Das Wichtigste in Kürze
Der Kurzschlussstrom (Isc) ist der größte Strom, den ein Solarmodul liefern kann. Er fließt, wenn Plus und Minus direkt verbunden sind und die Spannung null beträgt. Im Betrieb kommt er nicht vor, er ist aber die Rechengröße für Leitungen, Sicherungen und die Wahl des Wechselrichters.
- Einstrahlung: Der Kurzschlussstrom hängt linear von der Lichtstärke ab, halbe Einstrahlung bedeutet halben Strom (PVEducation)
- Temperatur: plus 0,06 % je Grad Celsius bei Silizium (PVEducation)
- Physikalische Grenze: höchstens 46 mA je cm² Zellfläche bei Silizium unter Normlicht (PVEducation)
- Auslegung: Leitungen und Schutz werden auf das 1,25-Fache des Kurzschlussstroms ausgelegt (Leitfaden von TÜV Rheinland und Fraunhofer ISE)
- Reihe und parallel: In Reihe bleibt der Strom gleich, parallel addieren sich die Ströme der Stränge
- Sicherheit: Module stehen bei Licht immer unter Spannung, Verbindungen dürfen nicht unter Last getrennt werden (DGUV)
Was ist der Kurzschlussstrom (Isc)?
Der Kurzschlussstrom ist der Strom, der durch eine Solarzelle oder ein Solarmodul fließt, wenn die Spannung null beträgt. Das ist der Fall, wenn Plus- und Minuspol ohne Widerstand miteinander verbunden sind. Die Abkürzung Isc steht für das englische Short-Circuit Current. Mehr Strom als diesen Wert kann das Modul bei der jeweiligen Einstrahlung nicht liefern.
Im Datenblatt steht der Kurzschlussstrom neben der Leerlaufspannung und der Nennleistung. Angegeben wird er für die Standard-Testbedingungen, kurz STC: eine Einstrahlung von 1.000 W/m², das genormte Sonnenspektrum AM 1,5 und 25 °C Zelltemperatur. So lassen sich Module verschiedener Hersteller vergleichen.
Im normalen Betrieb fließt der Kurzschlussstrom nicht. Der Wechselrichter hält das Modul in einem Arbeitspunkt mit etwas weniger Strom und deutlich mehr Spannung, weil dort die Leistung am größten ist. Der Kurzschlussstrom ist deshalb kein Leistungswert, sondern ein Grenzwert: Alles, was auf der Gleichstromseite Strom führt, muss ihn aushalten.
Stellen Sie sich einen Gartenschlauch vor, dessen Ende offen auf dem Boden liegt. Das Wasser läuft mit voller Menge, aber ohne Druck. Das ist der Kurzschluss: voller Strom, keine Spannung. Hält man das Ende zu, steigt der Druck auf das Maximum, aber nichts fließt mehr. Das entspricht der Leerlaufspannung.
Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung und MPP im Vergleich
Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung sind die beiden Endpunkte der Kennlinie eines Solarmoduls. Die Kennlinie zeigt, welcher Strom bei welcher Spannung fließt. An beiden Enden gibt das Modul keine Leistung ab, denn Leistung ist Strom mal Spannung, und einer der beiden Werte ist dort null.
Der Arbeitspunkt mit der höchsten Leistung heißt MPP, kurz für Maximum Power Point. Dort ist der Strom etwas kleiner als der Kurzschlussstrom und die Spannung etwas kleiner als die Leerlaufspannung. Wie nah das Modul an das Rechteck aus Isc und Voc herankommt, beschreibt der Füllfaktor.
| Kennwert | Kürzel | Bedingung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Kurzschlussstrom | Isc | Spannung 0 V | Größter Strom |
| Leerlaufspannung | Voc | Strom 0 A | Größte Spannung |
| Punkt maximaler Leistung | MPP | Impp und Vmpp | Größte Leistung, Pmax = Vmpp × Impp |
| Füllfaktor | FF | berechnet | Pmax geteilt durch (Voc × Isc) |
Aus diesen Werten folgt die Formel Pmax = Isc × Voc × FF. Für Siliziumzellen nennt PVEducation als theoretische Obergrenze des Füllfaktors 0,83 bis 0,85. Gemessene Werte liegen darunter, weil in Zelle und Kontakten Widerstände wirken. Ein hoher Kurzschlussstrom allein sagt also wenig über die Qualität eines Moduls. Erst zusammen mit Spannung und Füllfaktor ergibt sich die Leistung.
