Vollständiger Leitfaden für die Sicherung von Solarmodulen

Während die meisten Solarmodule 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 Solarmodule abzusichern sind, mit klaren Diagrammen und Expertenempfehlungen.

Warum Sie Solarmodule absichern müssen

Das Absichern von Solarmodulen ist die entscheidende erste Verteidigungslinie für Ihr PV-System, da 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 Solarmodule abzusichern sind

Das Absichern von Solarmodulen ist üblicherweise erforderlich in Solaranlagen, bei denen Module parallel geschaltet sind. Dies ist eine wichtige Sicherheitsmaßnahme, um Ihre Verkabelung und Komponenten vor Überstrombedingungen zu schützen, die bei Fehlern auftreten können.

Als Faustregel müssen Sie Solarmodule in folgenden Situationen absichern:

Bei Verwendung von drei oder mehr Strings an einen Laderegler

In vielen Solarsystemen werden Solarmodule 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 String ein Kurzschluss auftritt, fließt Strom von den anderen Strings in den kurzgeschlossenen, da dieser den Weg mit dem geringsten Widerstand bietet. Dies kann zu einem kombinierten Strom führen, der weit über dem liegt, was die Verkabelung oder das Solarmodul sicher verkraften kann, was Überhitzung oder sogar Brand verursachen kann. Deshalb ist eine Sicherung notwendig.

Beim Anschluss von drei oder mehr Solarmodulen parallel (auch in einem einzelnen String)

Selbst wenn Sie nicht mehrere Strings kombinieren, sondern einfach drei oder mehr Solarmodule direkt parallel anschließen, ist das Risiko dasselbe. Wenn ein Modul einen Kurzschluss hat, können die anderen Module in dieses zurückspeisen, was zu gefährlichem Überstrom führt. Eine Sicherung an jedem Modul verhindert dies.

Diese Empfehlungen basieren auf praktischen Erfahrungen bei der Anwendung der NEC-Code-Standards:

• Laut NEC 690.9(A)(2) ist ein Überstromschutz erforderlich, wenn der maximale Strom in einem Stromkreis die Kurzschlussstrombewertung des Photovoltaikmoduls überschreitet.
• Außerdem spezifiziert NEC 690.8(A)(1)(a), dass der maximale Strom als Kurzschlussstrom des Moduls multipliziert mit 1,25 berechnet werden soll.

Beispielsweise, wenn Sie vier 100W Solarmodule parallel schalten und jedes Modul einen Kurzschlussstrom (Isc) von 5,45 Ampere hat, beträgt der maximale Strom für jedes Modul 5,45 × 1,25, was ungefähr 6,81 Ampere entspricht.

Wenn vier dieser Module parallel geschaltet sind, würde der potenzielle Kurzschlussstrom im kombinierten Stromkreis etwa 21,8 Ampere (5,45A × 4) erreichen.

Welche Sicherungsgröße für Solarpanel

NEC 690.8(B) besagt außerdem, dass die Größe der Überstromschutzeinrichtung berechnet werden soll, indem der maximale Stromkreisstrom (wie in NEC 690.8(B)(1)(a) definiert) mit einem zusätzlichen Faktor von 1,25 multipliziert wird.

Mit anderen Worten verlangt der NEC nicht nur, den maximalen Strom mit 125 % des Kurzschlussstroms des Panels zu bestimmen, sondern gibt auch vor, dass die Sicherungsgröße 125 % dieses Ergebnisses betragen muss. Dies führt zu einem Gesamtfaktor von 1,56 (1,25 × 1,25) zur Berechnung der richtigen Sicherungsbewertung in Photovoltaiksystemen.

Für parallel innerhalb eines Strings geschaltete Solarmodule wird die korrekte Sicherungsgröße berechnet, indem der Nenn-Isc jedes einzelnen Moduls mit 1,56 multipliziert wird. Dies stellt sicher, dass die Sicherung den höchsten erwarteten Strom bewältigen kann und gleichzeitig die Verkabelung und Module bei einem Fehler schützt.

Für Solarmodule 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 bewertet ist. Dies verhindert übermäßigen Rückstrom von den anderen Strings, falls ein String einen Kurzschluss erleidet.

Wie man eine Solarpanel-Sicherung einsetzt

Vorsichtsmaßnahmen vor der Installation

1. Trennen Sie alle Stromquellen

Trennen Sie vor Arbeiten an Ihrer Solaranlage das Solarmodul von allen Stromquellen, einschließlich Stromnetz, Laderegler, Wechselrichter und Batterien. Befolgen Sie ordnungsgemäße Lockout/Tagout-Verfahren, indem Sie Schaltkreise 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. Verwenden Sie ein Multimeter, um vor Berührung der Leitungen die Spannung auf Null zu überprüfen. Verwenden Sie niemals Haushaltswerkzeuge als Ersatz, da ungeeignetes Equipment Lichtbögen oder Brände verursachen kann.

