Beim Entwurf eines Solarenergiesystems ist es entscheidend, die Solaranlage mit der Kapazität des Wechselrichters in Einklang zu bringen. Der Anschluss zu vieler Solarmodule an einen Wechselrichter kann zu Ineffizienz, verkürzter Systemlebensdauer oder sogar Schäden führen. In diesem Artikel wird untersucht, was passiert, wenn ein Wechselrichter mit Solarmodulen überlastet wird, und der Schwerpunkt liegt auf der Rolle von Solarkabeln und Solardrähten bei der Aufrechterhaltung eines sicheren und effizienten Systems.
Die Kapazität von Solarwechselrichtern verstehen
Ein Solarwechselrichter wandelt den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um, der in Haushalten und Unternehmen verwendet wird. Jeder Wechselrichter verfügt über eine Nennkapazität, beispielsweise 5 kW oder 10 kW, was die maximale Menge an Gleichstrom angibt, die er effektiv verarbeiten und umwandeln kann.
Wenn die Gesamtleistung der angeschlossenen Solarmodule die Kapazität des Wechselrichters übersteigt, können im System die folgenden Probleme auftreten:
Begrenzung der Leistungsabgabe: Der Wechselrichter begrenzt seine Leistung auf seine Nennkapazität, auch wenn die Module mehr Strom erzeugen.
Überhitzung: Dauerbetrieb über die Kapazität hinaus kann zu Überhitzung führen und die Effizienz und Lebensdauer verringern.
Möglicher Schaden: Längere Überlastung kann interne Komponenten des Wechselrichters beschädigen.
Garantie ungültig: Viele Wechselrichtergarantien decken Schäden durch Überlastung nicht ab.
Solarkabel und Solardrähte: Eine Schlüsselrolle
Die Effizienz und Sicherheit einer Solaranlage hängen stark von der richtigen Auswahl und Installation der Solarkabel und -leitungen ab. Wenn zu viele Solarmodule an einen Wechselrichter angeschlossen sind, können der erhöhte Strom und die erhöhte Spannung diese Komponenten belasten, was zu zusätzlichen Risiken führt.
Wichtige Überlegungen:
Aktuelle Bewertung: Solarkabel und -drähte müssen für die höheren Ströme ausgelegt sein, die von einer überdimensionierten Solaranlage erzeugt werden.
Nennspannung: Das Überschreiten der Nennspannung von Solarkabeln und -drähten kann zu Isolationsfehlern und damit zu Kurzschlüssen oder Bränden führen.
Temperatureffekte: Überlastete Kabel können überhitzen, ihre Isolierung beeinträchtigen und ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Spannungsabfall: Bei längeren oder falsch dimensionierten Kabeln kann es zu erheblichen Spannungsabfällen kommen, die die Systemeffizienz verringern.
Leistungsbegrenzung bei überlasteten Wechselrichtern
Wenn eine überdimensionierte Solaranlage angeschlossen ist, nutzt der Wechselrichter eine Leistungsbegrenzung, bei der er die Leistung auf seine maximale Nennkapazität begrenzt. Zum Beispiel:
Ein 5-kW-Wechselrichter, der an 7-kW-Solarmodule angeschlossen ist, begrenzt seine Leistung auf 5 kW und verwirft den überschüssigen Strom.
Dies schadet dem Wechselrichter zwar nicht direkt, verschwendet jedoch potenzielle Energieproduktion und kann zu Ineffizienzen bei der Systemleistung führen.
Rolle von Solarkabeln und -drähten beim Clipping:Während der Leistungsbegrenzung können Solarkabel und -drähte immer noch höhere Ströme von der überdimensionierten Anlage zum Wechselrichter übertragen. Wenn sie für diese Ströme nicht ausreichend ausgelegt sind, kann es zu Überhitzung und Energieverlusten kommen.
Überlastung und Kabelauswahl
Wenn ein Wechselrichter mit zu vielen Solarmodulen überlastet ist, wird die richtige Kabelauswahl noch wichtiger. So sollten Solarkabel und -leitungen ausgewählt und installiert werden, um Risiken zu minimieren:
Kabeldimensionierung:
Aktuelle Kapazität: Verwenden Sie Kabel mit einer Strombelastbarkeit, die den von der Solaranlage erzeugten Maximalstrom übersteigt. Bei übergroßen Arrays kann dies bedeuten, dass dickere Kabel verwendet werden müssen (geringere AWG-Werte für Kupfer oder Aluminium).