Wie hoch ist der Kurzschlussstrom eines Solarmoduls?
Der Kurzschlussstrom eines Solarmoduls hängt vor allem von der Fläche der einzelnen Zelle ab. Das Lehrwerk PVEducation gibt für Silizium unter Normlicht eine physikalische Obergrenze von 46 mA je cm² an. Laborzellen erreichen über 42 mA je cm². Multipliziert man die Stromdichte mit der Zellfläche, ergibt sich der Strom, den eine Zelle dieser Größe höchstens liefern kann.
| Kantenlänge der Zelle | Fläche | Bei 42 mA/cm² | Obergrenze bei 46 mA/cm² |
|---|---|---|---|
| 156 mm | 243 cm² | 10,2 A | 11,2 A |
| 182 mm | 331 cm² | 13,9 A | 15,2 A |
| 210 mm | 441 cm² | 18,5 A | 20,3 A |
Die Tabelle erklärt, warum Module mit größeren Zellen höhere Ströme haben. Ältere Module mit kleinen Zellen liegen bei rund 10 Ampere, Module mit großen Zellen deutlich darüber. Die Zahl der Zellen ändert daran nichts: In einem Modul sind die Zellen in Reihe geschaltet, dabei addieren sich die Spannungen, der Strom bleibt der einer Zelle.
Bei Halbzellenmodulen wird jede Zelle geteilt. Jede Hälfte liefert den halben Strom, zwei Stränge aus Halbzellen sind im Modul parallel geschaltet. Am Anschluss kommt deshalb wieder der Strom der ganzen Zelle an. Bifaziale Module nutzen zusätzlich Licht auf der Rückseite und können im Betrieb mehr Strom liefern, als der Datenblattwert für die Vorderseite angibt.
Wovon hängt der Kurzschlussstrom ab?
Der Kurzschlussstrom hängt nach PVEducation von fünf Größen ab: der Fläche der Zelle, der Zahl der auftreffenden Lichtteilchen, dem Spektrum des Lichts, den optischen Eigenschaften der Zelle und davon, wie gut sie die erzeugten Ladungsträger einsammelt. Im Betrieb auf dem Dach ändern sich davon vor allem zwei Dinge: das Licht und die Temperatur.
Einstrahlung
Der Kurzschlussstrom hängt linear von der Lichtstärke ab. Bei 500 W/m² liefert ein Modul die Hälfte des Datenblattwerts, bei 200 W/m² ein Fünftel. Kein anderer Kennwert folgt der Einstrahlung so direkt, deshalb eignet sich der Kurzschlussstrom auch als Maß für das Licht, das gerade auf dem Modul ankommt.
Der Datenblattwert ist nicht die Obergrenze im Freien. An Wolkenrändern wird Licht zusätzlich auf die Module gelenkt, die Einstrahlung steigt dann kurzzeitig über 1.000 W/m². In einer elfmonatigen Messreihe der University of California in San Diego lag der höchste Wert bei 1.466 W/m². Für Sekunden kann ein Modul also deutlich mehr Strom liefern, als im Datenblatt steht.
Temperatur
Mit steigender Temperatur nimmt der Kurzschlussstrom leicht zu, bei Silizium um 0,06 % je Grad Celsius. Ist die Zelle 40 Grad wärmer als im Labor, sind das 2,4 %. Die Spannung reagiert viel stärker und in die andere Richtung: Sie fällt um etwa 2,2 Millivolt je Grad und Zelle. Unter dem Strich sinkt die Leistung von Siliziumzellen um 0,4 bis 0,5 % je Grad. Den Wert für ein bestimmtes Modul nennt der Temperaturkoeffizient im Datenblatt.
Verschattung
In einer Reihenschaltung bestimmt die schwächste Zelle den Strom. Der Kurzschlussstrom der Kombination ist auf den der schwächsten Zelle begrenzt. Liegt ein Blatt auf einer Zelle, bremst sie alle anderen. Die überschüssige Leistung wird in der verschatteten Zelle zu Wärme, es entsteht ein Hot-Spot, der das Modul dauerhaft schädigen kann.
