Einführung
Bei der Planung von Photovoltaikanlagen haben nur wenige Entscheidungen so langfristige Auswirkungen wie die richtige Dimensionierung Ihres Solar Combiner Box. Dieser kritische Verbindungspunkt fasst mehrere PV-Strings zu einem einzigen Ausgang mit höherem Strom zusammen – und eine Unterdimensionierung heute kann einen teuren Geräteaustausch erzwingen, wenn Sie morgen erweitern möchten. Laut Felddaten von kommerziellen Solarinstallateuren kommt es bei fast 40 % der Erweiterungsprojekte zu Verzögerungen oder Kostenüberschreitungen, weil die ursprüngliche Combiner Box nicht ausreichend Kapazität für zusätzliche Strings hatte.
Die gute Nachricht: Mit systematischer Planung und korrekter Anwendung der Anforderungen von NEC Artikel 690 können Sie eine Solar Combiner Box dimensionieren, die sowohl Ihre aktuelle Installation als auch zukünftige String-Erweiterungen aufnimmt, ohne zu überdimensionieren oder Budget zu verschwenden. Dieser Leitfaden führt Sie durch eine bewährte, schrittweise Methodik, die die unmittelbaren Spezifikationen mit der Flexibilität für Erweiterungen in Einklang bringt – und sicherstellt, dass Ihr PV-System effizient von 12 auf 20 Strings oder mehr wachsen kann, ohne die gesamte DC-Architektur überarbeiten zu müssen.
Verständnis der Erweiterungsanforderungen
Bevor Sie Drahtgrößen berechnen oder Gehäuse auswählen, benötigen Sie ein klares Bild davon, wie Ihre PV-Anlage wachsen könnte. Kommerzielle und großtechnische Solarprojekte werden häufig in Phasen eingesetzt – 60 % der geplanten Kapazität werden im ersten Jahr installiert, und Land, Interkonnektionszuweisung und elektrische Infrastruktur werden für zukünftige Ausbauten reserviert. Auch Wohngebäude-Dachanlagen werden erweitert, wenn Hausbesitzer Elektrofahrzeuge oder Batteriespeicher hinzufügen, wodurch ein Bedarf an zusätzlichen String-Kreisen entsteht.
Eine effektive Erweiterungsplanung beginnt mit einer realistischen Prognose. Fragen Sie: Werden Sie innerhalb von 12 Monaten Strings hinzufügen, oder ist dies ein Fünfjahreshorizont? Haben zukünftige Module die gleichen elektrischen Spezifikationen, oder werden Sie Bifacial-Module mit höherem Strom verwenden? Das Verständnis dieser Treiber bestimmt, ob Sie zwei zusätzliche Eingangspositionen oder acht benötigen und ob Ihre Zweigstromwerte die heutigen 10-A-Strings oder die zukünftigen 15-A-Module aufnehmen müssen. Finanzmodelle zeigen oft, dass der Kauf eines Combiners mit 20–24 Positionen heute – auch wenn Sie nur 12 bestücken – weitaus weniger kostet als der Austausch einer unterdimensionierten Einheit mitten im Projekt, wodurch Ausfallzeiten, Arbeitskosten und Genehmigungsänderungen vermieden werden.
Wichtige Dimensionierungsparameter für Solar Combiner Box
Die erfolgreiche Dimensionierung des Combiners hängt von vier grundlegenden elektrischen und mechanischen Parametern ab. Jeder muss sowohl für Ihre aktuelle Installation als auch für die erwartete Erweiterung berechnet werden, um die Einhaltung der Vorschriften und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Maximaler String-Strom (Isc × 1,25): Gemäß NEC 690.8(A) müssen Sie die Stromkreise so dimensionieren, dass sie den Kurzschlussstrom (Isc) des Moduls multipliziert mit 1,25 aufnehmen können, um Schwankungen der Bestrahlungsstärke zu berücksichtigen. Beispielsweise erzeugt ein Modul mit einem Nennwert von 11 A Isc einen maximalen Strom von 13,75 A. Dieser Faktor gilt für jeden String, und die kombinierte Summe bestimmt die Anforderungen an die Ausgangssammelschiene Ihres Combiners.
