Während die meisten Solarpanels eingebaute Bypass-Dioden enthalten, um Rückstromfluss zu verhindern, dienen Sicherungen als wichtige Redundanzschutzmaßnahme, wenn Dioden ausfallen oder unerwartete elektrische Fehler auftreten. Noch wichtiger ist, dass elektrische Vorschriften (NEC 690.8, NEC 690.9) in bestimmten Szenarien Sicherungen vorschreiben, um die Systemsicherheit und Einhaltung zu gewährleisten.
Dieser Leitfaden erklärt warum, wann und wie Solarpanels abgesichert werden sollten, mit klaren Diagrammen und Expertenempfehlungen.
Warum Sie Solarpanels absichern müssen
Das Sichern von Solarpanels fungiert als kritische erste Verteidigungslinie für Ihr PV-System, indem es übermäßigen Strom sofort durch Schmelzen und Isolieren fehlerhafter Stromkreise unterbricht. Dies verhindert Überhitzung, Brände und Geräteschäden, die durch elektrische Anomalien wie Blitzeinschläge oder interne Fehler verursacht werden.
Wann Solarpanels abgesichert werden sollten
Das Sichern von Solarpanels ist in Solaranlagen, in denen Module parallel geschaltet sind, häufig erforderlich. Dies ist eine wichtige Sicherheitsmaßnahme, um Ihre Verkabelung und Komponenten vor Überstrombedingungen zu schützen, die bei Fehlern auftreten können.
Als Faustregel sollten Sie Solarpanels in folgenden Situationen absichern:
Bei Verwendung von drei oder mehr Strängen an einen Laderegler
In vielen Solarsystemen werden Solarpanels zuerst in Reihe geschaltet (zur Erhöhung der Spannung) und dann parallel kombiniert (zur Erhöhung des Stroms) zu einem einzigen Laderegler oder Hybridwechselrichter.
Wenn in einem Strang ein Kurzschluss auftritt, wird Strom von den anderen Strängen in den kurzgeschlossenen Strang fließen, da dieser den Weg mit dem geringsten Widerstand bietet. Dies kann zu einem kombinierten Strom führen, der die sichere Belastbarkeit der Verkabelung oder des Solarpanels deutlich überschreitet, was Überhitzung oder sogar Brand verursachen kann. Deshalb ist eine Sicherung notwendig.
Anforderungen für die Sicherung von Solarmodulen
- Eine Überstromschutzeinrichtung ist erforderlich, wenn der maximale Strom in einem Stromkreis die Kurzschlussstrombewertung des Photovoltaikmoduls überschreitet.
- Außerdem sollte der maximale Strom als der Kurzschlussstrom des Moduls multipliziert mit 1,25 berechnet werden.
Zum Beispiel, wenn Sie vier 100W Solarpanels parallel anschließen und jedes Panel einen Kurzschlussstrom (Isc) von 5,45 Ampere hat, dann wäre der maximale Strom für jedes Panel 5,45 × 1,25, was ungefähr 6,81 Ampere entspricht.
Wenn vier dieser Panels parallel geschaltet sind, würde der gesamte potenzielle Kurzschlussstrom im kombinierten Stromkreis etwa 21,8 Ampere (5,45A × 4) erreichen.
Welche Sicherungsgröße benötige ich für ein Solarpanel
NEC 690.8(B) besagt weiterhin, dass die Größe der Überstromschutzeinrichtung berechnet werden sollte, indem der maximale Stromkreisstrom (wie in NEC 690.8(B)(1)(a) definiert) mit einem zusätzlichen Faktor von 1,25 multipliziert wird.
Für parallel innerhalb eines Strings geschaltete Solarmodule wird die richtige Sicherungsgröße berechnet, indem der Nenn-Isc jedes einzelnen Moduls mit 1,56 multipliziert wird. So ist sichergestellt, dass die Sicherung den höchsten erwarteten Strom aushält und gleichzeitig die Verkabelung und Module im Fehlerfall schützt.