Dagegen sind Bypassdioden in der Anschlussdose eingebaut. Sie leiten den Strom an der verschatteten Zellgruppe vorbei und verhindern die Überhitzung. Bei Siliziumzellen schützt eine Diode nach PVEducation höchstens etwa 15 Zellen. Mehr dazu steht im Beitrag zur Verschattung von PV-Anlagen.
Kurzschlussstrom für Strang und Anlage berechnen
Den Kurzschlussstrom einer Anlage berechnen Sie in drei Schritten aus dem Datenblattwert des Moduls. Entscheidend ist, wie die Module verschaltet sind.
- Strang: Sind Module in Reihe geschaltet, bleibt der Kurzschlussstrom der eines einzelnen Moduls. Die Spannungen addieren sich.
- Parallele Stränge: Werden Stränge parallel an denselben Eingang gelegt, addieren sich ihre Kurzschlussströme. Mehr dazu unter Parallelschaltung.
- Zuschlag: Für die Auslegung wird der Wert mit 1,25 multipliziert. Das deckt Einstrahlungen über dem Normwert ab.
| Verschaltung | Kurzschlussstrom | Mit Faktor 1,25 |
|---|---|---|
| 1 Strang, beliebig viele Module in Reihe | 14 A | 17,5 A |
| 2 Stränge parallel an einem Eingang | 28 A | 35 A |
| 3 Stränge parallel an einem Eingang | 42 A | 52,5 A |
Der Faktor 1,25 stammt aus der Errichtungsnorm für Photovoltaik. Der Brandschutz-Leitfaden von TÜV Rheinland und Fraunhofer ISE nennt die Auslegung auf das 1,25-Fache von Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom als Grundregel. Auf diesen Strom werden die Gleichstromleitungen und die Schutzeinrichtungen bemessen. Wie sich der Leitungsquerschnitt auf die Verluste auswirkt, zeigt der Beitrag zu Kabelverlusten.
Bei parallel geschalteten Strängen kommt ein zweiter Punkt hinzu. Fällt ein Strang aus, etwa durch Verschattung oder einen Fehler, können die übrigen Stränge Strom rückwärts in ihn hineintreiben. Die DGUV weist darauf hin, dass bei parallelen Strängen unter Umständen Überstromschutz in den einzelnen Strängen nötig ist. Ob das für Ihre Anlage gilt, entscheidet die Elektrofachkraft anhand der Moduldaten.
Passt der Kurzschlussstrom zum Wechselrichter?
Ob Module und Wechselrichter zusammenpassen, entscheidet sich an zwei Stromwerten im Datenblatt des Wechselrichters. Sie werden oft verwechselt, weil beide in Ampere je Eingang angegeben sind.
| Angabe im Datenblatt | Was sie bedeutet | Womit vergleichen |
|---|---|---|
| Maximaler Eingangsstrom | Strom, den der Eingang im Betrieb verarbeitet | Strom der Module im MPP (Impp) |
| Maximaler Kurzschlussstrom | Strom, den der Eingang im Fehlerfall aushält | Kurzschlussstrom der Module (Isc) |
Liegt der Strom der Module im MPP über dem maximalen Eingangsstrom, geht Ertrag verloren, weil der Wechselrichter den Arbeitspunkt verschiebt. Liegt der Kurzschlussstrom der Module über dem maximalen Kurzschlussstrom des Eingangs, ist die Kombination nicht zulässig. Bei zwei parallelen Strängen an einem Eingang zählt die Summe.
Ein älterer Wechselrichter bekommt Module mit größeren Zellen. Die Leistung passt, aber der Kurzschlussstrom der neuen Module liegt über der Grenze des Eingangs. Vergleichen Sie vor dem Kauf beide Stromwerte und lassen Sie sich die Kombination vom Hersteller des Wechselrichters bestätigen.
Dieselbe Prüfung gilt für Hybrid-Wechselrichter, Leistungsoptimierer und Mikrowechselrichter. Auch dort steht im Datenblatt, welchen Kurzschlussstrom der Eingang verträgt.
Wie wird der Kurzschlussstrom gemessen?
