Checkliste für die Inspektion von Solar Combiner Boxen: UL- & IEC-Leitfaden

Einführung: Warum Inspektionsstandards für Solar-Combiner-Boxen wichtig sind

Solar-Combiner-Boxen dienen als kritische Sicherheitsknotenpunkte in Photovoltaiksystemen und konsolidieren den DC-Strom von mehreren Solarmodulsträngen, bevor sie den Strom zu Wechselrichtern oder Batteriesystemen leiten. Trotz ihrer relativ einfachen Funktion gehören diese Gehäuse zu den am stärksten kontrollierten Komponenten bei PV-Systeminspektionen – und das aus gutem Grund. Eine fehlerhafte Solar-Combiner-Box kann zu Lichtbogenfehlern, Brandgefahren, Systemausfallzeiten und kostspieligen Garantieansprüchen führen.

Für Inspektoren, Ingenieure und die zuständige Behörde (Authority Having Jurisdiction, AHJ) stellt die Navigation durch die sich überschneidenden Anforderungen der UL- und IEC-Normen eine ständige Herausforderung dar. UL 1741 dominiert nordamerikanische Installationen, während IEC 60364-7-712 und IEC 62852 Projekte in Europa, Asien und einem Großteil der Entwicklungsländer regeln. Viele Hersteller, darunter VIOX Electric, streben eine duale Zertifizierung an, um globale Märkte zu bedienen – dies führt jedoch zu zusätzlicher Komplexität bei der Feldüberprüfung.

Dieser Inspektionsleitfaden bietet praktische, checklistenbasierte Rahmenbedingungen zur Überprüfung der Konformität von Solar-Combiner-Boxen mit UL- und IEC-Normen. Ob Sie eine Wohnanlage auf einem Dach in Kalifornien oder eine Anlage im Versorgungsmaßstab in Deutschland genehmigen, diese Checklisten helfen Ihnen, Nichtkonformitäten zu erkennen, die Inspektionszeit zu verkürzen und die Systemintegrität von Anfang an zu schützen.

UL-Standards für Solar-Combiner-Boxen

UL 1741: Der nordamerikanische Maßstab

UL 1741 mit dem Titel “Wechselrichter, Wandler, Regler und Verbindungssystemgeräte zur Verwendung mit dezentralen Energieressourcen” dient als primärer Zertifizierungsstandard für Solar-Combiner-Boxen in den Vereinigten Staaten und Kanada. Obwohl UL 1741 oft mit Wechselrichtern in Verbindung gebracht wird, deckt es explizit Balance-of-System-Komponenten ab, einschließlich DC-Combiner-Gehäuse.

Combiner-Boxen, die nach UL 1741 gelistet sind, wurden von National Recognized Testing Laboratories (NRTLs) auf elektrische Sicherheit, Brandgefahr, Fehlerstromfestigkeit und Umgebungsbeständigkeit geprüft. Die Norm behandelt sowohl das Produktdesign als auch die Kennzeichnungen, die auf zertifizierten Geräten angebracht sein müssen.

Wichtige UL 1741-Anforderungen, die Inspektoren überprüfen:

• Vorhandensein der NRTL-Kennzeichnung: Das UL- oder ETL-Zeichen muss dauerhaft am Gehäuse angebracht sein.
• Spannungs- und Stromstärken: Die maximale DC-Spannung (1000 V oder 1500 V) und die Strombelastbarkeit müssen deutlich gekennzeichnet sein.
• Integration der DC-Trennung: Falls vorhanden, müssen Trennschalter UL 98B entsprechen.
• Sicherungsspezifikationen: Die Strangabsicherung (falls erforderlich) muss DC-Sicherungen mit sichtbaren Ampere-/Spannungsangaben verwenden.
• Erdungs- und Potentialausgleichskonformität: Gemäß NEC Artikel 690.
• Warnhinweise: Warnhinweise für ungeerdete Leiter und Hinweise auf Stromschlaggefahr müssen lesbar sein.

