Ermittlung und Berechnung der PV Kabelquerschnitte - Kabeldurchmesser

Welcher Kabelquerschnitt sollte AC-seitig (Wechselrichter zum Einspeisezähler) und DC-seitig (Module zum Wechselrichter) für die Solarkabel verwendet werden?

Zwei Parameter haben wesentlichen Einfluss auf die Verluste, die durch die Kabelverbindungen

• von den Modulen zum Wechselrichter
• vom Wechselrichter zum Einspeisezähler

1. Der verwendete Kabelquerschnitt bzw. Kabeldurchmesser
   
2. Die Länge der Kabelverbindungen
   

Generell ist ein möglichst großer Kabelquerschnitt bei möglichst kurzen Kabellängen optimal. Da sich der Wechselrichter oft im Keller befindet, die PV-Module aber auf dem Dach befestigt sind, muss zwangsläufig diese oft recht lange Strecke überwunden werden. Kabelstrecken von 50 Metern und mehr sind keine Seltenheit. Bei Reihenschaltung der Module (Normalfall) sollten die Wechselrichter möglichst nahe am Einspeisezähler montiert sein, da die Verluste aufgrund der Kabellänge auf der Wechselstromseite höher als auf der Gleichstromseite sind. Das ist sehr vorteilhaft, da ein Wechselrichter wegen der dort höheren Temperatur nicht unter dem Dach sondern im Keller montiert werden sollte. Dort befindet sich auch zumeist der Einspeisezähler.

Berechnung Kabelverluste anhand der Parameter Stromstärke, Kabelquerschnitt und Kabellänge:

Die Leistungsverluste können anhand der Auslegungssoftware der Wechselrichterhersteller ermittelt werden.

SMA stellt mit der Software Excel-Tabelle zur einfachen Dimensionierung der elektrischen Leitungen einer PV-Anlage; für Gleich-, Wechsel- und Drehstrom Voraussetzung: Excel > 7.0 ein Tool zur Verfügung, mit dem auch komplizierte Kabelberechnungen vollzogen werden können. Das ist aber für einen Nicht-Fachmann bestimmt übers Ziel hinausgeschossen.

Wichtig ist zu wissen, dass die Kabelverluste nicht über 1% liegen sollten.

Wer die Software nicht extra installieren möchte, kann die Verluste auch anhand folgender Formel berechnen:

Pv = ( 2 x L x Impp² ) / ( 56 x A )
Pv% = Pv x 100% / P

Pv: Verlust [W]
L: einfache Kabellänge [m]
Impp: Strom, der über die Leitung fließt [A]
A: Querschnitt Solarkabel[mm²]
Pv%: Verlust [%]
P: Gesamtleistung des Strings [W]

Anhand der ermittelten Ergebnisse, können die Verluste mit unterschiedlichen Kabelquerschnitten hochgerechnet werden. Anschließend kann man abschätzen, ob sich evtl. der höhere Preis für ein Kabel mit größerem Querschnitt über die Laufzeit von 20 Jahren rechnet. Am besten lässt man sich von seinem Solarteur entsprechende Alternativangebote unterbreiten.

Verwendete Kabelquerschnitte AC/DC-seitig bei der Anlage "High-Light":

Für die DC-Seite (DC = engl. Direct Current = Gleichstrom), also von den Modulen auf dem Dach zu den Wechselrichtern sind Tyco Solarkabel mit einem Kabelquerschnitt von 6 mm² eingesetzt worden.
Für die AC-Seite (AC = engl. Alternate Current = Wechselstrom), also von den Wechselrichtern zum Einspeisezähler Kabel mit einem Querschnitt von 10 mm².
Wir wollen einmal ausrechnen, wie groß die Unterschiede bei kleineren Kabeldurchmessern wären. Es soll schon Anlagen montiert worden sein, die mit Kabelquerschnitten DC-seitig von 2,5 mm² und AC-seitig mit 4 mm² installiert wurden.

Die Auslegungssoftware von SMA Sunny Design liefert eine Auswertung der Leitungsverluste. Geben wir die zwei Varianten ein, kommen wir auf folgendes Ergebnis:

Kleine Kabelquerschnitte:

DC-Seite: 2,5 mm²
AC-Seite: 4 mm²

Große Kabelquerschnitte:

DC-Seite: 6,0 mm²
AC-Seite: 10 mm²

Also 0,96% zu 0,39% Prozent, macht insgesamt einen Unterschied von ca. 0,5%. Das klingt nicht nach sehr viel.

Rechnen wir weiter aus, was das über eine Laufzeit der Anlage über 20 Jahre ausmacht:

Wenn wir von 1.100 kWh/kwp bei der Anlage "High-Light" ausgehen, so kommen wir im Jahr auf:

1.100kWh/kWp x 10,08 kWp x 0,4921 €/kWh = 5.456 € pro Jahr
Ergebnis nach 20 Jahren: 20 x 5.456 € = 109.120 €

Gegenrechnung mit 0,5% zusätzlichem Verlust durch verringerte Kabelquerschnitte:

1.100 kWh/kWp - 0,5% = 1.095 kWh/kWp

1.095 kWh/kWp x 10,08 kWp x 0,4921 €/kWh = 5.432 € pro Jahr
Ergebnis nach 20 Jahren: 20 x 5.432 € = 108.640 €

Gesamtdifferenz: 109.120 € - 108.640 € = 480 €

Ist über einen Zeitraum von 20 Jahren nicht sehr viel, daher den Solarteur fragen, welche Mehrkosten durch die größeren Kabelquerschnitte entstehen.

Hier sei aber noch einmal kurz erwähnt, dass Kleinvieh auch Mist macht. Es gibt immer wieder Punkte bei der Auslegung der Photovoltaikanlage, bei denen man mal hier, mal da ein paar zehntel Prozent rausquetschen kann. Jeder einzelne Punkt für sich erscheint nicht erwähnenswert, aber in der Summe können sich gewaltige Unterschiede von Anlage zu Anlage ergeben. Hier ein paar wichtige Punkte zur Erinnerung:

• Wechselrichter (Unterschiede im Wirkungsgrad von 3% sind nicht selten! Die Zeitschrift Photon hat bei ihren Wechselrichtertests Unterschiede bis zu 8% ermittelt! (Siehe oben, was 0,5% bereits ausmachen!)
  
• Module (Temperaturkoeffizient beachten, auch hier können Unterschiede von 0,2%/K sehr viel ausmachen)
• Hinterlüftung der Module. Ist evtl. eine Kreuzschienenmontage möglich oder sinnvoll? Bessere Hinterlüftung hat geringere Temperaturen zur Folge!
  
• Schatten, der beseitigt werden kann? Gilt hauptsächlich für Satellitenschüsseln oder Bäume im eigenen Garten.
• Kabelquerschnitte Photovoltaik
  
• Montageort Wechselrichter. Ein kühler Raum erhöht den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Wechselrichters