PV-Leitung oder Batteriekabel auf lange Distanz: Was hat weniger Verluste?

Bei Off-Grid-Anlagen lassen sich Module selten direkt neben die Batterien setzen. Die Wahl des Kabels ueber die Distanz entscheidet ueber Kosten und Verluste.

Kurze Antwort: Wenn die Solaranlage mehr als ein paar Meter von der Batteriebank entfernt steht, gehoert der MPPT-Laderegler neben die Batterien und die PV-Leitung mit hoher Stringspannung zwischen Modulen und Regler. Module in Reihe schalten, um die Stringspannung so hoch zu bringen, wie der Regler erlaubt. Das spart Kupfer, senkt die Verluste und ist billiger und einfacher zu verlegen als lange Niederspannungs-Batteriekabel.

Auf einen Blick

• Kabelverlust steigt mit dem Quadrat des Stromes, nicht der Spannung. Hoehere Spannung bei gleicher Leistung bedeutet drastisch weniger Verlust.
• Reihenschaltung der Module hebt die Stringspannung (typisch 60 bis 150 V bei gaengigen MPPT-Reglern) und senkt den Strom im gleichen Verhaeltnis.
• Doppelte Stringspannung viertelt den Kabelverlust bei gleicher Querschnittsflaeche.
• Ein 600 W Array ueber 30 m Hin- und Rueckweg braucht rund 35 mm2 bei 12 V, aber nur 4 mm2 bei 100 V Stringspannung, fuer denselben 3-Prozent-Spannungsabfall.
• MPPT-Regler sind genau dafuer gebaut, hohe DC-Spannungen effizient auf Batteriespannung herabzusetzen.
• Der Laderegler braucht eine praezise Batteriespannungsreferenz, die am Ende eines langen Niederspannungskabels nicht verlaesslich ist.

Die Faustregel

Wenn die Solaranlage nicht im gleichen Raum wie die Batterien steht, Laderegler neben die Batterien und PV-Kabel, nicht Batteriekabel, ueber die lange Strecke fuehren.

Diese Regel gilt fuer nahezu jede Off-Grid-, Camper-, Boots-, Schuppen- und Garagen-Solaranlage unter wenigen Kilowatt. Ausnahmen sind sehr grosse Anlagen oder sehr lange Strecken, bei denen ein netzgekoppelter Stringwechselrichter oder ein Hochvolt-DC-Bus die bessere Architektur wird.

Warum Hochvolt-PV-Leitung gewinnt

Der Spannungsabfall auf einem DC-Kabel folgt einer einfachen Formel:

Spannungsabfall (V) = 2 x Laenge (m) x Strom (A) x Widerstandsbeiwert / Querschnitt (mm2)

Zwei Punkte folgen daraus:

1. Der Strom dominiert. Der Spannungsabfall ist proportional zum Strom. Die Verlustleistung im Kabel waechst aber mit dem Strom im Quadrat.
2. Die Quellenspannung taucht in der Formel nicht auf. Doch Leistung ist Spannung mal Strom, also bedeutet hoehere Quellenspannung bei gleicher Leistung weniger Strom und quadratisch weniger Verlust.

Rechenbeispiel: 600 W Array, 15 m einfach

Aufbau	Quellspannung	Strom	Kabel fuer 3% Verlust	Rel. Kupfer
Regler am Modul, Batteriekabel zur Bank	12 V	50 A	~35 mm2	1.0x
Regler am Modul, Batteriekabel zur Bank	24 V	25 A	~16 mm2	0.46x
Regler am Modul, Batteriekabel zur Bank	48 V	12.5 A	~6 mm2	0.17x
Regler an Batterie, PV-Leitung vom Modul	100 V String	6 A	~4 mm2	0.11x

Die Hochvolt-PV-Variante verbraucht weniger als ein Achtel des Kupfers der 12 V Variante fuer dieselbe Leistung, dieselbe Strecke und denselben Verlust. Sie ist auch deutlich leichter, billiger und einfacher durch Leerrohr oder Graben zu ziehen.

Warum nicht den Regler draussen montieren?

