Grundlagen der Solarpanel-Verkabelung: Vollständiger Leitfaden und Tipps zur Verkabelung einer PV-Anlage

Photovoltaik (PV)-Anlagen gehören weltweit zu den wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Das Erlernen der Grundlagen der Verkabelung von Solarmodulen ist aus Sicherheits- und praktischen Gründen eines der wichtigsten Werkzeuge in Ihrem Repertoire an Fähigkeiten, schließlich weisen PV-Anlagen in Wohngebäuden Spannungen von bis zu 600 V auf.

Es gibt drei Verkabelungsarten für PV-Module: Reihenschaltung, Parallelschaltung und Reihenparallelschaltung. Um die Verkabelung von Solarmodulen zu erlernen, müssen Sie Schlüsselkonzepte erlernen, den richtigen Wechselrichter auswählen, die Konfiguration des Systems planen, lernen, wie man die Verkabelung durchführt und vieles mehr. In diesem Artikel werden wir Ihnen all dies beibringen und Ihnen Wochen, wenn nicht sogar Monate harter Beschäftigung mit diesem Thema ersparen.

Inhaltsverzeichnis

Der „Solarpanel-String“ ist das grundlegendste und wichtigste Konzept bei der Solarpanel-Verkabelung. Dabei handelt es sich einfach um mehrere in Reihe oder parallel verschaltete PV-Module.

Solarmodule verfügen über positive und negative Anschlüsse. Unter Reihenschaltung von Solarmodulen versteht man die Verkabelung des Pluspols eines Moduls mit dem Minuspol des folgenden Moduls usw. für den gesamten Strang. Dieser Verkabelungstyperhöht die Ausgangsspannung, die an den verfügbaren Terminals gemessen werden kann.

Parallelschaltung von Solarmodulenerhöht den Ausgangsstrom, während die Spannung konstant bleibt . Der Ausgangsstrom ist die Summe aller von den Modulen im String erzeugten Ströme.

Parallel verdrahtete Solarmodule müssen ebenfalls den NEC-Vorschriften entsprechen. Dazu gehören die Leitergröße und Überstromgeräte. Dies wird berechnet, indem der Kurzschlussstrom (Isc) um 125 % überdimensioniert wird, unter Berücksichtigung der Anzahl der Module im System, wie in NEC 690.8(A)(1) und NEC 690.8(A)(2) angegeben.

Es gibt eine Solarpanel-Verkabelung, die Reihen- und Parallelschaltungen kombiniert, die sogenannte Reihenparallelschaltung. Diese Verbindung verdrahtet Solarmodule in Reihe, indem sie positive mit negativen Anschlüssen verbindet, um die Spannung zu erhöhen, und verbindet diese Strings parallel. Alle parallel geschalteten Solarmodulstränge müssen die gleiche Spannung aufweisen und außerdem NEC 690.7, NEC 690.8(A)(1) und NEC 690.8(A)(2) entsprechen. Um eine optimale Leistung im System zu gewährleisten, müssen die Module in allen Fällen vom gleichen Modell sein.

Sie sollten sich vorher über die Werkzeuge informieren, die zur Verkabelung von Solarmodulen verwendet werden. Dabei handelt es sich um das Crimpwerkzeug und das Solarstecker-Montagewerkzeug.

Mit der Crimpzange wird die Anschlussplatte des Solarsteckers an die blanke Leitung gecrimpt. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um einen MC4, den beliebtesten in der Solarbranche. Mit dem Solarstecker-Montagewerkzeug werden alle Teile eines MC4-Steckers an der Buchsen-/Stecker-Verbindungsplatte festgezogen. Dieses Werkzeug dient auch zum Entriegeln des Steckers nach dem Einstecken.

Der Solarpanel-Wechselrichter ist eine der wichtigsten Komponenten einer PV-Anlage. Diese Komponente wandelt von Solarmodulen erzeugte Gleichstromenergie in Wechselstromenergie mit der richtigen Spannung für Ihre Geräte um. Der Ausgang ist eine reine Sinuswelle mit einer Spannung von 120 V Wechselstrom (USA) oder 240 V Wechselstrom (Europa).

Die Verkabelung von Solarmodulen untereinander kann mit vorinstallierten Kabeln an den Modulen erfolgen. Für die Erweiterung der Verkabelung zum Wechselrichter oder Servicepanel ist jedoch die Auswahl des richtigen Kabels erforderlich. Für PV-Dachinstallationen können Sie das PV-Kabel verwenden, das in Europa als TÜV-PV-Kabel oder Solarkabelstandard EN 50618 bekannt ist. Für bodenmontierte PV-Anlagen, die unterirdische Installationen erfordern, benötigen Sie ein Underground Service Entrance (USE-2)-Kabel.