Nennspannung: Stellen Sie sicher, dass die Kabel die Gesamtspannung der String-Konfiguration bewältigen können.
Länge der Läufe: Längere Kabelwege erhöhen den Widerstand und führen zu Spannungsabfällen. Übergroße Arrays verschlimmern dieses Problem aufgrund höherer Ströme.
Isolationsqualität: Für Solarkabel ist eine hochwertige, UV-beständige und wetterfeste Isolierung unerlässlich. Überlastete Systeme können Wärme erzeugen, daher sind Kabel mit höherer Temperaturbeständigkeit erforderlich.
Steckverbinderbewertungen: Stellen Sie sicher, dass die im System verwendeten Anschlüsse dem höheren Strom und der höheren Spannung des übergroßen Arrays entsprechen, um Lichtbögen oder Ausfälle zu verhindern.
Elektrische Sicherheitsrisiken
Der Anschluss zu vieler Solarmodule an einen Wechselrichter ohne Erneuerung der Solarkabel und -leitungen kann zu Folgendem führen:
Überhitzung: Hohe Ströme können zur Überhitzung von Kabeln und zum Schmelzen der Isolierung führen.
Brandgefahr: Überlastete Leitungen erhöhen die Gefahr elektrischer Brände.
Elektrischer Lichtbogen: Unsachgemäße Anschlüsse oder unzureichende Kabelnennwerte können gefährliche Lichtbögen verursachen.
Praxisbeispiel
Betrachten wir ein Beispiel, um die Bedeutung von Solarkabeln und -drähten in einem überlasteten System zu veranschaulichen:
Solaranlage: 20 Panels mit jeweils 400 W (insgesamt 8 kW).
Wechselrichter: Nennleistung 6 kW.
Kabeldimensionierung:
Erwarteter Strom: 8kW÷400V=20A8kW \div 400V=20A8kW÷400V=20A.
Spannung: 400V400V400V.
In diesem Szenario:
Unter normalen Bedingungen kann ein Standard-Kupferdraht mit 10 AWG (ausgelegt für ~30 A) ausreichen.
Wenn das System häufig überlastet ist, kann der Strom über die sichere Kapazität des Kabels hinaus ansteigen, sodass ein Upgrade auf ein dickeres Kabel, z. B. 8 AWG, erforderlich ist.
Best Practices zur Vermeidung von Problemen
Vermeiden Sie übermäßige Überdimensionierung:
Halten Sie die Gesamtleistung des Solarmoduls innerhalb von 10–20 % der Kapazität des Wechselrichters.
Überprüfen Sie die Richtlinien des Wechselrichterherstellers zur Überdimensionierung.
Verwenden Sie ordnungsgemäß dimensionierte Solarkabel:
Wählen Sie Kabel mit ausreichender Strombelastbarkeit und Nennspannung.
Stellen Sie sicher, dass die örtlichen Elektrovorschriften eingehalten werden.
Aktualisieren Sie Systemkomponenten:
Installieren Sie Leistungsschalter, Sicherungen und Überspannungsschutzgeräte, die für das übergroße Array ausgelegt sind.
Erwägen Sie eine Aufrüstung des Wechselrichters, wenn die Überdimensionierung die sicheren Grenzwerte deutlich überschreitet.
Überwachen Sie die Systemleistung:
Verwenden Sie Überwachungstools, um die Leistungsabgabe zu verfolgen und Überhitzung oder Spannungsabfälle zu erkennen.
Überprüfen Sie Solarkabel und -leitungen regelmäßig auf Anzeichen von Verschleiß oder Überhitzung.
Auswirkungen auf Garantie und Versicherung
Eine Überlastung eines Wechselrichters kann zum Erlöschen der Garantie führen und Ihnen die Kosten für Reparatur oder Austausch auferlegen. Darüber hinaus können falsch dimensionierte Solarkabel und -drähte gegen elektrische Vorschriften verstoßen und im Falle eines Brandes oder eines anderen Schadens möglicherweise zum Erlöschen des Versicherungsschutzes führen.