Solar-Sicherungen und Leistungsschalter: DC/AC-Bemessung

Jeder Untersuchungsbericht zu einem Solarbrand erzählt eine ähnliche Geschichte: ein Modulstrang, der einen Fehlerstrom rückspeist, ein Steckverbinder, der stundenlang lichtbogenartig brennt, und kein Schutzgerät, das den Strom unterbricht. Solar Energy UK meldete in den Jahren 2023–2024 insgesamt 38 Photovoltaikbrände in Wohngebäuden, von denen rund die Hälfte auf DC-seitige Fehler zurückzuführen war, die eigentlich eine Sicherung hätten auslösen müssen.

Sicherungen und Leistungsschalter sind kein optionales Zubehör. Sie sind das einzige Bauteil zwischen einem Fehlerstrom und einem Dachbrand. Den richtigen Typ wählen, korrekt bemessen und auf der richtigen Systemseite (DC oder AC) installieren – so bleibt ein kleiner Fehler klein, statt zu einem strukturellen Problem zu werden.

Derselbe Leiter führt bei Wechselstrom den Strom in beide Richtungen, bei Gleichstrom dagegen nur in eine. Dieser Unterschied verändert alles an der Funktionsweise eines Schutzgeräts. Eine handelsübliche Haushaltssicherung löscht 100-mal pro Sekunde mühelos einen Lichtbogen bei 230 V AC (weil der Strom in jedem Halbzyklus den Nullpunkt durchläuft), doch dieselbe Sicherung kann an einem 600-V-DC-Strang einen Lichtbogen unbegrenzt halten. Der Lichtbogen brennt weiter, bis etwas schmilzt.

DC-Strangsicherungen schützen jeden parallel geschalteten Strang davor, Fehlerstrom aus den anderen Strängen zu erhalten. Ein einzelner Strang ohne weitere parallele Stränge kann sich nicht selbst rückspeisen und benötigt daher keine Strangsicherung. Sobald drei oder mehr Stränge parallel geschaltet sind – oder zwei Stränge, deren kombinierter Isc den Wert „Maximum Series Fuse“ des Moduls überschreitet –, werden Sicherungen Pflicht.

IEC 62548:2023 gibt Ihnen sowohl eine untere als auch eine obere Grenze für die Sicherungsbemessung vor. Die untere Grenze verhindert Fehlauslösungen beim heißen Isc; die obere Grenze verhindert, dass das Modul beschädigt wird, bevor die Sicherung öffnet.

Imod_max_OCPR ist der Wert auf dem Moduldatenblatt mit der Bezeichnung „Maximum Series Fuse“ oder „Maximum Overcurrent Protection Rating“ – die größte Sicherung, die die Zellstrings im Modul überstehen können. Typische Werte sind 20 A, 25 A oder 30 A. NEC 690.9 in den USA verwendet eine einzige Regel von 1,56 × Isc (1,25 für Dauerbetrieb × 1,25 für Außenbedingungen), die immer innerhalb des IEC-Bereichs liegt.

Auf der AC-Seite schützen Sie nicht vor Rückspeisung – Sie trennen den Wechselrichter im Fehlerfall vom Netz und verhindern, dass die Leitungen zwischen Wechselrichter und Verteiler überhitzen. Der Dauerstrom, den der Schutzschalter sieht, ist die AC-Bemessungsleistung des Wechselrichters geteilt durch die Netzspannung.

Auf die nächste Standardgröße aufrunden (10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 A im IEC-Bereich). Ein LS-Schalter Typ B oder C ist Standard; Typ B löst bei niedrigen Kurzschlussströmen schneller aus, Typ C verträgt den kurzen Einschaltstrom des Wechselrichters besser.

Für 230-V-Einphasensysteme, wie sie in weiten Teilen Europas, im Vereinigten Königreich und in der Ukraine üblich sind, teilen Sie die Wechselrichter-Watt durch 230. Für US-240-V-Split-Phase-Systeme teilen Sie durch 240. Für 3-phasige 400-V-Systeme teilen Sie durch (√3 × 400) ≈ 693, um den Strom pro Phase zu erhalten.

Das Schaltvermögen (manchmal als Icu oder Icn angegeben, in kA gemessen) sagt Ihnen, welchen größten Fehlerstrom das Gerät ohne Zerstörung unterbrechen kann. Es ist eine eigene Spezifikation, getrennt vom Bemessungsstrom: Ein 32-A-Leistungsschalter mit 3 kA Schaltvermögen löst bei einer 100-A-Überlast einwandfrei aus, kann aber bei einem echten Kurzschluss von 8 kA gewaltsam bersten.