Für Solaranlagen mit drei oder mehr parallel geschalteten Strings muss jeder String durch eine Sicherung geschützt sein, die mindestens 1,56-fach des Gesamt-Isc dieses Strings ausgelegt ist. Dies verhindert übermäßigen Rückstrom von anderen Strings, falls ein String einen Kurzschluss hat.
So sichern Sie Solarmodule ab
Vorsichtsmaßnahmen vor der Installation
1. Trennen Sie alle Stromquellen
Trennen Sie vor Arbeiten an Ihrer Solaranlage das Solarfeld von allen Stromquellen, einschließlich Netz, Laderegler, Wechselrichter und Batterien. Befolgen Sie die richtigen Lockout-/Tagout-Verfahren, indem Sie die Stromkreise physisch isolieren und Warnschilder anbringen.
2. Verwenden Sie geeignete Werkzeuge & Ausrüstung
Verwenden Sie stets isolierte Werkzeuge wie Schraubendreher, Zangen und Crimpzangen, die für hohe Gleichspannung ausgelegt sind, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Nutzen Sie ein Multimeter, um vor Berührung der Leitungen Spannungslosigkeit zu prüfen. Verwenden Sie niemals Haushaltswerkzeuge, da ungeeignete Ausrüstung Lichtbögen oder Brände verursachen kann.
3. Persönliche Schutzausrüstung
Schutzbrillen schützen vor Funken durch versehentliche Kurzschlüsse, während isolierende Handschuhe (mindestens 1.000 V) vor Gleichstromschlägen schützen. Tragen Sie flammhemmende Kleidung, wenn Sie in der Nähe von Batterien arbeiten. Nichtleitendes Schuhwerk verhindert Stromschläge über den Boden.
Schritt 1. Berechnen Sie den Maximalstrom des Solarmoduls/Strings
Beginnen Sie damit, den Kurzschlussstrom (Isc) jedes Solarmoduls aus dem Herstellerdatenblatt zu ermitteln. Für jedes Modul oder jeden String:
Maximalstrom = Isc × 1,25
Für ein einzelnes 100-W-Solarmodul, das wir zuvor erwähnt haben, beträgt der Isc 5,45 A, sodass der Maximalstrom 6,81 A beträgt.
Wenn mehrere Strings parallel geschaltet sind und jeder String entweder in Serie oder parallel verdrahtet sein kann, hängt die Berechnung des Maximalstroms von der Verdrahtungskonfiguration jedes Strings ab.
| String-Typ | Aktuell | Formel |
|---|---|---|
| Serien-String | Strom entspricht dem Isc des Moduls | Maximalstrom = Isc × 1,25 |
| Parallele String | Strom ist die Summe aller Isc der Module | Maximalstrom = (I₁ + I₂ + ... + Iₙ) × 1,25 |
Schritt 2. Bestimmen Sie die richtige Sicherungsgröße
Nachdem Sie den Maximalstrom für jedes Modul oder jeden String berechnet haben, bestimmen Sie die passende Sicherungsgröße, indem Sie den Maximalstrom mit 1,25 multiplizieren. Anders gesagt: Isc × 1,56.
Sicherungsauslegung = Maximalstrom × 1,25 = Isc × 1,56
Das 100-W-Solarmodul benötigt also eine Sicherung von mindestens 8,51 A, die auf die nächsthöhere Standardgröße aufgerundet werden sollte, typischerweise eine 10-A-Sicherung.
Ebenso hängt bei mehrsträngigen Parallelsystemen die passende Sicherungsgröße von der Anschlussart der Solarmodule ab, und jeder String sollte aus Sicherheitsgründen einzeln abgesichert werden.
| String-Typ | Strombeschreibung | Formel zur Sicherungsauslegung |
|---|---|---|
| Serien-String | Strom entspricht dem Isc des Moduls | Sicherungsauslegung = Isc × 1,56 |
| Parallele String | Strom ist die Summe aller Isc der Module | Sicherungswert = (I₁ + I₂ + ... + Iₙ) × 1,56 |
Schritt 3. Sicherungshalter installieren und Sicherungen anschließen
Die Sicherung sollte am Plusleiter jedes Solarmoduls oder Strangs so nah wie möglich an der Solarquelle installiert werden. Diese Platzierung stellt sicher, dass bei einem Fehler irgendwo stromabwärts die Sicherung auslöst und den Strom unterbricht, um Schäden zu verhindern.