UL 50: Umweltbewertungen für Gehäuse

UL 50 definiert NEMA (National Electrical Manufacturers Association) Gehäusebewertungen, die in ganz Nordamerika verwendet werden. Für Solar-Combiner-Boxen dominieren zwei Bewertungen:

• NEMA 3R: Wetterbeständig, geeignet für die meisten Außeninstallationen; schützt vor Regen und Schneeregen.
• NEMA 4X: Korrosionsbeständig, erforderlich für Küsten- oder raue Industrieumgebungen; bietet überlegenen Schutz gegen windgepeitschten Staub und schlauchgestrahltes Wasser.

Inspektoren sollten überprüfen, ob die Gehäusebewertung der Installationsumgebung entspricht. Eine NEMA 3R-Box, die 500 Fuß vom Meer entfernt installiert ist, versagt aufgrund von Salzsprühkorrosion vorzeitig.

IEC-Standards für Solar-Kombinator-Boxen

IEC 60364-7-712: Installationsanforderungen für PV-Systeme

IEC 60364-7-712 legt elektrische Installationsstandards für Photovoltaik-Stromversorgungssysteme weltweit fest. Abschnitt 712.422 behandelt speziell den Schutz gegen Überstrom in PV-Arrays, während Abschnitt 712.537 die Anforderungen an Isolierung und Schaltung abdeckt – beides direkt anwendbar auf Combiner-Box-Inspektionen.

Wichtige Bestimmungen der IEC 60364-7-712:

• Dimensionierung des Überstromschutzes: Die Nennwerte der Strangabsicherungen müssen zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,4-fachen des Strangkurzschlussstroms (Isc_mod) liegen; der Schutz des Sub-Arrays muss zwischen dem 1,25-fachen und dem 2,4-fachen des Sub-Array-Isc liegen.
• Anforderung an die doppelte Isolierung: Für Systeme mit einer Leerlaufspannung von mehr als 120 V DC ist die Schutzklasse II (doppelte oder verstärkte Isolierung) obligatorisch.
• Spezifikationen für Trennvorrichtungen: Lasttrennschalter müssen in der Lage sein, den maximalen DC-Strom unter Last zu unterbrechen.
• Leiterpolarität: Bei geerdeten Arrays müssen sich Überstromschutzvorrichtungen am ungeerdeten Leiter befinden; schwimmende Arrays erfordern Schutz an beiden Polen.
• Gehäusekonformität: Combiner-Box-Gehäuse müssen die Normen der IEC 61439 für Niederspannungsschaltanlagen erfüllen, die Temperaturerhöhung und interne Abstände berücksichtigen.

IEC 62852 und IP-Schutzartensystem

Während sich IEC 62852 hauptsächlich mit DC-Steckverbindern für Photovoltaiksysteme befasst, legt sie Kriterien für den Umweltschutz fest, die auch für Combiner-Box-Gehäuse gelten. Das Ingress Protection (IP)-Schutzartensystem, definiert in IEC 60529, verwendet einen zweistelligen Code:

• Erste Ziffer (Schutz gegen feste Fremdkörper):
  • 5 = Staubgeschützt (begrenztes Eindringen zulässig)
  • 6 = Staubdicht (kein Eindringen)
• Zweite Ziffer (Schutz gegen Flüssigkeiten):
  • 5 = Geschützt gegen Strahlwasser
  • 6 = Geschützt gegen starkes Strahlwasser
  • 7 = Geschützt gegen zeitweiliges Untertauchen (bis zu 1 Meter)

Für die meisten Solarinstallationen im Freien ist IP65 die minimal akzeptable Schutzart. Küstennahe, hochwassergefährdete oder feuchte Umgebungen erfordern typischerweise IP66- oder IP67-Schutz. Inspektoren sollten überprüfen, ob die angegebene IP-Schutzart sowohl den Umgebungsbedingungen als auch den Projektspezifikationen entspricht.