Anzahl der Eingangspositionen: Dies ist die Anzahl der physischen Klemmen oder Sicherungshalter im Inneren der Solar Combiner Box – eine pro String. Wenn Sie heute 12 Strings installieren, aber planen, innerhalb von drei Jahren 18 zu erreichen, geben Sie mindestens 18 Positionen an. Viele Hersteller bieten modulare Produktlinien (16/18/20/24 Eingänge) im gleichen Gehäuse an, was die zukünftige Bestückung ohne kompletten Austausch vereinfacht.
Sammelschienen- und Klemmenstrombelastbarkeit: Sammelschienen sammeln die parallel geschalteten String-Ströme und speisen den PV-Ausgangsstromkreis. Gemäß NEC 690.8(B) müssen Sie die Leiter auf mindestens 125 % des maximalen Dauerstroms dimensionieren und dann Temperatur- und Installationsminderungsfaktoren anwenden. Ein Combiner, der 12 Strings mit je 13,75 A unterstützt, erzeugt einen kombinierten Strom von 165 A, was eine Leiterstrombelastbarkeit von etwa 206 A vor Umweltkorrekturen erfordert.
Thermische Kapazität des Gehäuses: Solar Combiner Boxen werden im Freien betrieben, oft in direktem Sonnenlicht mit Umgebungstemperaturen von über 40 °C. Eine ausreichende Belüftung, ein Design zur Wärmeableitung und die richtigen IP-Schutzarten (IP65 oder IP67) verhindern eine interne Überhitzung, die die Klemmen beeinträchtigt und den Komponentenausfall beschleunigt. Bestätigen Sie bei der Planung einer Erweiterung, dass das Gehäuse die erhöhten I²R-Verluste bei zunehmender String-Anzahl bewältigen kann.
Schritt 1: Berechnen Sie die aktuellen Systemanforderungen
Beginnen Sie mit der Ermittlung der elektrischen Basiseigenschaften Ihrer bestehenden oder anfänglichen PV-Anlage. Dies bildet die Grundlage für alle nachfolgenden Erweiterungsberechnungen.
Bestimmen Sie die maximale Stromkreisspannung (Vmax): Berechnen Sie gemäß NEC 690.7 Vmax als die Leerlaufspannung (Voc) des Moduls multipliziert mit der Anzahl der in Reihe geschalteten Module und dem Temperaturkorrekturfaktor für Ihre kälteste erwartete Umgebungstemperatur. Beispielsweise ergeben 12 Module mit 50 V Voc in einem kalten Klima (Faktor 1,12) 672 Vdc. Wählen Sie eine Combiner-Spannungsfestigkeit, die diesen Wert überschreitet – typischerweise 1000 Vdc für kommerzielle Installationen oder 1500 Vdc für großtechnische Projekte.
Berechnen Sie den String-Strom: Nehmen Sie das Moduldatenblatt Isc und wenden Sie den 1,25-Multiplikator gemäß NEC 690.8(A) an. Wenn Ihre Module mit 11 A Isc bewertet sind, beträgt Ihr maximaler String-Strom 13,75 A. Dieser Wert bestimmt die Mindestnennleistung für String-Überstromschutzeinrichtungen (Sicherungen oder Leistungsschalter) und die Zweigstromkapazität Ihres Combiners.
Zählen Sie die erforderlichen Eingangspositionen: Für eine 12-String-Anlage benötigen Sie 12 Eingangsklemmen. Aber hören Sie hier auf – dies ist nur der Ausgangspunkt. Dokumentieren Sie diese aktuellen Werte als Ihre Dimensionierungsbasis: Die String-Anzahl beträgt 12, wobei die Modulspezifikation Isc bei 11 A liegt. Der maximale String-Strom berechnet sich auf 13,75 A (11 A × 1,25), was einen kombinierten Anlagenstrom von 165 A (12 × 13,75 A) ergibt. Die Anforderungen an die kontinuierliche Leiterdimensionierung erreichen 206 A (165 A × 1,25 gemäß NEC 690.8(B)).
Diese Zahlen stellen dar, was Sie heute benötigen, aber nicht, was Sie für eine zukunftssichere Solar Combiner Box angeben sollten.
