Mit der Sonne verbunden

Steckverbinder - Früher wurden Solaranlagen mit Hilfe einfacher Kabelschuhe verkabelt. Doch der Photovoltaik-Boom brachte Steckverbinder zum verpolungsicheren Anschließen der Solaranlagen ins Spiel. Welche besonderen Anforderungen müssen sie erfüllen?

31. August 2006

Steckverbinder in der Photovoltaik müssen hohe Anforderungen erfüllen. Sie müssen mindestens 20 bis 25 Jahre fehlerfrei funktionieren - solange wie die Mindest-lebensdauer einer Photovoltaik-Anlage. Während dieser Zeit sind die Steckverbinder unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, beispielsweise Wind und Sonne oder schwül-feuchtem Klima. Bereits in gemäßigten Zonen müssen die Komponenten Temperaturen von bis zu 90°C trotzen. Rechnet man die Betriebswärme hinzu, müssen die Steckverbinder für Temperaturen von bis zu 110°C ausgelegt sein. Darüber hinaus spielt die Ozonbeständigkeit eine wichtige Rolle. Denn durch die UV-Strahlung der Sonne wird Ozon freigesetzt, das Kunststoffe angreift. Bestimmte Kunststoffe wie Polyamide (PA) und Polypropylene (PP) eignen sich jedoch sehr gut für Photovoltaik-Steckverbinder. Im Laufe der Zeit kann es zwar zu Ausbleichungen und zu Verfärbungen kommen, aber die Funktionsfähigkeit wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Bei Photovoltaik-Anlagen, die in Gebäude integriert sind, kommt zudem der Brennbarkeitsklasse des jeweiligen Kunststoffes eine große Bedeutung zu. Denn falls es zu einem Brand kommen sollte, müssen die Steckverbinder von selbst wieder erlöschen. Messlatte hierbei sind die Brennbarkeitsklassen nach der internationalen Norm UL94VO.

Vor allem bei Anwendungen auf Flachdächern kann es passieren, dass sich die Steckverbinder zeitweise im Wasser befinden. Damit es dann zu keinem Ausfall kommt, ist die Schutzart IP68 inzwischen fast schon zum Standard geworden. Neben den ›offiziellen‹ Prüfungen - etwa durch den TÜV - verlangen die Hersteller von Photovoltaik-Modulen noch weitere Versuche unter ›fit for use‹-Gesichtspunkten. So kann z. B. bei dachintegrierten Anwendungen Schwitzwasser die Funktion einer Photovoltaik-Anlage beeinträchtigen. Unter anderem aus diesem Grund machen die Hersteller von solchen Anlagen eigene Versuche, die über die TÜV-Anforderungen hinausgehen.

Die weitere Steigerung der Effizienz von Photovoltaik-Anlagen wird ein zentrales Thema der nächsten Jahre sein. Dazu tragen geringere Übergangswiderstände bei der Verkabelung bei. Werte kleiner 5 Milliohm pro Steckverbindung gelten dabei als Maßstab. Dieser Wert kann mit bewährten Kontakttechnologien erreicht werden, bei denen beispielsweise die Käfigbuchse den Stiftkontakt umschließt und so mit diversen Kontaktierpunkten einen optimalen Übergangswiderstand ermöglicht. Darüber hinaus werden Kosten in der Fertigung der Module eingespart.

Neben den technischen Aspekten kommt es bei den Steckverbindern auch auf eine einfache Handhabung an. Denn die Montage einer Photovoltaik-Anlage sollte unkompliziert und schnell durchzuführen sein. Generell gilt, je einfacher eine Anlage zu installieren ist, umso weniger Ausfälle werden später auftreten. Herkömmliche Steckverbinder verwenden Kabelverschraubungen mit Dichtringen. Dadurch können unterschiedliche Leitungsdurchmesser problemlos abgedeckt werden. Dieses Prinzip ist jedoch fehleranfällig, da unter anderem Dichtungen vergessen werden oder verloren gehen können bzw. die Kabelverschraubung nicht korrekt montiert oder ausreichend angezogen wird.

Neue Konzepte gehen deshalb in Richtung einer so genannten unverlierbaren Dichtung, die in das Gehäuse integriert ist. Da weniger Einzelteile verwendet werden und das Gehäuse mehrere Funktionen in einem abdeckt, wird zudem die Effizienz nochmals gesteigert.

Spannungsfrei getrennt

Ein Großteil der Solaranlagen erzeugt Spannungen von maximal 1.000-V-Gleichstrom und Ströme von bis zu 30 A. Deshalb müssen die Anlagen spannungsfrei getrennt werden. Ist dies nicht der Fall, kann bei einer Trennung ein Lichtbogen entstehen. Die Steckverbinder müssen daher über eine Verriegelung verfügen, die ein unbeabsichtigtes Trennen verhindert. Auch hier gibt es unterschiedliche Konzepte wie etwa eine Verriegelung mittels Rasthaken oder den Einsatz eines zusätzlichen Verriegelungsbügels. Auch hier gilt, je mehr Teile ein System benötigt, umso eher können Fehler auftreten. Deshalb ist bei modernen Photovoltaik-Steckverbindern auch hier die Verriegelung in das Gehäuse integriert.

Mitunter sind die Einbauorte von Photovoltaik-Anlagen nur schwer zugänglich. Der Installateur muss also die Steckverbindung nach Gefühl montieren. Wichtige Hilfen sind deshalb eine verpolungssichere Ausführung und eine akustische Rückmeldung, etwa durch ein hörbares Klicken.

Um niedrige Übergangswiderstände zu gewährleisten, muss die Steckverbindung, wie oben beschrieben, optimal abgestimmt sein. Aber auch die Verbindung zwischen Steckverbinder und Photovoltaik-Leitung spielt eine wichtige Rolle. Hierbei gibt es generell mehrere Ansätze, u.a. der klassische Schraubanschluss, die Schnellkontaktierung mittels einer Klemme oder die Crimptechnik. Der gasdichte Crimpanschluss hat sich bei Photovoltaik-Steckverbindern inzwischen durchgesetzt. Der Nachteil: die Crimpwerkzeuge müssen auf die Kontakte abgestimmt sein. Deshalb bieten die Hersteller spezielle Werkzeuge an, die oft sehr teuer sind. Wirtschaftlicher sind Kombizangen, mit denen man sowohl abschneiden und abisolieren als auch crimpen kann. Solche Werkzeuge werden schon heute angeboten.

Matthias Mack, Hirschmann Automation and Control

Erschienen in Ausgabe: 01/2006