Checkliste für die Dokumentation vor der Inspektion

Bevor Sie eine physische Inspektion durchführen, vergewissern Sie sich, dass die folgenden Dokumente verfügbar und vollständig sind. Fehlende oder unvollständige Dokumentation ist in den meisten Gerichtsbarkeiten ein Grund für die Verschiebung der Inspektion.

Erforderliche Dokumente (UL- und IEC-Installationen)

• UL 1741-Listungszertifikat (Nordamerika) oder IEC 61439/60947-Konformitätserklärung (International)
  • Überprüfung des NRTL-Zeichens (für UL) oder Überprüfung der CE-Kennzeichnung (für IEC)
• Einliniendiagramm das die Strangkonfiguration zeigt
  • Strangspannungs- und Stromberechnungen (Voc, Isc, Vmp, Imp)
  • Berechnungen zur Dimensionierung der Überstromschutzeinrichtung
• Installationsanleitung des Herstellers für das jeweilige Combiner-Box-Modell
  • Drehmomentvorgaben für alle elektrischen Anschlüsse
  • Bestätigung der Umgebungsbedingungen (NEMA- oder IP-Schutzart)
• Konformitätserklärung mit NEC Artikel 690 (US-Installationen)
  • Genehmigung des lokalen Energieversorgers für den Netzanschluss
  • Baugenehmigung und genehmigte Elektropläne
• Datenblätter der Solarmodelle
  • Maximale Vorsicherungsnennwerte (NFPA 70E-Konformität)
  • Temperaturkoeffizientendaten für Spannungberechnungen

Die Dokumentationsprüfung sollte bestätigen, dass das installierte Combiner-Box-Modell mit den genehmigten Plänen übereinstimmt. Jegliche Feldänderungen bedürfen vor der Inspektion der Genehmigung durch die AHJ (zuständige Behörde).

Checkliste für die physische und visuelle Inspektion

Die physische Inspektion identifiziert Installationsfehler, Umweltrisiken und Sicherheitsgefahren, die bei der Dokumentationsprüfung möglicherweise nicht erkennbar sind.

Gehäuse und Montage

• Integrität: Keine Risse, Löcher oder Beschädigungen am Gehäusekörper oder -deckel.
  • Wetterdichtungen intakt ohne Lücken (kritisch für IP/NEMA-Schutzart)
  • UV-beständige Materialien bestätigt (für Außeninstallationen)
  • Keine Anzeichen von Rost oder Korrosion an Metallgehäusen
• Montage: Combiner Box sicher an Struktur oder Montagesystem befestigt.
  • Hardware zeigt keine Korrosion oder Lockerheit
  • Montageort bietet die erforderliche Zugänglichkeit (NEC 110.26)
  • Freiräume gemäß Herstellerspezifikationen eingehalten
• Thermisches Management: Belüftungsöffnungen frei von Ablagerungen und Verstopfungen.
  • Box keiner direkten konzentrierten Sonneneinstrahlung ausgesetzt (sofern nicht dafür ausgelegt)
  • Ausreichender Abstand zu anderen wärmeerzeugenden Geräten

Kabeleinführung und Zugentlastung

• Abdichtung: Alle Kabeleinführungen mit geeigneten Verschraubungen oder Steckverbindern versehen.
  • Verschraubungen ordnungsgemäß angezogen, um die IP/NEMA-Schutzart aufrechtzuerhalten
  • Nicht verwendete Kabeleinführungen mit Blindstopfen verschlossen
  • Schutzrohrverbindungen sicher und wetterfest abgedichtet
• Unterstützung: Kabel an den Eintrittspunkten ordnungsgemäß identifiziert und gekennzeichnet.
  • Ausreichende Zugentlastung für alle Leiter vorhanden
  • PV-Leiter-Zulassung für freiliegende Einzelader-DC-Verkabelung verifiziert
  • Kabelstütze innerhalb der erforderlichen Abstände vorhanden