MC4 Inline-Sicherungen sind für Plug-and-Play mit MC4-Steckverbindern konzipiert. Zum Installieren trennen Sie zuerst die MC4-Stecker am Pluskabel des Solarmoduls. Dann setzen Sie die MC4 Inline-Sicherung ein, indem Sie sie direkt zwischen den Plus-MC4-Stecker des Moduls und die Systemverkabelung stecken.
PV-Sicherungen werden üblicherweise an jedem Plusleiter der Solarmodule innerhalb der Sammelbox installiert, wo mehrere Stränge zusammengeführt werden. Verbinden Sie den Plusleiter jedes Strangs mit seinem Sicherungskontakt und setzen Sie die passende PV-Sicherung ein.
Schritt 4. DC-Trennschalter und Leistungsschalter installieren und anschließen
Nach dem Absichern der Solarmodule installieren und verbinden Sie Solar-Trennschalter und Leistungsschalter. Dies ist gemäß NEC 690.15 und 690.9(A) für alle Photovoltaiksysteme vorgeschrieben, wobei bei Bedarf eine geeignete Leitungsverlängerung erlaubt ist, um eine sichere Trennung und Überstromschutz zu gewährleisten.
Schritt 5. System testen und einschalten
Führen Sie vor dem Einschalten des Systems eine Sichtprüfung durch, überprüfen Sie mit einem Multimeter die Leitungsdurchgängigkeit und die korrekte Polarität, und schalten Sie das System dann schrittweise ein, wobei Sie Spannung und Betrieb überwachen, um sicherzustellen, dass alles sicher und fehlerfrei funktioniert.
Häufig gestellte Fragen zum Absichern von Solarmodulen
Brauche ich für jedes parallel geschaltete Solarmodul eine Sicherung?
Ja, wenn Sie drei oder mehr Solarmodule parallel schalten, muss jedes Modul einzeln abgesichert werden. Dies stellt sicher, dass wenn ein Modul ausfällt oder einen Kurzschluss hat, die anderen nicht zu viel Strom zurückspeisen, was Überhitzung oder Brand verursachen könnte. Jede Sicherung schützt ihr einzelnes Modul vor Rückstrom von den anderen.
Ist es erforderlich bei zwei parallel geschalteten Solarmodulen?
Wenn nur zwei Solarmodule parallel geschaltet sind, ist eine Sicherung normalerweise nicht erforderlich, da der maximale Rückstrom in einen fehlerhaften Strang auf den Strom eines anderen Strangs begrenzt ist. Die meisten Solarmodule und deren Verkabelung sind so ausgelegt, dass sie diesen Strom sicher handhaben können. Zum Beispiel, wenn jeder Strang 10 Ampere liefert und ein Strang einen Kurzschluss entwickelt, kann der andere nur 10 Ampere zurückspeisen, was innerhalb der sicheren Betriebsgrenze der meisten PV-Systeme liegt.
Das Hinzufügen von Sicherungen in einer Zweistrang-Anlage kann jedoch aus persönlicher Vorliebe für zusätzliche Sicherheit, einfachere Fehlersuche und mehr Ruhe sorgen.
Benötigt ein einzelnes Solarmodul eine Sicherung?
Normalerweise benötigt ein einzelnes Solarmodul keine Sicherung, solange es nicht Teil einer Parallelschaltung mit anderen Modulen und der Verkabelung ist. Ein einzelnes Solarmodul kann nicht mehr Strom erzeugen als seine eigene Kurzschlussstrom-Bewertung, daher besteht kein Risiko eines Überstroms, der vom Modul selbst ausgeht.