Der Laderegler direkt am Modul wirkt praktisch, bringt aber drei Probleme:

1. Batteriekabel fuehren den Worst-Case-Strom. Bei 12 V sind 600 W schon 50 A. Das erzwingt dicke Kabel, grosse Sicherungen, Kabelschuhe und Trennschalter an beiden Enden.
2. Die Spannungsreferenz stimmt nicht. Der MPPT-Algorithmus braucht eine praezise Batteriespannung fuer Bulk, Absorption und Float. Ein langes, belastetes Batteriekabel verfaelscht diese Referenz und fuehrt zu chronischer Ueber- oder Unterladung.
3. Mess- und Steuerleitungen muessen trotzdem den Weg zurueck nehmen. Temperaturfuehler, Shuntdaten und Fernanzeige brauchen eigene Leitungen.

Wann die Regel nicht gilt

Batteriekabel statt PV-Leitung ist nur in diesen Faellen sinnvoll:

• Die Strecke ist unter etwa 2 m.
• Die Anlage ist ein einzelnes Niederspannungspanel mit kleinem PWM-Regler.
• Es handelt sich um einen netzgekoppelten Stringwechselrichter mit 200 bis 600 V DC Eingang. Dann ist die "PV-Leitung" ohnehin schon die lange Strecke.
• Die oertliche Norm verbietet Hochvolt-DC im geplanten Kabelweg.

Sicherheit und Normen

• Nur UV- und DC-taugliches Solarkabel verwenden, in Europa meist H1Z2Z2-K.
• DC-geeigneten Trennschalter und passende PV-Sicherungen am Modul und am Regler einbauen.
• Maximale Eingangsspannung des MPPT-Reglers bei kaeltester erwarteter Temperatur pruefen, nicht bei 25 Grad. Kalte Module liefern 15 bis 25 Prozent mehr Leerlaufspannung.
• Im Graben nur erdverlegbare Rohre verwenden, vorgeschriebene Verlegetiefe einhalten, DC und AC trennen.
• Modulrahmen erden und am zentralen Potentialausgleich anschliessen.

Entscheidung in fuenf Minuten

1. Hin- und Rueckweg zwischen beiden moeglichen Standorten messen.
2. Maximale Eingangsspannung des MPPT-Reglers bei kaeltester Temperatur als Zielstringspannung nehmen.
3. Strom bei Stringspannung berechnen: Strom = Leistung / Stringspannung.
4. Strom bei Batteriespannung berechnen: Strom = Leistung / Batteriespannung.
5. Fuer beide Faelle Kabel auf 3 Prozent Spannungsabfall auslegen und vergleichen. Die PV-Variante gewinnt fast immer klar.

Haeufige Fragen

Ist PV-Leitung oder Batteriekabel auf lange Strecke besser? PV-Leitung. Laderegler an die Batterien, Hochvolt-PV-Kabel vom Modul zum Regler. Hoehere Spannung bei gleicher Leistung bedeutet weniger Strom und quadratisch weniger Verlust.

Aendert sich das bei 24 V oder 48 V Systemen? Der Vorteil der PV-Seite schrumpft, bleibt aber bei Strecken ab etwa 10 m klar bestehen.

Welcher Querschnitt bei 8 bis 15 m PV-Leitung? Fuer typische 400 bis 800 W Anlagen bei 80 bis 150 V Stringspannung reichen 4 bis 6 mm2 in aller Regel aus, bezogen auf 3 Prozent Abfall.

Kann ich die Module auf die Garage und die Batterien ins Haus legen? Ja, das ist der Musterfall. Module in die Sonne, Regler und Batterien zu den Verbrauchern, PV-Kabel durch Leerrohr im Graben dazwischen.

Gilt das auch fuer Mikrowechselrichter und Netzkopplung? Solche Systeme fuehren ohnehin schon Hochvolt-AC oder Hochvolt-DC ueber die Strecke. Dieser Artikel behandelt DC-gekoppelte Off-Grid- und Hybridanlagen.

Fazit

Fuer jede Off-Grid- oder Hybridanlage mit Distanz zwischen Array und Batteriebank ist der optimale Aufbau: Module in Reihe, PV-Kabel ueber die lange Strecke, MPPT-Laderegler neben die Batterien. Das spart Kupfer, senkt Verluste, haelt den Lade-Algorithmus praezise und ist billiger und einfacher zu installieren.

Wer sich die Rechnung sparen will, kann die VoltPlan Tools zur Kabelauslegung und Spannungsabfallberechnung nutzen und beide Varianten direkt vergleichen.