Schritt 2: Prognostizieren Sie zukünftige String-Ergänzungen
Projizieren Sie nun die realistische Wachstumskurve Ihres PV-Systems. Dieser Schritt erfordert einen Ausgleich der technischen Kapazität mit der Geschäftsplanung und den Standortbeschränkungen.
Identifizieren Sie Wachstumstreiber: Häufige Auslöser für Erweiterungen sind die phasenweise Projektfinanzierung, die verfügbare Dach- oder Landfläche, zukünftige Laststeigerungen (EV-Ladung, Wärmepumpen) und die Integration von Batteriespeichern. Großtechnische Projekte planen oft 2–3 Bauphasen über fünf Jahre, während kommerzielle Dächer möglicherweise Kapazität für eine einzelne 30–40 %-Erweiterung innerhalb von zwei Jahren reservieren.
Legen Sie String-Anzahlziele fest: Bestimmen Sie anhand Ihrer Wachstumstreiber die maximal glaubwürdige String-Anzahl. Wenn Sie in Phase eins 12 Strings installieren und Ihr Standort insgesamt 20 aufnehmen kann, planen Sie 20 Positionen ein. Vermeiden Sie eine Überspezifizierung auf 40 Strings, es sei denn, Ihre Interkonnektionsvereinbarung und Ihre Landgenehmigung unterstützen dies – überschüssige Kapazität kostet Geld und erschwert die Geräteauswahl.
Bewerten Sie die Trends in der Modultechnologie: Zukünftige Strings verwenden möglicherweise andere Module. Die heutigen 10–11 A Isc-Module weichen bifazialen, großformatigen Zellen mit 13–15 A-Nennwerten. Wenn Sie erwarten, Modulgenerationen zu mischen, verwenden Sie den höheren Stromwert bei der Dimensionierung der Zweigkapazität und der OCPDs. Ein Combiner, der heute für 15-A-Zweige ausgelegt ist, akzeptiert sowohl Ihre aktuellen 11-A-Strings als auch zukünftige 14-A-Ergänzungen ohne Modifikation.
Dokumentieren Sie Ihre Erweiterungsprognose klar: “Aktuell: 12 Strings mit 11 A Isc. Ziel: 20 Strings, die bis zu 15 A Isc pro String zulassen.” Dies wird zu Ihrem Spezifikationsanker.
Schritt 3: Wenden Sie Minderungs- und Sicherheitsfaktoren an
Rohe Berechnungen reichen nicht aus – die Einhaltung der Vorschriften und ein sicherer Langzeitbetrieb erfordern eine systematische Minderung. Dieser Schritt wandelt Ihre Prognose in verteidigungsfähige Spezifikationen um.
NEC 690.8 Anforderungen an den Dauerstrom: Der National Electrical Code schreibt vor, dass PV-Leiter und Überstromschutzeinrichtungen 125 % des maximalen Stromkreisstroms aufnehmen können. Dies berücksichtigt den kontinuierlichen Tagesbetrieb unter maximaler Bestrahlungsstärke. Für 20 Strings mit je 15 A Isc beträgt Ihr maximaler kombinierter Strom 20 × 15 A × 1,25 = 375 A. Die Leiterstrombelastbarkeit muss dann 375 A × 1,25 = 469 A vor Temperaturkorrekturen erreichen – diese doppelte Anwendung von 125 % (einmal für die Bestrahlungsstärke, einmal für den Dauerbetrieb) ist entscheidend und wird häufig übersehen.
Temperaturminderungsfaktoren: Im Freien aufgestellte Combiner-Gehäuse erfahren eine erhebliche Sonneneinstrahlung. NEC Tabelle 310.15(B)(1) enthält Strombelastbarkeitskorrekturfaktoren für Umgebungstemperaturen über 30 °C. In heißen Klimazonen, in denen die Gehäuse 50 °C erreichen, müssen Kupferleiter möglicherweise um 0,82 oder weniger gemindert werden, wodurch sich Ihre erforderliche Drahtgröße effektiv erhöht. VIOX Electric führt thermische Tests bei 60 °C Umgebungstemperatur durch, um sicherzustellen, dass unsere Solar Combiner Box Designs die Klemmenintegrität unter extremen Feldbedingungen aufrechterhalten.