Der Kurzschlussstrom wird gemessen, indem die Anschlüsse über ein Strommessgerät verbunden werden und der fließende Strom abgelesen wird. Beim Hersteller geschieht das im Labor: Ein Lichtblitz mit genormter Stärke und genormtem Spektrum trifft das Modul, während ein Messgerät die ganze Kennlinie aufnimmt. Das Verfahren regelt die Norm DIN EN IEC 60904-1. Sie erlaubt die Messung unter natürlichem und unter simuliertem Sonnenlicht.
Auf dem Dach wird der Kurzschlussstrom bei der Inbetriebnahme an jedem Strang gemessen. Weil er der Einstrahlung folgt, gehört die Einstrahlung zum Zeitpunkt der Messung dazu. Aussagekräftig ist der Vergleich: Liefern gleich aufgebaute Stränge im selben Moment deutlich unterschiedliche Ströme, ist einer verschattet, verschmutzt oder fehlerhaft. Die Werte stehen im Inbetriebnahmeprotokoll.
Diese Messung ist nichts für Laien. Die DGUV beschreibt das sichere Vorgehen so: Erst mit der Strommesszange prüfen, dass kein Strom fließt, dann den Strang an den Steckverbindern öffnen. Wer einen stromführenden Gleichstromkreis trennt, riskiert einen Lichtbogen.
Was passiert bei einem Kurzschluss?
Ein Kurzschluss beschädigt das Solarmodul selbst nicht, weil es nicht mehr als seinen Kurzschlussstrom liefern kann. Anders als eine Batterie oder das Stromnetz ist ein Modul eine strombegrenzte Quelle. Genau das macht Fehler auf der Gleichstromseite tückisch: Der Strom im Fehlerfall ist kaum höher als im Betrieb, eine gewöhnliche Sicherung löst deshalb nicht zuverlässig aus.
Die eigentliche Gefahr sind Spannung und Lichtbogen. Drei Aussagen aus den Regelwerken sollten Sie kennen:
- Immer unter Spannung: Spannungsfrei wird eine PV-Anlage bei Licht laut DGUV nur durch lichtdichtes Abdecken der Module. Der Leitfaden von TÜV Rheinland und Fraunhofer ISE hält fest, dass PV-Anlagen praktisch immer unter Spannung stehen, auch bei trübem Wetter.
- Nicht unter Last trennen: Verbindungen der Module und Stränge dürfen wegen der Gefahr eines Störlichtbogens nicht unter Last getrennt werden. Das gilt auch für Schalter, die nur Trennschalter und keine Lasttrennschalter sind.
- 60 Volt als Schwelle: Gleichspannungen unter 60 Volt gelten nach DGUV als nicht berührungsgefährlich. Die Gefahr durch Lichtbögen bleibt aber auch darunter bestehen.
Für Betreiber heißt das: Ziehen Sie keine Stecker auf dem Dach, auch nicht an einem einzelnen Modul, solange die Anlage arbeitet. Die Versicherer empfehlen in ihrer Richtlinie VdS 3145 Wechselrichter mit Lichtbogenschutz. Für den Notfall gibt es Einrichtungen zur Notabschaltung, die Module einzeln spannungsarm schalten.
Häufige Fragen
Was ist der Kurzschlussstrom eines Solarmoduls?
Der Kurzschlussstrom, abgekürzt Isc, ist der Strom, der durch ein Solarmodul fließt, wenn Plus- und Minuspol direkt verbunden sind und die Spannung null beträgt. Es ist der größte Strom, den das Modul bei der jeweiligen Einstrahlung liefern kann. Im Datenblatt steht der Wert für eine Einstrahlung von 1.000 W/m².
Wie hoch muss der Kurzschlussstrom sein?
Einen Sollwert gibt es nicht. Der Kurzschlussstrom ergibt sich aus Zellfläche und Zelltechnik und steht im Datenblatt. Wichtig ist, dass er zum Wechselrichter passt: Der Kurzschlussstrom aller Stränge an einem Eingang darf den Wert nicht überschreiten, den das Datenblatt des Wechselrichters als maximalen Kurzschlussstrom nennt.
Wie misst man den Kurzschlussstrom eines PV-Moduls?