Inspektion der internen Komponenten

• Absicherung: Alle String-Positionen mit geeigneter Absicherung ausgestattet (sofern gemäß NEC 690.9 erforderlich).
  • Sicherungen für DC-Betrieb mit korrekter Spannungsfestigkeit ausgelegt
  • Keine Anzeichen von Überhitzung (Verfärbung, geschmolzene Isolierung)
  • Sicherungshalter sicher und stellen ordnungsgemäßen Kontakt her
• Schalten: Schalter lässt sich leicht über den gesamten Verstellweg bewegen.
  • EIN/AUS-Positionen deutlich gekennzeichnet und funktionsfähig
  • Vorrichtung zur Griffverriegelung vorhanden und funktionsfähig
  • Schaltkontakte zeigen keine Lochfraßbildung oder Verbrennungen
• Erdung: Schutzleiter vorhanden und ordnungsgemäß angeschlossen.
  • Erdungssammelschiene sicher und ausreichend dimensioniert
  • Erdungsbrücken an allen metallischen Komponenten installiert
  • Erdungswiderstand verifiziert <25 Ohm (gemäß NEC-Anforderungen)
• Abschlüsse: Alle Klemmen sichtbar fest (Drehmomentschlüssel zur Überprüfung verwenden).
  • Keine Anzeichen von Korrosion an Kupferklemmen oder Sammelschienen
  • Korrekte Polarität beachtet (positiv zu positiv, negativ zu negativ)
  • Kabeleinführung in Klemmen gemäß Herstellerspezifikationen

Checkliste für elektrische Prüfung und Verifizierung

Sicherheit Warnung: Alle elektrischen Prüfungen müssen mit geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) durchgeführt werden, nachdem bestätigt wurde, dass die Combiner Box sicher isoliert werden kann. DC-Spannungen in Solar Combiner Boxen können 1000 V überschreiten und stellen ernsthafte Schock- und Störlichtbogengefahren dar.

Sicherheitsüberprüfung vor der Prüfung

• Trennschalter in AUS-Position und verriegelt (falls vorhanden).
  • String-Eingänge können für die Prüfung sicher isoliert werden
  • Warnschilder während der Prüfverfahren angebracht
• Störlichtbogenfeste PSA gemäß NFPA 70E-Berechnungen der Störlichtbogengrenze getragen.
  • Isolierte Werkzeuge und ordnungsgemäß ausgelegte Prüfgeräte verwendet
  • Zweite qualifizierte Person für Hochspannungsprüfung anwesend

Spannungs- und Strommessungen

• Leerlaufspannung (Voc): Messen Sie Voc an jedem String unter Sonneneinstrahlung.
  • Stellen Sie sicher, dass Voc die maximale Spannungsfestigkeit des Kombiniererkastens nicht überschreitet.
  • Vergleichen Sie die gemessenen Voc-Werte mit den berechneten Werten (sollten innerhalb von 5 % liegen).
• Betriebsstrom: Messen Sie den Betriebsstrom von jedem String unter Last.
  • Überprüfen Sie den Stromausgleich zwischen den Strings (eine Abweichung von <10 % deutet auf potenzielle Probleme hin).
  • Stellen Sie sicher, dass der Strom die Nennwerte der Sicherung oder Stromschiene nicht überschreitet.
• Polarität: Bestätigen Sie die positive und negative Polarität an allen String-Eingängen.
  • Überprüfen Sie die konsistente Farbcodierung (typischerweise rot = positiv, schwarz = negativ).
  • Überprüfen Sie die Anschlüsse auf verpolte Anschlüsse (sofortiger Fehlerzustand).

