PV-Kabel richtig auswählen

Solarkabel sind Kupfer- oder Aluminiumkabel, die speziell für den Einsatz in Photovoltaikanlagen entwickelt wurden. Sie dienen dazu, die Module untereinander und mit den anderen Komponenten der Anlage zu verbinden. Im exakten Sinne gelten nur die Kabel als Solarkabel, die DC-seitig eingesetzt werden, durch die also Gleichstrom fließt. Gelegentlich wird die Bezeichnung jedoch unscharf verwendet.

Solarkabel weisen nur eine Ader auf und müssen doppelt isoliert sein. In der Regel besteht die erste Isolierung aus Zinn, die zweite aus einem vernetzten Polymer. Da sie im Freien auf dem Dach installiert werden, wird besonderer Wert auf Witterungs- und UV-Beständigkeit gelegt. Auch wenn der Preis der Kabel nur etwa 5 bis 10 % der Kosten der Gesamtanlage ausmacht, sollten Anlagenbetreiber nur hochwertige und geprüfte Produkte verwendet werden.

Photovoltaik-Kabel (PV-Kabel) sind essenziell für den korrekten und sicheren Betrieb von Photovoltaikanlagen. Damit sie dem langjährigen Gebrauch und den Witterungsbedingungen im Freien standhalten, müssen PV-Kabel bestimmte Eigenschaften haben, die die Sicherheit von Mensch und Anlage gewährleisten. Außerdem lassen sich durch die passenden Querschnitte und die richtige Verkabelung die Leistungsverluste der PV-Anlage reduzieren.

Anforderungen an PV-Kabel

PV-Kabel verbinden die Module der Photovoltaikanlage miteinander und mit dem Wechselrichter. Zwischen Wechselrichter und Einspeisezähler fließt Wechselstrom, weshalb man deren Verbindung nicht zu den Solarkabeln zählt.

Die Kabel an Solarmodulen sind in der Regel bereits vormontiert und müssen lediglich mithilfe der vorgesehenen Steckverbindungen gekoppelt werden. Solarmodule werden meist mit den entsprechenden Steckern geliefert, die dann einfach zusammengeklickt werden. Die Verkabelung einer Solaranlage ist somit nicht besonders aufwendig, muss jedoch fachgerecht durchgeführt werden. Zum einen kommt es auf eine sichere Verlegung der Solarkabel an, dass diese z.B. nicht durch übermäßige Bewegungen (durch Wind verursacht) spröde werden oder an scharfen Kanten die Isolation abgerieben wird. Zum anderen müssen die Photovoltaik-Kabel zwischen den Modulen sowie zwischen den Modulen und dem Wechselrichter sicher miteinander verbunden werden. Weit verbreitet für diesen Zweck sind sogenannte MC4-Stecker, die ihren Namen dem Originalhersteller Multi Contact verdanken. Die Stecker sind berührungssicher (kein elektrischer Kontakt beim Anfassen) und absolut wasserdicht.

Neben MC4 gibt es weitere Systeme, die sich für die PV-Verkabelung eignen. Gelegentlich tauschen die Installateure die vormontierten Stecker aus. Alle Solarstecker, die zum Einsatz kommen, müssen jedoch vom Hersteller für die entsprechenden Kabel freigegeben werden.

Photovoltaik-Kabel sind je nach Standort der Anlage mehr oder weniger extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt. Die Lebensdauer der Module beträgt zwischen 20 und 30 Jahren. In dieser Zeit müssen die Kabel Temperaturschwankungen und Umwelteinflüssen sowie technischen und chemischen Belastungen standhalten. Diese Beständigkeit wird durch die entsprechende Kennzeichnung bestätigt. Technische Normen bieten eine Orientierung, welche Photovoltaik-Kabel sich außen verlegen lassen: 

• Bis 2015 legte die  Norm PV1-F fest, welche Bedingungen Solarkabel zwingend erfüllen mussten. Zulässige Kabel wurden mit PV1-F gekennzeichnet.
• Im Jahr 2015 löste die aktualisierte Norm EN 50618 die Norm PV1-F ab. Entsprechend der EN 50618 werden geeignete Solarkabel nun mit dem Aufdruck H1Z2Z2-K versehen.

