Die Verkabelung von Photovoltaikanlagen

Auch wenn die Verkabelung einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) auf den ersten Blick nicht sonderlich schwer erscheint, weil die einzelnen Solarmodule in der Regel über Steckverbindungen verfügen, müssen bei der Leitungsführung bis zum Wechselrichter auch Solarstromanlagen zahlreiche Sicherheitsanforderungen erfüllen. Ungeeignete Solarkabel oder eine unsachgemäße Kabelverlegung mindern nicht nur die Leistung einer PV-Anlage, sondern stellen auch ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.

Für die Solarstromanlage gelten generell die Regeln der Elektroinstallation. Deshalb heißt es: Ab dem Netzanschluss sind Arbeiten an der gesamten Elektroinstallation für Laien grundsätzlich tabu! Grundlage dafür ist §13 Abs. 2 Satz 4 der „Niederspannungsverordnung“ (NAV) sowie die DIN VDE 0100-1000. Doch vor dem Einspeisepunkt an die Hauselektrik gibt es für die Durchführung der Verkabelung bisher keine Regelungen oder Vorschriften.

Dennoch: Eine normgerechte Verkabelung einer PV-Anlage stellt für Laien eine ziemliche Herausforderung dar. Denn sie Verkabelung muss „nach den anerkannten Regeln der Technik erfolgen“. Es ist deshalb ratsam, die Installation der Kabel von einem Elektriker oder einem Solartechniker durchführen zu lassen. Allein schon aus Gründen des Versicherungsschutzes.

Grundlage sind korrekte Kabel

Solarkabel sind speziell entwickelte Kabel für PV-Anlagen und unterliegen der Norm EN 50618. Die Solarkabel spielen eine entscheidende Rolle für die einwandfreie und dauerhafte Funktion einer PV-Anlage. Diese Leitungen sind nämlich für die dauerhafte Verwendung im Außenbereich über viele Jahre unter wechselnden Klimabeanspruchungen geeignet. Deshalb dürfen nur Kabel mit dem Aufdruck H1Z2Z2-K verwendet werden.

Da PV-Anlagen Gleichstrom produzieren, gilt nach DIN VDE 0100-712, dass alle Gleichstromleitungen so zu errichten sind, dass das Risiko eines Erdschlusses oder Kurzschlusses auf ein Minimum reduziert werden muss. Es muss sichergestellt werden, dass die Kabel nicht beschädigt werden können. Bei der Verlegung ist somit insbesondere darauf zu achten, dass keine scharfkantigen Stellen vorhanden sind sowie die maximal zulässigen Biegerade und Befestigungsabstände (DIN VDE 0298-300) eingehalten werden. Außerdem ist eine Parallelverlegung der Plus- und Minus-Leiter zu wählen, weil so die Gefährdung durch induzierte Überspannungen erheblich reduziert wird. Zusätzlich ist die Leitungsführung so zu wählen, dass Leiterschleifen so klein wie möglich zu halten sind. Für größere Ansammlungen von Kabel werden Leitungsführungssysteme wie beispielsweise Kabelbahnen oder Installationsrohe empfohlen.

Werden Kabel- und Leitungen verschiedener Stromkreise gemeinsam in Rohren oder Kanälen geführt, so ist die DIN VDE 0100-520 anzuwenden. Dort heißt es unter anderem: „Mehrere Stromkreise sind in einem Elektroinstallationsrohr oder in einem zu öffnenden Elektroinstallationskanal zulässig, wenn alle Leiter für die höchste vorkommende Nennspannung isoliert sind und die Elektroinstallationsrohre oder zu öffnenden Elektroinstallationskanäle ausreichende Querschnitte haben.“

Leitungsquerschnitte beachten

Auch wenn die Leitungsverluste für Wechselstrom höher als für Gleichstrom sind, ist die Gleichstromseite einer PV-Anlage die kritische Größe. Dies liegt daran, dass die Kabel vom Dach in den Keller, wo üblicherweise der Wechselrichter steht, deutlich länger sind, als die Leitungen vom Wechselrichter zum Einspeisepunkt. Es gilt: Die Leistungsverluste in den Kabeln sind umso größer, je länger die Kabel und je kleiner die Kabelquerschnitte sind.

Für Kupferkabel lässt sich auf der Gleichstromseite die verlorene Leistung mit folgender Formel berechnen:

Pv = (2 x L x I²) / (56 x A)

I bezeichnet die Stromstärke, L die Kabellänge und A den Kabelquerschnitt. Die Zahl 56 ist der spezifische Widerstand von Kupfer.

Für Aluminiumkabel gilt:

Pv = (2 x L x I²) / (38 x A)

Ein Kabelquerschnitt von 4 mm² oder 6 mm² Quadratmillimetern reicht gewöhnlich, um die Kabelverluste auf unter ein Prozent zu drücken. Auf der Wechselstromseite sollte ein etwas größerer Querschnitt als auf der Gleichstromseite gewählt werden. Im normalen Einfamilienhaus und bei einer Photovoltaikanlage mit bis zu 5 kWh ist ein Leitungsquerschnitt von 4 mm² ausreichend, weil die Kabelwege hier meist kurz sind.

Erdung von Solarstromanlagen

Die Erdung von PV-Modulen ist wichtig, um die Anlage zu schützen. Der äußere Blitzschutz dient dazu, Blitzeinschläge in die Anlage so weit wie möglich zu verhindern. Dazu dient der klassische Blitzableiter, eine geerdete Metallstange, die über das Gebäude herausragt und dem Blitz so den höchsten Punkt bietet.

Da die Stahl- oder Aluminiumkonstruktion einer PV-Anlage zum Gebäude gehören, gilt hier die DIN VDE 0100 Teil 540 („Erdung, Schutzleiter, Potentialausgleichsleiter“) zum Schutz vor Stromschlägen. Dazu gehören auch metallene Kabeltrassen, metallene Leitungsschutzrohre und das Wechselrichtergehäuse. Sie alle müssen als Teil der Gebäudestruktur ordnungsgemäß geerdet sein. Die Anlagenteile müssen mit einem grün-gelben PE-Leiter verbunden werden. Dient die Erdung lediglich dem Potentialausgleich, ist ein Schutzleiter-Querschnitt von 4 oder 6 mm² ausreichend. Erfüllt er aber auch eine Überstromfunktion, wie zum Blitzschutz, sind 16 mm² Leitungsquerschnitt erforderlich.

Wäre die Anlage vollkommen ungeschützt, würde auch der Strom eines einschlagenden Blitzes diese Verbindung nutzen, was eine vollständige Zerstörung der Anlage zur Folge hätte. Notwendig ist deshalb die Verbindung zum Potentialausgleich des Hauses, der extreme Stromspitzen, wie durch Blitze, in die Erde ableitet.

Die Erdung einer Solarstromanlage ist gesetzlich zwingend vorgeschrieben. Während der äußere Blitzschutz mehr eine freiwillige Sache ist. Doch aufgepasst: Bisweilen verlangen Versicherungen beim Betrieb einer Solarstromanlage den Nachweis eines wirksamen Blitzschutzes.

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