Isolations- und Erdungsprüfungen

• Isolationswiderstand:
  • Prüfung zwischen positivem Leiter und Erde: mindestens 1 Megaohm
  • Prüfung zwischen negativem Leiter und Erde: mindestens 1 Megaohm
  • Prüfung zwischen positivem und negativem Leiter: mindestens 1 Megaohm
  • Hinweis: Konsultieren Sie den Modulhersteller vor der Prüfung; einige Garantien schließen Megger-Tests aus.
• Durchgängigkeit der Erdung: Überprüfen Sie die Durchgängigkeit des Erdungspfads vom Kombiniererkasten zur Systemerde.
  • Messen Sie den Erdungswiderstand: muss <25 Ohm gemäß NEC 250.53 betragen.
  • Bestätigen Sie die Verbindung zwischen allen metallischen Gehäuseteilen.
• Überspannungsschutz: Überprüfen SPD Statusanzeige (grün = gut, rot = ersetzen).
  • Stellen Sie sicher, dass die SPD-Spannungsfestigkeit mit der System-Voc übereinstimmt oder diese übersteigt.
  • Stellen Sie sicher, dass die SPD ordnungsgemäß zwischen jedem Pol und der Erde angeschlossen ist.

Funktionstests

• Schalterbetätigung: Stellen Sie sicher, dass der Schalter den Strom unter Lastbedingungen unterbricht.
  • Testen Sie die mechanische Verriegelungs-/Tagout-Funktionalität.
  • Bestätigen Sie die sichtbare Trennstellenanzeige, wenn der Schalter geöffnet ist.
• Überwachung: Überprüfen Sie die Genauigkeit der Stromüberwachung auf String-Ebene (falls vorhanden).
  • Testen Sie die Alarmfunktionen für Überstrom- oder Fehlerbedingungen.
  • Stellen Sie sicher, dass die Fernüberwachungskommunikation funktioniert.

Zertifizierungs- und Kennzeichnungsanforderungen

Die ordnungsgemäße Kennzeichnung und Zertifizierungskennzeichnung sind nicht nur administrative Formalitäten, sondern bieten wichtige Sicherheitsinformationen und rechtlichen Haftungsschutz. Fehlende oder falsche Kennzeichnungen sind häufige Gründe für das Nichtbestehen der Inspektion.

UL-Kennzeichnungsanforderungen (Nordamerika)

• Zertifizierungszeichen: UL-, ETL-, CSA- oder andere NRTL-Zeichen, die dauerhaft am Gehäuse angebracht sind.
  • Die Kennzeichnung ist ohne Öffnen des Gehäuses deutlich sichtbar.
  • Kontrollnummer, die zur Zertifizierungsdatenbank zurückverfolgt werden kann.
• Leistungsschild: Name und Modellnummer des Herstellers.
  • Maximale DC-Spannungsfestigkeit (z. B. “1000 V DC Max” oder “1500 V DC Max”)
  • Maximaler Strom pro String und Gesamtstromkapazität
  • Umgebungseinfluss (z. B. “NEMA 4X” oder “Außenbereich”)
  • Umgebungstemperatur, falls abweichend von 25 °C (77 °F)
• Sicherheitswarnungen: “WARNUNG: GEFAHR DURCH ELEKTRISCHEN SCHLAG” gut sichtbar angebracht.
  • Warnung vor ungeerdeten Leitern (falls zutreffend): “DC-Leiter können unter Spannung stehen”
  • “ON”- und “OFF”-Kennzeichnungen für Trennschalter
  • Sicherungsaustauschspezifikationen (Stromstärke, Spannung, DC-Nennwert)

IEC-Kennzeichnungsanforderungen (International)

• CE-Zeichen: Sichtbar auf dem Gehäuse oder dem Leistungsschild.
  • Begleitet von einer Konformitätserklärung
  • Einhaltung der Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU
• Standard-Referenz -: Verweis auf IEC 61439 oder IEC 60947 auf dem Leistungsschild.
  • IP-Schutzart deutlich gekennzeichnet (z. B. “IP65” oder “IP66”)
  • Bemessungsbetriebsspannung (Ue) und -strom (Ie)
• Symbole: DC-Spannungswarnsymbol (IEC 60417-Symbol).
  • Mehrsprachige Warnhinweise, falls vom Zielmarkt gefordert
  • Erdungs-/Potenzialausgleichssymbol, wo zutreffend

