Verbindungstechnik für Photovoltaikmodule Verluste lassen sich minimieren

Beispiel für einen Generatoranschlusskasten (GAK)
Beispiel für einen Generatoranschlusskasten (GAK)

Die elektrische Verbindungstechnik ist ein oft vernachlässigter Bereich bei Solarinstallationen. Doch jede Photovoltaikanlage verfügt über eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen, die alle mit Verlusten behaftet sind. Diese sollte man als Systementwickler jedoch genauer betrachten.

Mehr als 150 GW Solarleistung wurden weltweit bereits installiert – das entspricht etwa 750 Millionen Photovoltaikmodulen. Die elektrischen Verluste an den Steckverbindern nur dieser Module würden – träfen die Herstellerangaben zu – bei Nennleistung im Bereich von 5,6 MW liegen. Doch Vergleichstests zeigen, dass die Herstellerangaben nicht zutreffend sind und oft nur für neue Komponenten gelten. Wie sieht die Realität aus, und welche Optimierungen sind möglich?

Bei Wechselrichtern und Solarmodulen wird gern über Wirkungsgrad-Optimierungen im Nachkommabereich berichtet – aber dass jede Photovoltaikanlage über eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen verfügt, die alle mit Verlusten und einem mehr oder minder großen Ausfallrisiko behaftet sind, wird kaum beachtet. Dennoch ist es sinnvoll, die äußere Verbindungstechnik von PV-Modulen – vorrangig die DC-Steckverbinder – genauer zu betrachten.

Fehlerursache: DC-Steckverbinder

Jedes Solarmodul hat in aller Regel zwei Anschlussleitungen, die mit Steckverbindern abgeschlossen sind. Diese Stecker dienen dem Verbinden der Module untereinander. Das jeweils erste und letzte Modul einer Reihenschaltung wird dann – meist über eine Verbindungsleitung – mit dem Generatoranschlusskasten (GAK) oder dem Wechselrichter verbunden (Bild 1).

Die Steckverbinder sind hohen Belastungen ausgesetzt: Durch Wind und Vibrationen sind sie häufig in Bewegung, und je nach Installation können sie direkter Sonneneinstrahlung oder Regen ausgesetzt sein. In vielen Fällen sind sie auch für kurze Zeit in oder unter Wasser – obwohl die Installationsvorschriften dies grundsätzlich verbieten. Somit sollten Auslegung und Auswahl der DC-Steckverbinder sorgfältig und mit hohem Qualitätsanspruch erfolgen. In gemeinsamen Untersuchungen haben der TÜV Rheinland und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg belegt, dass die DC-Steckverbinder die häufigste Fehlerursache in existierenden PV-Systemen sind (Bild 2).