Wie man die Kabelgröße für Solarmodule berechnet

Die Drahtstärke der Solarmodule ist ein wesentlicher Bestandteil der Solarmodulinstallation und beeinflusst direkt Sicherheit, Effizienz und langfristige Leistung. Die falsche Drahtstärke kann zu Leistungsverlust, Überhitzung oder sogar Brandgefahr führen.

In diesem Leitfaden erfahren Sie genau, wie Sie die richtige Drahtstärke basierend auf Spannung, Stromstärke und Entfernung auswählen.

Ampere oder Volt zur Bestimmung der Drahtstärke für Solarmodule

Bei der Bestimmung der Drahtstärke für Solarmodule wird der Strom (Ampere) gegenüber der Spannung priorisiert, da der Strom direkt die Erwärmung und Sicherheit des Drahtes beeinflusst. Wenn Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er Wärme (I²R-Verlust). Je höher der Strom, desto mehr Wärme entsteht. Ist der Draht für den fließenden Strom zu dünn, kann er überhitzen, die Isolierung beschädigen oder sogar einen Brand verursachen. Deshalb ist der Strom der wichtigste Faktor für eine sichere Drahtdimensionierung.

Drahtstärken-Normen, wie sie vom American Wire Gauge (AWG) System definiert sind, basieren darauf, wie viel Strom ein Draht sicher führen kann, ohne übermäßig zu erhitzen. Vor diesem Hintergrund betrachten wir die weiteren wichtigen Faktoren, die die Auswahl der Drahtstärke beeinflussen.

Faktoren, die die benötigte Drahtstärke für Solarmodule beeinflussen

Da Ampere der Hauptfaktor bei der Dimensionierung von Solarmodulleitungen sind, wollen wir untersuchen, wie dies in der Praxis angewendet wird und die Auswahl der Kabelgröße beeinflusst.

1. Verbindung der Solarmodule

Die Verbindung von Solarmodulen, entweder in Reihe oder parallel, beeinflusst stark den durch die Leitungen fließenden Strom und damit die benötigte Drahtstärke.

Bei einer Reihenschaltung addieren sich die Spannungen der einzelnen Module, während der Strom dem eines einzelnen Moduls entspricht. Dies führt zu höherer Spannung, aber relativ niedrigem Strom, was dünnere Drähte ermöglicht.

Bei einer Parallelschaltung ist jedoch besondere Vorsicht geboten, da sich der Strom mit der Anzahl der angeschlossenen Module summiert. Das bedeutet, dass der Strom deutlich ansteigt, was dickere Drähte erfordert, um die höhere Strombelastung sicher zu bewältigen und Überhitzung oder Leistungsverlust zu vermeiden.

2. Kabellänge

Kabel sind wie Wasserrohre: Um die gleiche Menge Wasser (oder Strom) zu transportieren, sind sowohl der Querschnitt als auch die Länge des Rohrs wichtig. Je länger das Kabel, desto höher der Widerstand, was zu Energieverlusten und Spannungsabfall entlang des Kabels führt. Um dem entgegenzuwirken, müssen längere Kabel einen größeren Querschnitt (dickere Drähte) haben, um den gleichen Strom ohne zu großen Spannungsverlust oder übermäßige Wärmeentwicklung zu führen.

Bei Solaranlagen versuchen Installateure oft, die Kabellängen so kurz wie möglich zu halten, um Kosten zu sparen. Eine kürzere Kabellänge bedeutet weniger Widerstand und ermöglicht die Verwendung dünnerer, kostengünstigerer Kabel, ohne Sicherheit oder Effizienz zu beeinträchtigen. Eine sorgfältige Planung der Anordnung der Solarmodule kann helfen, ein Gleichgewicht zwischen Systemleistung und Materialkosten zu finden.

So berechnen Sie die Kabelgröße für Solarmodule

Nachdem wir wichtige Faktoren wie Strom, Spannung, Kabellänge und Modulanschlüsse behandelt haben, gehen wir nun die Schritte durch, um die richtige Kabelgröße für Ihre Solaranlage basierend auf der Leistung und den Entfernungsanforderungen Ihres Systems zu berechnen.

Schritt 1. Berechnen Sie den Strom der Solaranlage

Beginnen Sie damit, die Gesamtleistung Ihrer Solaranlage, die Spezifikationen der verwendeten Module und deren Verschaltung zu bestimmen, sei es in Reihe, parallel oder einer Reihen-Parallelschaltung. Diese Konfigurationen beeinflussen die Gesamtspannung und den Gesamtstrom des Systems, die für die Dimensionierung des Kabels entscheidend sind.