3. Persönliche Schutzausrüstung

Schutzbrillen schützen vor Funken durch versehentliche Kurzschlüsse, während isolierte Handschuhe (1.000V+ Bewertung) vor Gleichstromschlägen schützen. Tragen Sie flammhemmende Kleidung, wenn Sie in der Nähe von Batterien arbeiten. Nicht leitfähiges Schuhwerk verhindert Stromschläge über den Erdungsweg.

Schritt 1. Berechnen Sie den Maximalstrom des Solarmoduls/Strings

Beginnen Sie damit, den Kurzschlussstrom (Isc) jedes Solarmoduls aus dem Spezifikationsetikett des Herstellers zu ermitteln. Für jedes Modul oder jeden String berechnen Sie den Maximalstrom mit dem NEC 690.8(A)(1)(a)-Multiplikator:

Für ein einzelnes 100W-Solarmodul, das wir zuvor erwähnt haben, beträgt der Isc 5,45A, somit ist sein Maximalstrom 6,81A.

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	Stromstärke	Formel
Serien-String	Strom entspricht dem Isc des Panels	Maximalstrom = Isc × 1,25
Parallele String	Der Strom ist die Summe aller Isc der Panels	Maximalstrom = (I₁ + I₂ + ... + Iₙ) × 1,25

Schritt 2. Bestimmen Sie die richtige Sicherungsbewertung

Nachdem Sie den Maximalstrom für jedes Panel oder jeden String berechnet haben, bestimmen Sie die passende Sicherungsbewertung, indem Sie den Maximalstrom mit 1,25 multiplizieren. Anders gesagt, Isc × 1,56.

Das 100W-Solarmodul benötigt also eine Sicherung von mindestens 8,51A, die auf die nächsthöhere Standard-Sicherungsgröße aufgerundet werden sollte, typischerweise eine 10A-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 für die Sicherungsbewertung
Serien-String	Strom entspricht dem Isc des Panels	Sicherungsbewertung = Isc × 1,56
Parallele String	Der Strom ist die Summe aller Kurzschlussströme (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 installiert werden, so nah wie möglich an der Solarquelle. Diese Platzierung stellt sicher, dass im Falle eines Fehlers 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-Steckverbinder am Pluskabel des Solarmoduls. Dann setzen Sie die MC4 Inline-Sicherung ein, indem Sie sie direkt zwischen den positiven MC4-Steckverbinder 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. Installation und Anschluss von DC-Trenner und Leistungsschalter

Nach dem Absichern der Solarmodule installieren und verbinden Sie ordnungsgemäß Solar-Trennschalter und Leistungsschalter. Dies ist gemäß NEC 690.15 und 690.9(A) für alle Photovoltaiksysteme vorgeschrieben, wobei bei Bedarf eine geeignete Leiterverlängerung erlaubt ist, um eine sichere Trennung und Überstromschutz zu gewährleisten.

Schritt 5. Testen und Einschalten des Systems

Führen Sie vor dem Einschalten des Systems eine Sichtprüfung durch, überprüfen Sie die Leitungsdurchgängigkeit und die korrekte Polarität mit einem Multimeter, und schalten Sie das System dann schrittweise ein, wobei Sie Spannung und Betrieb überwachen, um sicherzustellen, dass alles sicher und ordnungsgemäß ohne Fehler oder Störungen funktioniert.

Häufig gestellte Fragen zum Absichern von Solarmodulen

Benötige 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 keinen übermäßigen Strom zurückspeisen, was Überhitzung oder Brand verursachen könnte. Jede Sicherung schützt ihr einzelnes Modul vor Rückstrom, der von den anderen geliefert wird.

Ist es erforderlich für zwei parallel geschaltete Solarmodule?

Wenn nur zwei Solarmodule parallel geschaltet sind, wird normalerweise keine Sicherung benötigt, da der maximale Rückstrom in einen fehlerhaften Strang auf den Strom von nur einem anderen Strang begrenzt ist. Die meisten Solarmodule und deren Verkabelung sind so ausgelegt, dass sie dieses Stromniveau 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 Zwei-Strang-Anordnung kann jedoch weiterhin eine persönliche Präferenz für zusätzliche Sicherheit, einfachere Fehlersuche und Seelenfrieden sein.

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 von sich aus keinen höheren Strom erzeugen als seine eigene Kurzschlussstrombewertung, daher besteht kein Risiko eines Überstroms, der vom Modul selbst ausgeht.