In PV-Anlagen kommen zwei Arten von Wechselrichtern zum Einsatz: Mikro-Wechselrichter und String-Wechselrichter. Beide verfügen über MC4-Anschlüsse, um die Kompatibilität zu verbessern. In diesem Abschnitt werden wir jeden von ihnen und ihre Details erklären.

String-Wechselrichter oder Zentralwechselrichter sind die gebräuchlichste Option in PV-Anlagen und eignen sich für in Reihe oder seriell parallel verdrahtete Solarmodule. Zentralwechselrichter wandeln den Gleichstrom für den gesamten String um und werden daher für PV-Anlagen ohne Teilverschattung empfohlen.

Mikro-Wechselrichter können in PV-Anlagen eingesetzt werden, die teilverschattet sind oder nicht, oder auch in solchen, die in Zukunft modular erweitert werden sollen. Ein Mikrowechselrichter wandelt Gleichstrom für ein einzelnes Modul in Wechselstrom um und verfügt über einen 120-V-Wechselstromausgang, weshalb Solaranlagen mit Mikrowechselrichtern ausschließlich parallel geschaltet werden.

Durch die Planung der Solar-Array-Konfiguration können Sie die richtige Spannungs-/Stromleistung für Ihre PV-Anlage sicherstellen. In diesem Abschnitt erklären wir, was diese Elemente sind und welche Bedeutung sie haben.

Die maximale Gleichspannung muss aus Sicherheitsgründen, NEC-Vorschriften und zur Übereinstimmung mit den technischen Spezifikationen eines Stringwechselrichters begrenzt werden. Der Grenzwert für private PV-Anlagen liegt gemäß den NEC-Vorschriften bei 600 V, dieser kann jedoch je nach Zentralwechselrichter variieren.

Für die Inbetriebnahme eines String-Wechselrichters ist eine Mindest-DC-Eingangsspannung erforderlich, weshalb dies eine wichtige Planungskonfiguration für PV-Anlagen ist. Diese Zahl variiert drastisch je nach ausgewähltem Modell und Marke.

Der maximale DC-Eingangsstrom wird durch die technischen Spezifikationen des Wechselrichters begrenzt. Dieser Wert ist nach der Strom-Spannungs-Kurve (IV-Kurve) für eine Solarzelle ausgelegt. Dies ist ein wichtiger Faktor, der bei der Verkabelung von Solarmodulen berücksichtigt werden muss, da der DC-Ausgang des Systems den maximalen Eingangsstrom für den Wechselrichter nicht überschreiten sollte.

MPPT-Tracker optimieren die Leistungsabgabe von PV-Anlagen unter Berücksichtigung der IV-Kurve. Zentralisierte Wechselrichter mit mehreren MPPT-Trackern können die Leistungsabgabe für Solarmodulstränge mit unterschiedlichen Spezifikationen optimieren, sodass Sie eine komplexere Solaranlage mit dem Wechselrichter verkabeln können. Wenn Ihr Wechselrichter über zwei oder mehr MPPT-Eingänge verfügt, stellen Sie sicher, dass Sie diese ordnungsgemäß nutzen, insbesondere in Szenarien mit mehreren Ausrichtungen oder Verschattungseffekten.

Bisher haben Sie die wichtigsten Konzepte und Planungsaspekte kennengelernt, die vor der Verkabelung von Solarmodulen zu berücksichtigen sind. In diesem Abschnitt stellen wir Ihnen nun eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Verkabelung von Solarmodulen vor.

Die meisten Solarmodule werden mit vorinstallierten MC4-Anschlüssen geliefert, die es Ihnen ermöglichen, Solarmodule miteinander zu verbinden. Für die Endpunkte des Systems können Sie möglicherweise ein MC4-Verlängerungskabel verwenden, das in der Regel in mehreren Größen erhältlich ist, um die PV-Anlage und den Wechselrichter miteinander zu verbinden.

Dennoch ist es wichtig zu lernen, wie man einen PV-Stecker richtig installiert, da es in einigen Fällen oder Abschnitten des Systems erforderlich sein kann, den Anschluss selbst vorzunehmen. Dies wird wahrscheinlich passieren, wenn Sie kein MC4-Verlängerungskabel mit der richtigen Länge finden.