Die Kennzeichnung von PV-Kabeln entlastet Verbraucher bei der Wahl der passenden Kabel für Solaranlagen. Sie müssen nicht mehr alle Eigenschaften der Kabel im Detail prüfen. Die sehr umfangreiche Norm EN 50618 garantiert für die Photovoltaik-Verkabelung unter anderem Folgendes:

• Die PV-Kabel sind witterungs-, abrieb- und UV-beständig.
• Sie können frei beweglich, frei hängend oder fest verlegt werden.
• Sie können in schutzisolierten Geräten und Anlagen sowie in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden.
• Sie sind für die Photovoltaik-Verkabelung im Haus und im Freien sowie für den Einsatz in Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft zugelassen.
• Sie sind geeignet sowohl für die Verkabelung von Solarmodulen untereinander als auch für die Verbindung von PV-Anlage und Wechselrichter bzw. Wechselrichter und Einspeisezähler.
• Die PV-Kabel können in Kabelrinnen, Rohren und unter Putz sowie in der Erde verlegt werden.
• Sie halten einer maximalen Umgebungstemperatur von 90 °C und einer maximalen Leitertemperatur von 120 °C für eine Dauer von bis zu 20.000 Stunden stand.
• Ihre Gebrauchsdauer ist auf 25 Jahre ausgelegt.

Was sagt die Farbe der Solarkabel aus?

PV-Kabel werden vor allem in den Farben Schwarz oder Rot angeboten. Mit den Eigenschaften der Kabel hat das nichts zu tun. Es gibt auch keine gesetzlichen Vorschriften, dass die Solarkabel für eine bestimmte Polung verwendet werden müssen, also rot für den Minuspol der Anlage und schwarz für den Pluspol oder umgekehrt. Allerdings gibt es viele Handwerksbetriebe, die bei ihren Installationen eine solche Zuordnung vornehmen, weil das die Arbeiten vereinfacht. Häufig werden auch nur Kabel in einer Farbe verwendet (meist schwarz, weil das auf dem Dach besser aussieht); die Polarität wird durch die entsprechenden Stecker vorgegeben

Es lohnt sich, den Fokus auf die korrekte Verkabelung einer PV-Anlage zu legen. Im Vergleich zu den Gesamtkosten der Anlage machen die Kosten für die PV-Kabel einen eher geringen Anteil aus, können jedoch zu einer deutlichen Ertragssteigerung der Anlage beitragen. Vorsicht: Wer Photovoltaik-Kabel selbst verlegen möchte, muss dabei dennoch alle gesetzlichen Vorschriften, insbesondere im Hinblick auf elektrische Installation (Stichwort: Niederspannungsanschlussverordnung) und Brandschutz, einhalten. 

Insgesamt sollten sämtliche Photovoltaik-Kabel

• durch Kabelkanäle vor Tierbissen geschützt werden,
• vor Wasseransammlungen auf dem Dach oder in Regenrinnen geschützt sein,
• nicht eingeklemmt werden und
• soweit möglich nicht oberhalb des Daches angebracht werden, da sie dort besonders stark der Witterung ausgesetzt sind.

Wichtig sind weiterhin zwei Entscheidungen bei der Auswahl der PV-Kabel: die Länge und der Querschnitt. 

Die richtige Länge für PV-Kabel

Die Länge für PV-Leitungen korrekt zu wählen, ist wichtig, da zu kurze Kabel dauerhaft unter einer Zugspannung stehen, die eine Materialermüdung bewirken kann. Zu lange Kabel, die herabhängen, sind hingegen ständig kleinen Bewegungen ausgesetzt, die über die Jahre zu Abrieb führen können. Beides schädigt die Isolation und damit die Sicherheit der Elektroinstallation. Insbesondere bei der Befestigung an Metallkanten ist Vorsicht geboten. Es empfiehlt sich, sämtliche PV-Kabel mit Kabelbindern oder dafür gedachten Clips zu befestigen, um Bewegungen möglichst gering zu halten. Wichtig: Keinesfalls dürfen PV-Leitungen Schlaufen („Kabel-Kurven“) bilden – es besteht Bruch- und damit Brandgefahr. 