Empfehlungen für die Erweiterungsmarge: Über die Mindestanforderungen des Codes hinaus fügen erfahrene Systemdesigner eine Kapazitätspuffer von 20–30 % für unvorhergesehenes Wachstum hinzu. Diese Marge berücksichtigt geringfügige Planänderungen – wie z. B. das Hinzufügen von zwei zusätzlichen Strings, wenn ein Batteriesystem früher als erwartet eintrifft – ohne die Genehmigungen oder elektrischen Berechnungen erneut zu öffnen. Konservative Projekte mit einer Lebensdauer von mehr als 15 Jahren verwenden oft Margen von 30–40 %, da sie erkennen, dass Verbesserungen der Moduleffizienz dichtere Anlagen ermöglichen können.
Standardbasierter Ansatz: Wenn Sie die NEC-Anforderungen mit praktischen Margen kombinieren, entwickelt sich Ihre Spezifikation von “unterstützt 20 Strings” zu “unterstützt heute 20 Strings mit Leitern und Sammelschienen, die für einen 24-String-äquivalenten Strom ausgelegt sind, einschließlich aller Minderungen”. Dieser disziplinierte Ansatz verhindert den häufigen Fehler, einen Combiner mit 20 physischen Positionen, aber unzureichendem thermischen oder Strombelastbarkeitsspielraum auszuwählen.
Schritt 4: Wählen Sie die Positionsanzahl und den Stromwert für Ihre Solar Combiner Box aus
Übersetzen Sie nach Abschluss Ihrer Berechnungen die technischen Anforderungen in spezifische Produktauswahlen. Hier trifft Planung auf Beschaffung.
Combiner-Eingangspositionsmatrix: Passen Sie Ihre Ziel-String-Anzahl an die verfügbaren Produktfamilien an. Wenn Sie 20 Positionen für zukünftige Erweiterungen benötigen, suchen Sie nach Combiner-Modellen, die 20–24 Eingänge bieten. Viele Hersteller, darunter VIOX Electric, bieten modulare Produktlinien an, bei denen eine einzelne Gehäuseplattform mehrere Konfigurationen aufnimmt – 16, 18, 20 oder 24 Positionen – sodass Sie die physische Kapazität kaufen können, die Sie benötigen, ohne kundenspezifische Konstruktionen. Diese Modularität bedeutet, dass Ihre Elektriker Sicherungshalter oder Leistungsschalter zu unbestückten Positionen während Phase zwei hinzufügen können, ohne den gesamten Combiner zu entfernen.
Zweigstromwerte: Stellen Sie sicher, dass jede Eingangsklemme oder Sicherungsposition Ihren maximal erwarteten String-Strom unterstützt. Für 15 A Isc-Module benötigen Sie Zweignennwerte um 18,75 A (15 A × 1,25). Moderne Hochleistungs-Combiner unterstützen Zweigströme bis zu 21 A, die Bifacial-Module der nächsten Generation aufnehmen und Spielraum für die Entwicklung der Modultechnologie bieten. Überprüfen Sie, ob Ihre ausgewählten OCPDs – ob PV-Sicherungen oder DC-Leistungsschalter– sowohl mit dem Zweignennwert als auch mit der maximalen Reihenschaltungssicherungsspezifikation des Moduls übereinstimmen.
Ausgangssammelschienenstrombelastbarkeit: Bestätigen Sie, dass die Gesamtausgangskapazität des Combiners Ihre vollständig erweiterte, geminderte Stromanforderung erfüllt. Für unser 20-String-Beispiel mit 469 A Dauerstrom (gemindert) benötigen Sie Sammelschienen und Ausgangsklemmen mit einer Nennleistung von 500 A oder höher. VIOX Combiner Boxen geben sowohl den Dauer- als auch den Kurzschluss-Sammelschienenstrom an, um einen sicheren Betrieb unter allen Bedingungen zu gewährleisten, einschließlich Erdschlüssen und Anlagenfehlanpassungen.
