für eine zuverlässige Stromversorgung im Unternehmen, reduzieren Ausfälle und erhöhen die Sicherheit, wenn sie korrekt verlegt werden.
Geliefert werden die meisten Solarmodule mit einem Kabelquerschnitt von 4 mm². Dies muss bei der Berechnung der Strings und deren Kabelauswahl berücksichtigt werden. Bei verhältnismäßig kurzen Strings reichen Kabel mit dem gleichen Querschnitt aus. Bei sehr langen Strings können Verluste durch den Einsatz von Verteilerkästen reduziert werden.
String-Auslegung: Verkabelung von PV-Modulen in Reihen- oder Parallelschaltung
Die Planung der String-Auslegung wird immer auf die Anforderungen der PV-Anlage und den Spezifikationen der Wechselrichter ausgerichtet. In einer Reihenschaltung werden die positiven Anschlüsse aller Module miteinander verbunden, ebenso wie die negativen Anschlüsse. Dies erhöht die Spannung des Strings, während die Stromstärke konstant bleibt. In einer Parallelschaltung werden die positiven Anschlüsse und die negativen Anschlüsse separat miteinander verbunden. Dadurch erhöht sich die Stromstärke, während die Spannung konstant bleibt. Diese Art der String-Schaltung verhindert, dass der gesamte String ausfällt, wenn ein einzelnes Modul weniger Leistung abwirft oder defekt ist.
Möglich ist aber auch eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung, die auch als „Stringing“ oder „Array-Design“ bezeichnet wird. Es ist eine wichtige Methode zur Optimierung der Leistung und Spannung in Solarstromanlagen. Diese Art der Verschaltung ermöglicht es, die einzelnen PV-Module so miteinander zu verbinden, dass die Gesamtleistung und Spannung den Anforderungen des Wechselrichters und des Systems entsprechen. Um dabei die optimale Leistung zu erzielen, werden mehrere Strings in Parallel geschaltet. Das bedeutet, dass Sie mehrere Reihen von Modulen haben, die in Reihenschaltung miteinander verbunden sind, und diese Reihen werden dann parallel zueinander geschaltet.
Vorgaben für die Auswahl der DC-Kabel und Steckverbinder sowie deren Verlegung
Nachdem die Daten der PV-Module und Wechselrichter vorliegen und sämtliche Planungen der PV-Anlage vorliegen, kann mit der Auswahl der richtigen Kabel und Steckverbinder begonnen werden, die die PV-Module und die Wechselrichter verbinden. Grundsätzlich sind bei der gesamten Leitungsführung die Normen DIN VDE 0100-520 und 0100-712 einzuhalten. Dabei gilt beispielsweise, dass das Risiko eines Erd- oder Kurzschlusses durch doppelte und verstärkte Isolierung auf ein Minimum reduziert werden muss.
Außerdem müssen die Kabel ausreichende Spannungsfestigkeit, Strombelastbarkeit und entsprechende Querschnitte vorweisen. Auch die Verlegung von PV-Kabeln ist durch die DIN EN 50618 VDE 0283-618 eindeutig geregelt. Sämtliche Steckverbindungen im DC-Bereich müssen der DIN VDE 0126-3 entsprechen. Festgelegt sind auch die Strangsicherungen sowie Strang- und Bypassdioden, um Schäden an der PV-Anlage zu vermeiden. Diese leiten den Strom um Module herum, die durch Verschattung oder andere Probleme nicht mehr effizient arbeiten. Dadurch wird verhindert, dass die gesamte Anlage durch den Leistungsabfall eines einzigen Moduls beeinträchtigt wird. Bei der Verlegung der Kabel sind Biegeradien einzuhalten und Leitungsschleifen sollten vermieden werden.
Generell müssen Solarteure die Leitungen vor äußeren Einflüssen wie Wind, Regen, Schnee oder Eis schützen und sie in Rohren oder auf Kabelbrücken verlegen. Dabei müssen sämtliche Bauteile selbstverständlich witterungsbeständig sein, und es wird empfohlen, die Plus- und Minusleitungen getrennt zu verlegen. In der DIN DVE 0100-200 und der DIN VDE 0185-305-3 wird darüber hinaus die Funktions- sowie der Blitzschutzpotentialausgleiche geregelt. Nach solch einer ordnungsgemäßen Verkabelung der PV-Module mit den Wechselrichtern auf der DC-Seite und einem entsprechenden Anschluss auf der AC-Seite, ist auch eine große gewerbliche PV-Anlage relativ wartungsarm und sicher.
Fehlern bei der Verkabelung von PV-Modulen aufdecken durch PV-Monitoring
Die Verkabelung von PV-Modulen ist ein wichtiger Schritt bei der Installation einer gewerblichen Photovoltaikanlage und sollte nicht unterschätzt werden. Eine sorgfältige Planung, die Auswahl der richtigen Komponenten und die Einhaltung von Sicherheitsstandards sind entscheidend für einen langfristig hohen Ertrag einer PV-Anlage. Daher wird die korrekte Verkabelung aller Strings mit den Wechselrichtern bei CUBE CONCEPTS nicht nur während der Installation und vor der Inbetriebnahme mehrfach kontrolliert und dokumentiert, sondern auch während des Betriebs ständig monitoriert. So ist sichergestellt, dass immer die optimale Leistung erzielt wird und die saubere, nachhaltige Energiegewinnung die Umwelt schont und die Stromkosten reduziert.