Vor Ort angebrachte Etiketten

• Strangidentifizierung: Jeder Strangeingang ist mit der entsprechenden Array-Position gekennzeichnet.
• Ausgangsidentifizierung: Ausgangsklemmen sind für das Ziel (Wechselrichter, Laderegler usw.) gekennzeichnet.
  • Polaritätskennzeichnungen (+ und – Symbole) an allen DC-Klemmen
• Systeminformationen: Vorhandene maximale Systemspannung.
  • Kurzschlussstromfestigkeit
  • Installationsdatum und Identifikation des Installateurs
  • Notfallkontaktinformationen

Häufige Probleme bei der Nichteinhaltung

Basierend auf Felddaten und AHJ-Berichten sind die folgenden Probleme für die Mehrheit der Inspektionsfehler von Solar Combiner Boxen verantwortlich:

1. Fehlende oder unsachgemäße Absicherung: String-Sicherungen fehlen, wenn NEC 690.9 diese erfordert (drei oder mehr Strings), oder Sicherungen sind im Verhältnis zur maximalen Reihenabsicherung des Moduls zu klein/zu groß dimensioniert.
2. Falsche Umgebungsbedingungen: NEMA 3R-Gehäuse, die in korrosiven Küstenumgebungen installiert werden, oder für den Innenbereich ausgelegte Gehäuse, die im Freien ohne angemessenen Wetterschutz verwendet werden.
3. Unzureichende Erdung: Fehlende Geräteerdungsleiter, zu kleine Erdungsdrähte oder schlechte Anschlüsse, die zu einem Erdungswiderstand von >25 Ohm führen.
4. Verletzungen der Drehmomentvorgaben: Lose Klemmverbindungen aufgrund unsachgemäßer Drehmomentanwendung, die zu Hotspots und potenziellen Lichtbogenfehlern führen.
5. Ausfälle von Kabelverschraubungen: Unbenutzte Kabeleinführungen bleiben offen (was die IP/NEMA-Schutzart beeinträchtigt), oder es werden falsche Verschraubungstypen für die vorhandenen Kabelgrößen verwendet.
6. Unzureichende Kennzeichnung: Fehlende Warnschilder, verblasste oder unleserliche Markierungen oder fehlende Kennzeichnung einzelner String-Stromkreise zur Identifizierung.
7. Spannungsbewertungs-Fehlanpassungen: Combiner Box für 1000 V DC, installiert in einem System mit berechnetem Voc, der diesen Wert aufgrund von kalten Temperaturbedingungen überschreitet.

Fazit: Best Practices für effiziente Inspektionen

Die Inspektion von Solar Combiner Boxen nach UL- und IEC-Normen erfordert ein ausgewogenes Verhältnis von Gründlichkeit und Effizienz. Durch die Befolgung strukturierter Checklisten und die Priorisierung sicherheitskritischer Punkte – Zertifizierungsprüfung, Überstromschutz, Erdung und Umgebungsbedingungen – können Inspektoren die wichtigsten Nichtkonformitäten identifizieren und gleichzeitig angemessene Inspektionszeiten einhalten.

Hersteller wie VIOX Electric, die eine duale UL/IEC-Zertifizierung anstreben, vereinfachen die Aufgabe des Inspektors, indem sie sicherstellen, dass die Produkte sowohl nordamerikanische als auch internationale Anforderungen erfüllen. Überprüfen Sie bei der Bewertung von Solar Combiner Boxen zur Genehmigung immer, ob die Dokumentation mit den installierten Geräten übereinstimmt, ob alle Sicherheitskennzeichnungen vorhanden und leserlich sind und ob elektrische Tests die Systemintegrität bestätigen.

Die regelmäßige Verwendung dieser Checklisten reduziert Nacharbeiten bei der Inspektion, schützt die Systemzuverlässigkeit und trägt letztendlich zur sicheren Installation von Solarstromanlagen weltweit bei.