Um den Strom zu ermitteln, beginnen Sie mit dem Kurzschlussstrom (Isc) eines einzelnen Solarmoduls, der normalerweise auf dem Typenschild des Moduls zu finden ist. Je nachdem, wie Ihre Module angeschlossen sind, variiert der Gesamtstrom wie folgt:

Anschlusstyp	Wie es funktioniert	Gesamtstrom (Ampere)
Serie	Die Spannung summiert sich; der Strom bleibt gleich	Gleich dem Isc eines einzelnen Moduls
Parallel	Die Spannung bleibt gleich; der Strom summiert sich	Isc × Anzahl der Module
Reihen-Parallelschaltung	Module werden in Reihenschaltungen gruppiert und dann parallel geschaltet	Isc × Anzahl der Parallelschleifen

Nach der Berechnung des Gesamtstroms multiplizieren Sie diesen mit einem Gesamtanpassungsfaktor von 1,56, wie in NEC 690.8 und 690.9 angegeben. Dieser Faktor berücksichtigt einen Multiplikator von 1,25 für dauerhafte Last und einen weiteren Multiplikator von 1,25 für Temperatur- und andere Korrekturfaktoren, um sicherzustellen, dass der ausgewählte Draht den Strom der Solaranlage sicher führen kann.

Schritt 2. Messen Sie die Länge des benötigten Kabels

Verschiedene Verbindungstypen beeinflussen indirekt die Komplexität der Kabelführung und den tatsächlichen Verkabelungsweg, was wiederum die insgesamt benötigte Kabellänge beeinflusst. Insbesondere:

• In einer einfachen Reihen- oder Parallelschaltung ist die Verkabelung normalerweise unkompliziert. Die Kabellänge hängt hauptsächlich von der physischen Entfernung zwischen den Modulen und zwischen den Modulen und dem DC-Leistungsschalter ab. Sie messen die gesamte Hin- und Rückstrecke entlang des tatsächlichen Kabelwegs.
• Für parallele Reihenschaltungen müssen zwei separate Kabellängen gemessen und die Drahtgrößen entsprechend ausgewählt werden: eine für die Verkabelung von jeder Solarmodulreihe zur Sammelbox (wo der Strom niedriger, aber die Kabellängen länger sein können) und eine andere für die Verkabelung von der Sammelbox zum DC-Leistungsschalter (wo der Strom höher, aber die Kabellängen in der Regel kürzer sind).
• Für mehrere parallel geschaltete Reihenschaltungen muss die Kabellänge jeder Leitung in zwei Abschnitten gemessen werden. Da sich diese Stränge an unterschiedlichen Positionen befinden können, laufen ihre Kabel in einer Sammelbox zusammen, was zu mehreren Kabelstrecken unterschiedlicher Länge führt. Um einen ausgeglichenen Stromfluss zu gewährleisten, ist es wichtig, die Kabellängen jeder parallelen Leitung so gleich wie möglich zu halten. Wenn die Gegebenheiten vor Ort dies erschweren, verwenden Sie die längste Kabelstrecke als Basis und fügen Sie den kürzeren Strecken zusätzliche Länge hinzu, um sie anzupassen.

Schritt 3. Bestimmen Sie die Drahtgröße für das Solarmodul

Der letzte Schritt besteht darin, die richtige Drahtstärke zu bestimmen. Die Drahtgröße muss groß genug sein, um den in Schritt 1 berechneten Strom über die gesamte Kabellänge zu führen und dabei den Spannungsabfall innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten, typischerweise unter 3 %, wie vom National Electrical Code (NEC) und den Standards der Solarindustrie empfohlen.

Bestimmen Sie zuerst den Strom (Ampere), den Ihr System führen wird, und messen Sie dann die gesamte Hin- und Rückkabellänge (vom Modul zum Regler und zurück). Finden Sie im Tabellenblatt den Schnittpunkt von Strom und Entfernung, um die empfohlene Drahtstärke zu ermitteln.

Zum Beispiel, wenn Sie ein 200-Watt-Solarmodul mit einem Nennstrom von etwa 9,35 Ampere und einer Hin- und Rückleitungslänge von 50 Fuß bei 12 Volt haben, führt die Anwendung eines Sicherheitsfaktors von 1,56 zu einem Auslegungsstrom von ungefähr 14,6 Ampere. In diesem Fall wird 8 AWG Kupferdraht empfohlen, um den Spannungsabfall innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Wenn Sie zwei Paneele parallel anschließen (insgesamt 400 Watt), beträgt der angepasste Strom etwa 29,2 Ampere, und 6 AWG ist geeignet.

Bei drei Paneelen (600 Watt) erreicht der Strom etwa 43,7 Ampere, was 4 AWG Kupferdraht erfordert.