Unterdimensionierte Gleichstromkabel verursachen Spannungsabfall, Stromausfall und Brandgefahr. Überdimensionierte Kabel verschwenden Geld für Kupfer. Das Ziel der Kabeldimensionierung besteht darin, den Mindestquerschnitt zu finden, der den Auslegungsstrom bei akzeptablem Spannungsabfall und Temperaturanstieg über die gesamte Lebensdauer des Kabels von 25 Jahren sicher überträgt. Dieser Leitfaden behandelt die technischen Schritte zur Dimensionierung von Gleichstromkabeln von PV-Strings zum Wechselrichter gemäß der Praxis von IEC 60364 und EN 50618.
Schritt 1: Bestimmen Sie den Auslegungsstrom
Bei einem PV-Stringkabel ist der maximale Betriebsstrom der Kurzschlussstrom (Isc) des Moduls bei STC. Das Kabel muss diesen tragen, ohne seinen Nennstrom unter den schlechtesten Betriebsbedingungen zu überschreiten.
Der Auslegungsstrom für DC-Strangkabel beträgt:
Idesign = 1,25 × Isc(STC)
Der Faktor 1,25 berücksichtigt Einstrahlungsbedingungen über 1.000 W/m² (die kurzzeitig bei Wolkenrandverstärkungen auftreten) und bietet eine Sicherheitsmarge gemäß IEC 60364-7-712.
Für ein typisches 400-Wp-Modul mit Isc = 10,0 A: Idesign = 12,5 A pro String.
Für ein Combiner-Ausgangskabel, das N Strings parallel versorgt: Idesign = 1,25 × Isc × N.
Schritt 2: Temperaturreduzierung anwenden
Die Kabelstromwerte werden bei einer Referenzumgebungstemperatur angegeben (typischerweise 30 °C für erdverlegte Kabel, 40 °C für Leitungen/freie Luft). Bei höheren Temperaturen muss das Kabel reduziert werden:
| Umgebungstemperatur | Derating-Faktor (Cu-Kabel, VPE-Isolierung) |
|---|---|
| 30°C (Referenz) | 1.00 |
| 40°C | 0.87 |
| 50°C | 0.71 |
| 60°C | 0.50 |
| 70°C | 0,00 (Kabel nicht über 70°C für Standard-XLPE geeignet) |
In heißen Klimazonen, in denen die Dachoberflächen Temperaturen von 60–70 °C erreichen, müssen für die entlang der Unterseite der Paneele verlegten Kabel Kabel mit höheren Temperaturwerten (PV-Kabel mit einer Nenntemperatur von 120 °C oder 150 °C – EN 50618-zertifiziert) anstelle von Standard-XLPE für 90 °C verwendet werden. Geben Sie bei der Dimensionierung von Kabeln in heißen Klimazonen immer die Installationstemperatur und nicht die Umgebungslufttemperatur an.
Schritt 3: Wenden Sie die Derating-Installationsmethode an
Kabel in Leitungen oder gebündelt werden heißer als einzelne Kabel in freier Luft. Der Derating-Faktor der Installationsmethode:
| Installationsmethode | Derating-Faktor |
|---|---|
| Einzelkabel, freie Luft | 1.00 |
| 2 Kabel berühren sich, freie Luft | 0.87 |
| 3 Kabel in flacher Anordnung, freie Luft | 0.79 |
| 3 Kabel im Kabelkanal (nicht mehr als 2 Stromkreise) | 0.70 |
| Kabel im Aufputzkanal | 0.75 |
Für die minimal erforderliche Kabelleistung: Irated(min) = Idesign ÷ (Temperaturreduzierung × Installationsreduzierung)
Beispiel: 12,5 A Auslegungsstrom, 50 °C Umgebungstemperatur, im Kabelkanal:
Irated(min) = 12,5 ÷ (0,71 × 0,70) = 12,5 ÷ 0,497 = 25,2 A Mindestkabelnennwert
Den Kabeltabellen zufolge hat ein 4-mm²-Kupfer-PV-Kabel (EN 50618) eine Freiluftnennleistung von etwa 50 A, was nach der Leistungsreduzierung 50 × 0,497 = 24,8 A ergibt – geringfügig unzureichend. Geben Sie an 6 mm² (Nennwert ~65 A, herabgesetzt auf 32,3 A) – ausreichend mit Spielraum.
Schritt 4: Spannungsabfall prüfen
Der Spannungsabfall in den DC-Strangkabeln verringert den MPPT-Betriebsbereich des Wechselrichters und verursacht ohmsche Leistungsverluste. Der maximal zulässige Spannungsabfall für Stringkabel beträgt normalerweise:
- 1 % von Vmpp bei STC — für hochwertige Installationen
- 2 % von Vmpp bei STC — maximal akzeptabel (IEC 60364-Leitlinie)
Spannungsabfallformel: ΔV = 2 × L × I × ρ / A
Dabei ist L = Einwegkabellänge (m), I = Auslegungsstrom (A), ρ = spezifischer Widerstand (0,0175 Ω·mm²/m für Kupfer), A = Kabelquerschnitt (mm²). Der Faktor 2 berücksichtigt sowohl Plus- als auch Minusleiter.
Für 100 m Strangstrecke (einseitig), 12,5 A, 4 mm² Kabel:
ΔV = 2 × 100 × 12,5 × 0,0175 / 4 = 10,9 V
Wenn Vmpp pro String = 30 Module × 32 V = 960 V, dann 10,9/960 = 1,14 % – akzeptabel. Bei einem 200-m-Lauf verdoppelt sich der Spannungsabfall auf 2,3 % und überschreitet den Grenzwert von 2 %. Auf 6 mm² vergrößern oder Stranglänge reduzieren.
Schritt 5: Wählen Sie das Kabel aus
PV-DC-Kabel müssen nach EN 50618 (oder gleichwertiger IEC 62930) für Photovoltaik-Außenanwendungen zertifiziert sein. Wichtige Zertifizierungen:
- UV-Beständigkeit: PV-Kabel müssen mehr als 25 Jahre UV-Strahlung standhalten, ohne zu reißen
- Temperaturbewertung: Standardkabel nach EN 50618, ausgelegt für 90 °C Dauerbetrieb. Geben Sie 120 °C oder 150 °C für Dachinstallationen mit heißem Klima an
- Systemspannung: Muss für die Systemspannung ausgelegt sein – 1.000 V oder 1.500 V
- Halogenfrei: Von den meisten Normen für Installationen gefordert, bei denen die Emission giftiger Dämpfe im Brandfall ein Problem darstellt
Im Solarbereich übliche Querschnitte: 4 mm² (Wohngebäude, kurze C&I-Stränge), 6 mm² (die meisten C&I-Strangkabel), 10 mm² (Combiner-Ausgänge, längere Strecken), 16 mm² oder 25 mm² (Haupt-DC-Hauptkabel vom Combiner zum Wechselrichter).