Die Schritte zum Anbringen von Solaranschlüssen an PV-Kabeln sind die folgenden:

Alle Schritte sind im Bild unten dargestellt.

Bei der Reihenschaltung von Solarmodulen muss der Pluspol eines Moduls mit dem Minuspol des nächsten Moduls verbunden werden, wodurch die Spannung erhöht wird. Befolgen Sie dazu die nächsten Schritte:

Die Parallelverkabelung von Solarmodulen erfolgt durch die Verbindung des Minuspols von zwei oder mehr Modulen, während das Gleiche auch mit den Pluspolen geschieht. Der Prozess ist der folgende:

Sie können einen 2-in-1-MC4-Combiner für zwei Module oder größere (4-in-1-Combiner usw.) für mehr Module verwenden. Der Ausgang des MC4-Combiners enthält die parallele Ausgangsverbindung der Solarmodule.

Eine Reihen-Parallel-Verbindung vereint die Vorteile der Reihen- und Parallelverkabelung von Solarmodulen. Um Solarmodule in dieser Konfiguration zu verkabeln, befolgen Sie die nächsten Schritte:

Der Hauptunterschied besteht darinSie verbinden zwei Strings und nicht zwei Module, unter Verwendung der verfügbaren MC4-Anschlüsse am Anfang und Ende des Strings.

Jetzt ist es wichtig, einige Tipps für die Verkabelung von Solarmodulen wie ein Profi zu lernen. Nachfolgend finden Sie eine Liste wichtiger Überlegungen.

Schutzausrüstung ist keine Option, in PV-Anlagen können Sie Gleichstrom mit Spannungen von bis zu 600 V ausgesetzt sein, was äußerst gefährlich ist. Bei PV-Installationen sollten Sie isolierende Handschuhe, elektrische Sicherheitsschuhe, eine Sicherheitsjacke und mehr tragen. All diese Ausrüstung schützt Sie während der Installation.

Eine ordnungsgemäße Verkabelungsverwaltung ist ein wichtiger Aspekt für eine erfolgreiche Installation. Bei der Reihenschaltung von Solarmodulen sind in der Regel zwei wichtige Methoden zu beachten:Leapfrog und Daisy Chain.

Daisy-Chain ist die grundlegende Verkabelungsmethode, bei der ein Panel mit dem nächsten verbunden wird, während Leapfrog einen Draht über ein Modul überspringt, um eine Verbindung zum nächsten herzustellen, wie unten gezeigt. Mit Daisy Chain erhalten Sie eine normale Verkabelung, während Leap Frog Geld bei der Verkabelung spart und Stromverluste durch Wärme reduziert, was die effizienteste Verkabelungstechnik darstellt.

Eine weitere gute Vorgehensweise beim Kabelmanagement ist die Befestigung oder Führung von Kabeln in einem natürlichen Verlauf, indem Kabelbinder verwendet werden und Drähte in Schlaufen gelegt werden, wenn sie zu lang sind. Dadurch werden mechanische Belastungen reduziert, herabhängende Kabel vermieden und die PV-Kabel organisiert und sicher gehalten. Dies ist eine gute Vorgehensweise, um zu verhindern, dass jemand, der auf dem Dach oder Boden läuft, über ein loses Kabel stolpert, die Verbindung beschädigt oder, noch schlimmer, einen Stromschlag erleidet.

Bei der Verkabelung von Solarmodulen kann man nie zu sicher sein. Wenn Sie alle Verbindungen noch einmal überprüfen, sind Sie besonders sicher und können sogar die Möglichkeit von Strom-Hotspots ausschließen, die zu schweren Unfällen im Haus führen könnten.

Das Messen der Spannung für jeden Solarstrang ist bei regulären Installationen äußerst wichtig, vor allem aber bei Serien-Parallel-Installationen. Abgesehen davon, dass es Ihnen bei der ordnungsgemäßen Installation der PV-Anlage hilft, ist es auch eine hervorragende Methode, um zu erkennen, ob ein Solarmodul einen Fabrikfehler aufweist oder ob eine lockere Verbindung vorliegt.

Eine gute Praxis besteht darin, die PV-Anlage etwas über die maximale Leistungsabgabe des Wechselrichters hinaus zu überdimensionieren. Dadurch wird sichergestellt, dass die Anlage bei geringer Sonneneinstrahlung dennoch eine Leistung erzeugen kann, die sehr nahe an der maximalen Nennleistung des Wechselrichters liegt.

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