VIOX Produktbeispiel: Die VIOX VSC-24-1000 Solar Combiner Box bietet 24 Eingangspositionen, 1000 Vdc Nennspannung, 21 A Zweigkapazität pro Position und eine 600 A Ausgangssammelschiene – ideal für kommerzielle Installationen, die ein 12–20 String-Wachstum mit Hochstrommodulen planen. Das IP67-zertifizierte Gehäuse mit Wärmemanagementfunktionen gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb in rauen Außenumgebungen, und das modulare Sicherungsdesign ermöglicht eine inkrementelle Bestückung, wenn Ihre Anlage erweitert wird.
Praktisches Dimensionierungsbeispiel: Von 12 Strings auf 20
Lassen Sie uns ein vollständiges reales Szenario durcharbeiten, um die Methodik zu festigen.
Projektparameter:
- Aktuelle Installation: 12 Strings
- Geplante Erweiterung: 20 Strings innerhalb von drei Jahren
- Modulspezifikationen: Voc = 50V, Isc = 11A (Strom), zukünftige Module mit Isc = 14A erwartet
- Stringkonfiguration: 12 Module in Reihe
- Standort: Heißes Klima, 50°C Umgebungstemperatur erwartet
- Standortspannungskorrekturfaktor (kalt): Cv = 1,12
Schritt 1 – Berechnung der Stromanforderungen:
- Vmax = 50V × 12 Module × 1,12 = 672 Vdc → Auswahl eines Combiners mit 1000 Vdc Nennspannung
- Stromstring Imax = 11A × 1,25 = 13,75A
- Strom kombinierter Imax = 12 Strings × 13,75A = 165A
- Leiterstrombelastbarkeit (vor Derating) = 165A × 1,25 = 206A
Schritt 2 – Prognose der Erweiterung:
- Ziel-Strings: 20
- Zukünftiger Modul-Isc: 14A (konservative Schätzung für bifaziale/Hochstrom-Technologie)
Schritt 3 – Anwendung von Derating und Margen:
- Zukünftiger maximaler kombinierter Strom = 20 × 14A × 1,25 = 350A
- Leiterstrombelastbarkeitsanforderung = 350A × 1,25 = 437,5A
- Temperaturkorrektur (50°C, NEC Tabelle 310.15) ≈ 0,82 für Kupfer
- Reduzierte Leiteranforderung = 437,5A ÷ 0,82 ≈ 533A
- Hinzufügen einer Expansionsmarge von 20 % = 533A × 1,20 ≈ 640A
Schritt 4 – Spezifikation der Ausrüstung:
- Eingangspositionen: 24 (bietet Platz für 20 Zielpositionen plus Marge)
- Zweigstromstärke: 21A pro Position (unterstützt 14A × 1,25 = 17,5A mit Headroom)
- Ausgangssammelschiene: 650A Dauerstrombelastbarkeit Minimum
- Spannung: 1000 Vdc
- ÜSCDs: PV-Sicherungen, 15A für aktuelle Strings, 20A für zukünftige (innerhalb der maximalen Reihenschaltungsgrenzen des Moduls)
Result: Spezifizieren Sie VIOX VSC-24-1000 oder Äquivalent: 24 Positionen, 1000 Vdc, 21A Zweig, 650A+ Sammelschiene. Bestücken Sie zunächst 12 Positionen mit 15A Sicherungen und passender Stringverkabelung. Reservieren Sie 8–12 Positionen für die Erweiterung. Ausgangsleiter sind nach allen Deratings für 650A ausgelegt.
Dieser Ansatz kostet im Vorfeld etwa 15–20 % mehr als ein minimal dimensionierter 12-Positionen-Combiner, eliminiert aber die Notwendigkeit von 8.000–12.000 € Ersatzkosten, Genehmigungen und Ausfallzeiten während der zweiten Phase – was einen ROI von 4:1 für die Expansionsplanung liefert.
Häufige Dimensionierungsfehler, die vermieden werden sollten
Selbst erfahrenen Designern unterlaufen vorhersehbare Fehler bei der Dimensionierung von Solar Combiner Boxen für die Erweiterung. Das Erkennen dieser Fehler spart Zeit und Budget.
