Elektrotechnische PV-Grundlagen verständlich erklärt: String-Auslegung mit Temperaturkorrektur, Wechselrichter-Dimensionierung, DC-Kabelquerschnitt und Netzanschluss nach VDE AR-N 4105. Mit Rechenbeispielen.
U_String = n × U_mppGesamtspannung einer Modulreihe
E_spez = E_Jahr / P_peakJahresertrag pro installierte Leistung
Photovoltaik-Anlagen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Für die Elektrofachkraft stehen dabei nicht die Module selbst im Vordergrund, sondern die elektrische Verschaltung, die Wechselrichter-Dimensionierung und der Netzanschluss.
Dieser Ratgeber konzentriert sich auf die elektrotechnischen Aspekte: Wie berechne ich die Stringkonfiguration? Welcher Wechselrichter passt? Was muss beim Netzanschluss beachtet werden?
Die wichtigsten Kennwerte aus dem Datenblatt:
| Kennwert | Symbol | Bedeutung bei STC |
|---|---|---|
| Nennleistung | P_mpp | Leistung im MPP(W_p) |
| MPP - Spannung | U_mpp | Spannung im optimalen Arbeitspunkt |
| MPP - Strom | I_mpp | Strom im optimalen Arbeitspunkt |
| Leerlaufspannung | U_oc | Spannung ohne Last(max.) |
| Kurzschlussstrom | I_sc | Strom bei Kurzschluss |
| Temperaturkoeffizient U_oc | α_U_oc | Spannungsänderung pro °C |
| Temperaturkoeffizient P_mpp | α_P_mpp | Leistungsänderung pro °C |
** STC ** (Standard Test Conditions): 1000 W / m², 25°C Zelltemperatur, AM 1, 5
Die Leerlaufspannung bei Kälte darf die max.DC - Spannung des Wechselrichters nicht überschreiten:
** n_max = U_DC_max / U_oc_kalt **
U_oc bei - 10°C(typisch für Deutschland):
Klicken zum Kopieren** U_oc_kalt = U_oc × (1 + α_U_oc × ΔT)**
Die MPP - Spannung bei Hitze muss über der min.MPP - Spannung des WR liegen:
** n_min = U_mpp_min_WR / U_mpp_heiss **
U_mpp bei + 70°C(heiße Dachinstallation):
Klicken zum Kopieren** U_mpp_heiss = U_mpp × (1 + α_U_mpp × ΔT)**
Das Verhältnis von DC - Generatorleistung zu AC - Wechselrichterleistung:
** Verhältnis = P_DC / P_AC_Nenn **
Empfehlungen:
Klicken zum KopierenModerne WR haben mehrere MPP - Tracker(MPPT):
Die DC - Leitung muss dimensioniert werden für:
** Strombelastbarkeit **: I_sc × 1, 25(nach VDE 0100 - 712)
** Spannungsfall **: max. 1 % bis Wechselrichter empfohlen
** Formel Spannungsfall DC:** ΔU = 2 × L × I / (κ × A)
Bei PV: I = I_mpp für Spannungsfall - Berechnung
Typische Werte für String - Leitungen:
- **< 600 W ** (Balkonkraftwerke): Vereinfachte Anmeldung
- **< 30 kWp **: Anmeldung beim Netzbetreiber erforderlich
- **≥ 30 kWp **: Gutachten, ggf.NA - Schutz extern
Klicken zum Kopieren- ** DC - Freischalter ** am String(vor WR)
- ** AC - Sicherungsautomat ** nach WR
- ** NA - Schutz ** (im WR integriert ab < 30 kWp)
Klicken zum Kopieren- Generatorgestell in Potentialausgleich einbeziehen
- Blitzschutz - Potentialausgleich bei äußerem Blitzschutz
Klicken zum KopierenAufgabe
Ein WR hat U_DC_max = 600 V und U_MPP-Bereich 180-550 V. Module: U_oc = 40 V, U_mpp = 33 V, α_U_oc = -0,30 %/K. Wie viele Module pro String?
Lösung
Pro String: min. 7, max. 13 Module. Optimal z.B. 10-12 Module.
Aufgabe
Ein String mit I_sc = 12 A und Kabellänge 30 m einfach (60 m gesamt). Max. 1% Spannungsfall bei U_mpp = 330 V.
Lösung
Mindestens 4 mm² DC-Solarkabel erforderlich.
** DIN VDE 0100 - 712 **: Photovoltaik - Stromversorgungssysteme
** VDE - AR - N 4105 **: Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz
** DIN EN 62446 **: Netzgekoppelte PV - Systeme – Anforderungen an Dokumentation, Inbetriebnahme und Prüfung
Klicken zum KopierenWichtige Festlegungen:
** PV - Elektrotechnik – Zusammenfassung:**
** String - Berechnung:** - n_max = U_DC_max / U_oc_kalt - n_min = U_MPP_min / U_mpp_heiss - Temperaturkoeffizienten beachten!
** DC - Kabel:**
- Bemessungsstrom: I_sc × 1, 25
- Spannungsfall: <1% empfohlen
- Doppelte Länge(Hin + Rück) berücksichtigen
** Wechselrichter:**
- P_DC / P_AC ≈ 0, 9 – 1, 2
- Mehrere MPPT bei unterschiedlicher Ausrichtung
** Anmeldung:**
- Beim Netzbetreiber vor Inbetriebnahme
- Bei ≥ 30 kWp: Gutachten nötig
Klicken zum KopierenIn Deutschland: Minimum -10°C für U_oc_kalt, Maximum +70°C Zelltemperatur für U_mpp_heiss. Die Temperaturkoeffizienten (α) sind im Moduldatenblatt angegeben, typisch -0,30 %/K für U_oc. Bei Südausrichtung und dunklen Dächern sind 70°C Zelltemperatur realistisch.
Die Module erreichen ihre Nennleistung nur selten – nur bei optimaler Einstrahlung von 1000 W/m², 25°C Zelltemperatur und senkrechtem Lichteinfall. In der Praxis liegt die Leistung meist darunter. Ein etwas kleinerer WR ist daher wirtschaftlicher, führt aber bei Spitzenleistung zu leichter Abregelung.
Nur wenn mehr als 2 Strings parallel am selben MPPT angeschlossen sind. Bei nur 1 oder 2 Strings ist der Kurzschlussstrom eines Strings nicht hoch genug, um das andere Kabel zu gefährden. Die Sicherungen müssen dann DC-tauglich sein!