Das beste Ergebnis für die Leistungsfähigkeit einer PV-Anlage ergibt sich bei einem großen Kabelquerschnitt bei einem gleichzeitig möglichst kurzen Kabel. Praktisch lässt sich der Einsatz langer Kabel aber nicht vermeiden, insbesondere zwischen einer PV-Anlage auf dem Dach und dem Wechselrichter, wenn dieser im Keller des Hauses zu finden ist. PV-Leitungen von 50 Metern Länge und mehr sind hier keine Seltenheit. Daher ist es empfehlenswert, das Kabel zwischen Wechselrichter und Einspeisezähler so kurz wie möglich zu halten, zumal hier der Leistungsverlust bei einem zu langen Kabel am größten ist. 

Den richtigen Querschnitt für PV-Kabel wählen

Der Querschnitt eines Solarkabels hat einen deutlichen Einfluss auf den Ertrag einer PV-Anlage. Die Leistung der Photovoltaikanlage ist bekanntermaßen von der Leistung der Module und der Sonneneinstrahlung abhängig. Entsprechend den aktuellen Bedingungen erzeugen die Module eine Spannung, die zu einem Stromfluss durch die Kabel führt. Die Solarkabel stellen dabei einen elektrischen Widerstand dar, über dem es zu, abhängig von der Stromstärke einem Spannungsabfall kommt. Umso größer der Widerstand, umso größer der Spannungsabfall und die Wärmeentwicklung im Kabel. Letztere erhöht den Widerstand weiter und damit auch das Risiko eines Brandes.

Es ist daher empfehlenswert, den Kabelquerschnitt möglichst groß zu wählen, auch wenn Kabel mit größerem Querschnitt teurer sind. Die gängigsten Solarkabel haben einen 6 mm²-Querschnitt. Im Handel sind aber auch schmale Kabel mit 4 mm² oder besonders dicke Solarkabel mit 10 mm² sind erhältlich.

Abschätzung, ob ein Solarkabel geeignet ist

Insgesamt sollte der Leistungsverlust aufgrund des PV-Kabels nicht mehr als 1 % betragen. Der Leistungsverlust lässt sich anhand von Kabellänge, Stromstärke (in Ampere) sowie dem Widerstand des Kabelmaterials abschätzen:

Für Kupferkabel:

PV (Verlust in Volt) = (2 × L × I²) ÷ (56 × Q)

PV% (Verlust in Prozent) = PV × 100 % ÷ P

Für Aluminiumkabel:

PV (Verlust in Volt) = (2 × L × I²) ÷ (38 × Q)

PV% (Verlust in Prozent) = PV × 100 % ÷ P

(Quelle: photovoltaik-web.de)

Dabei gilt:

• L = Kabellänge in Metern
• I = Stromstärke in Ampere
• Q = Querschnitt des Kabels in mm²
• P = gesamte Leistung des Strings in Watt
• Die Zahlen (38, 56) sind die spezifischen Leitwerte des Materials, die dem Reziproken des spezifischen Widerstandes entsprechen.

Wie wird die Formel angewandt?

Kabellänge und Kabelquerschnitt können vorgegeben werden, Die Leistung wird von der Größe der PV-Anlage bestimmt (kWp), Als Stromstärke kann der in den Datenblättern angegebenen Kurzschlussstrom eines Moduls angenommen werden. Das gilt allerdings nur für Reihenschaltungen. Bei Parallelschaltung von zwei oder mehr Strings, erhöht sich der Strom entsprechend. Und der Querschnitt kann dann variiert werden, bis das Ergebnis der Vorgabe von einer Verlustleistung von unter 1 % entspricht.

Tipp: Im Internet finden Sie mehrere Rechner für den Querschnitt von PV-Kabeln. Rechnen Sie den Leistungsverlust auf die voraussichtliche Lebensdauer der PV-Anlage von 20 Jahren hoch. Dann können Sie entscheiden, inwieweit sich die Investition in ein PV-Kabel mit größerem Querschnitt lohnt. 

Wenn Sie eine PV-Anlage von einer Fachfirma installieren lassen, errechnen die Experten Kabellänge und Kabelquerschnitt, denn die PV-Kabel gehören zum Standard-Zubehör. Sie müssen sich dann nicht darum kümmern.