Wohnraum-Leistungsschalter haben typischerweise 3 kA, 6 kA oder 10 kA Schaltvermögen. Der prospektive Kurzschlussstrom (PSCC) an Ihrem Verteiler hängt von der Netzimpedanz ab und liegt im Wohnbereich meist bei 1,5–6 kA – Ihr Netzbetreiber kann den genauen Wert nennen. Als sichere Voreinstellung wählen Sie 6 kA Icu für typische Wohninstallationen in EU/UK und 10 kA Icu für gewerbliche Anlagen oder Standorte mit einem starken Netz.

Auf der DC-Seite werden gPV-Sicherungen mit ihrem Ausschaltvermögen in kA bei der jeweiligen DC-Bemessungsspannung angegeben. Eine typische 1000-V-DC-gPV-Sicherung ist mit 10 kA bemessen – weit über jedem Strom, den eine Wohn-PV-Anlage erzeugen kann –, sodass das DC-Schaltvermögen selten der einschränkende Faktor ist; entscheidend ist die Spannungsbemessung.

Drei parallele Stränge mit je 12 × 450-W-TOPCon-Modulen (Isc 13,9 A, Imod_max_OCPR 25 A) speisen einen einphasigen 6-kW-Strangwechselrichter am 230-V-Netz. Zwei Schutzgeräte sind zu bemessen: DC-Strangsicherungen und AC-Ausgangsschalter.

Sie installieren drei 20-A-gPV-Sicherungen im DC-Sammler (eine pro Strang, im positiven Leiter) und einen 32-A-LS-Schalter Typ C am AC-Ausgang des Wechselrichters, bevor dieser an den Verteiler angeschlossen wird. Ein 30-mA-FI-Schalter Typ A sitzt zwischen dem LS-Schalter und dem übrigen Haushaltsstromkreis, sofern das Wechselrichterdatenblatt nicht ausdrücklich Typ B vorschreibt.

Drei Regelwerke dominieren weltweit die Wohn-PV-Installation. Die Zahlen unterscheiden sich leicht, die Sicherheitslogik ist jedoch identisch.

Australien und Neuseeland halten die strengste DC-Trennanforderung aufrecht (Trennstelle am Generator und am Wechselrichter). Die USA setzen die strikteste elektrische Konformität über die UL-Listung durch, während IEC bei der Systemtopologie am flexibelsten ist. Welches Regelwerk auch immer für Sie gilt – die Physik der Sicherungsbemessung bleibt nahezu identisch.

Zwei Solar-Stack-Werkzeuge und ein begleitender Artikel decken den Rest des Schutzkonzept-Workflows ab.

1. Eine gG-Sicherung auf der DC-Seite verwenden

   gG-Sicherungen sind für AC-Verteilerschränke gebaut und können physikalisch keinen DC-Lichtbogen über ca. 24 V löschen. Die Sicherung öffnet, der Lichtbogen bleibt bestehen, der Halter schmilzt. Geben Sie für jeden DC-Schutz immer gPV (IEC 60269-6) vor.

2. Den Schalter nach der Wechselrichterleistung statt nach dem AC-Strom bemessen

   Ein „6-kW“-Wechselrichter braucht keinen 6-A-Schalter – er braucht einen Schalter, der zu seinem AC-Strom passt, also 26 A bei 230 V. Teilen Sie immer zuerst die Watt durch die Netzspannung und multiplizieren Sie dann mit 1,25.

3. Sicherungen bei drei oder mehr parallelen Strängen weglassen

   Zwei Stränge können sich nicht gegenseitig auf gefährliches Niveau rückspeisen, drei aber schon. Der kombinierte Fehlerstrom aus zwei intakten Strängen in einen kurzgeschlossenen dritten Strang überschreitet innerhalb von Sekunden den Imod_max_OCPR des defekten Moduls.

4. Den Imod_max_OCPR des Moduls ignorieren

   Wenn die obere Grenze des berechneten Sicherungsbereichs (2,4 × Isc) größer ist als der Wert „Maximum Series Fuse“ auf dem Moduldatenblatt, müssen Sie den Datenblattwert als Obergrenze verwenden. Sonst versagen die Modulinternals, bevor die Sicherung auslöst.

5. Das Schaltvermögen (Icu/Ics) vergessen

   Ein 32-A-Schalter mit 3 kA Schaltvermögen ist nicht dasselbe wie ein 32-A-Schalter mit 10 kA. Stimmen Sie Icu auf den prospektiven Kurzschlussstrom an Ihrem Einbauort ab – Ihr Netzbetreiber kann diesen Wert liefern.