Unterdimensionierung der Eingangspositionen: Die Angabe genau der Anzahl der Positionen, die Sie heute benötigen – ”Wir haben 16 Strings, also kaufen wir einen 16-Positionen-Combiner” – ist der häufigste Fehler. Wenn die Erweiterung ansteht, sind Sie gezwungen, die gesamte Einheit auszutauschen oder einen zweiten Combiner nachgeschaltet zu installieren, was die Komplexität und die Kosten erhöht. Runden Sie immer auf die nächste verfügbare Positionsanzahl mit Marge auf.
Ignorieren des thermischen Deratings: Die Behandlung der Nennstrombelastbarkeit eines Combiners als absolute Kapazität, ohne die NEC-Temperaturkorrekturen anzuwenden, führt dazu, dass überdimensionierte Leiteranschlüsse schmelzen oder Leistungsschalter unnötig auslösen. Im Freien befindliche Gehäuse in direkter Sonne können intern 60–70°C erreichen. VIOX Electric entwickelt Combiner mit eingebautem thermischen Headroom, aber Sie müssen dennoch das im Code vorgeschriebene Strombelastungs-Derating auf Ihre Leiterdimensionierung anwenden.
Mischen inkompatibler ÜSCD-Nennwerte: Die anfängliche Installation von 15A-Sicherungen und der spätere Versuch, 25A-Sicherungen für Module mit höherem Strom hinzuzufügen, führt zu gefährlichen Rückspeisebedingungen, wenn die ursprünglichen Stringleiter nicht für den erhöhten Schutz ausgelegt sind. Standardisieren Sie auf einen einzigen ÜSCD-Nennwert, der an Ihren höchsten erwarteten Stringstrom angepasst ist, oder dokumentieren Sie klar, welche Positionen welche Nennwerte unterstützen.
Inflexible Combiner-Platzierung: Die Montage Ihres Combiners am äußersten Rand des heutigen Arrays zwingt Sie, lange, kostspielige Leiterwege zu verlegen, wenn Sie in eine andere Richtung erweitern. Planen Sie die Combiner-Platzierung zentral in Bezug auf Ihre endgültige Array-Grundfläche, nicht nur auf die erste Phase. Erwägen Sie Zugkästen und Kabelkanäle zu zukünftigen Erweiterungszonen während der Erstinstallation.
Auslassen der Dokumentation: Wenn Sie Ihre NEC-Berechnungen, Derating-Annahmen und Erweiterungsbegründungen nicht aufzeichnen, muss der nächste Ingenieur Ihre Absicht rückentwickeln – was oft zu übermäßig konservativen Ersetzungen oder unsicheren Annahmen führt. Dokumentieren Sie Spannungs-, Strom-, Temperaturkorrekturen und Positionszuweisungen in Ihren Bestandsplänen und O&M-Handbüchern.
Fazit
Die Dimensionierung einer Solar Combiner Box für zukünftige Stringerweiterung ist keine Mutmaßung – es ist systematische Technik. Durch die Berechnung der Stromanforderungen gemäß NEC 690, die Prognose realistischen Wachstums, die Anwendung geeigneter Derating-Faktoren und die Auswahl von Geräten mit ausreichender Positionsanzahl und Strombelastungs-Headroom schaffen Sie eine PV-Infrastruktur, die effizient skaliert, ohne kostspielige Ersetzungen während des Projekts.
VIOX Electric versteht, dass erweiterbare Systeme mehr als nur zusätzliche Anschlüsse erfordern. Unsere modularen Solar Combiner Box Produktlinien integrieren Wärmemanagement, hohe Zweigstromkapazität (bis zu 21A) und IP67-Außenschutz, um sowohl Ihre aktuelle Installation als auch zukünftige Phasen zu unterstützen. Mit Spannungsnennwerten von 1000 Vdc bis 1500 Vdc und flexiblen Eingangskonfigurationen (16–24 Positionen) bieten Ihnen VIOX Combiner die technische Grundlage für Wachstum.
Bereit, einen zukunftssicheren Combiner für Ihr nächstes Projekt zu spezifizieren? Kontakt zu VIOX Electric‘Das Engineering-Team von VIOX Electric steht Ihnen für Dimensionierungsberatung, technische Datenblätter und kundenspezifische Lösungen zur Verfügung, die auf Ihren Erweiterungszeitplan zugeschnitten sind. Lassen Sie uns eine Solarinfrastruktur aufbauen, die mit Ihren Ambitionen wächst.