Der Kurzschlussstrom wird gemessen, indem die beiden Anschlüsse über ein Strommessgerät verbunden werden. Im Labor geschieht das unter Normlicht, auf dem Dach bei der Inbetriebnahme je Strang. Die Messung gehört in die Hand einer Elektrofachkraft: Laut DGUV dürfen Verbindungen wegen der Lichtbogengefahr nicht unter Last getrennt werden.
Was passiert, wenn man ein Solarpanel kurzschließt?
Das Modul selbst nimmt dabei keinen Schaden, denn es kann nicht mehr als seinen Kurzschlussstrom liefern, und der liegt nur wenig über dem normalen Betriebsstrom. Gefährlich ist der Moment des Trennens: Wird ein stromführender Gleichstromkreis geöffnet, kann ein Lichtbogen entstehen. Deshalb werden Strings erst stromlos gemacht und dann getrennt.
Kann man von einem PV-Modul einen Stromschlag bekommen?
Ja. Sobald Licht auf die Module fällt, liegt Spannung an, sie lässt sich nur durch lichtdichtes Abdecken beseitigen. Nach der DGUV gelten Gleichspannungen unter 60 Volt als nicht berührungsgefährlich. Ein einzelnes Modul liegt meist darunter, ein Strang aus vielen Modulen in Reihe erreicht mehrere hundert Volt und ist lebensgefährlich.
Steigt oder sinkt der Kurzschlussstrom bei höherer Temperatur?
Er steigt leicht. Für Silizium nennt das Lehrwerk PVEducation 0,06 % je Grad Celsius. Bei 40 Grad mehr sind das 2,4 %. Die Leistung sinkt trotzdem, weil die Spannung bei Wärme deutlich stärker fällt: Die Leistung von Siliziumzellen nimmt um 0,4 bis 0,5 % je Grad ab.
Wie unterscheidet sich der Kurzschlussstrom von der Leerlaufspannung?
Der Kurzschlussstrom ist der größte Strom und fließt bei Spannung null. Die Leerlaufspannung ist die größte Spannung und liegt bei Strom null an, also wenn nichts angeschlossen ist. In beiden Zuständen gibt das Modul keine Leistung ab. Der Betriebspunkt mit der höchsten Leistung liegt dazwischen.
Ist es schlimm, wenn der Kurzschlussstrom der Module höher ist als der Eingangsstrom des Wechselrichters?
Das kommt auf den Wert an, den Sie vergleichen. Wechselrichter-Datenblätter nennen zwei Grenzen: den maximalen Eingangsstrom im Betrieb und den maximalen Kurzschlussstrom je Eingang. Der Kurzschlussstrom der Module darf über dem Betriebsstrom liegen, aber nicht über dem maximalen Kurzschlussstrom des Eingangs. Im Zweifel gilt die Freigabe des Wechselrichterherstellers.
Fazit
Der Kurzschlussstrom ist der Grenzwert, an dem sich die Gleichstromseite einer Photovoltaikanlage ausrichtet. Er sagt wenig über die Qualität eines Moduls, aber viel darüber, welche Leitungen, welcher Schutz und welcher Wechselrichter dazu passen.
Für die Praxis genügen drei Schritte: den Wert aus dem Datenblatt nehmen, parallele Stränge addieren und mit 1,25 multiplizieren. Das Ergebnis vergleichen Sie mit dem maximalen Kurzschlussstrom des Wechselrichter-Eingangs. Weitere Begriffe erklärt das Photovoltaik-Lexikon.
Quellen und Methodik
Definitionen, Stromdichten, Temperaturverhalten, Füllfaktor und die Aussagen zu Reihenschaltung und Bypassdioden stammen aus dem Hochschul-Lehrwerk PVEducation. Die Sicherheitsaussagen folgen der DGUV Information 203-080, der Faktor 1,25 dem Leitfaden von TÜV Rheinland und Fraunhofer ISE. Die Tabellen zum Strom nach Zellgröße und zum Rechenbeispiel sind eigene Rechnungen. Typische Ampere-Werte einzelner Modulbauarten nennt der Beitrag nicht als Tabelle, weil es dafür nur Herstellerangaben gibt. Die Errichtungsnorm selbst ist kostenpflichtig und lag nicht im Volltext vor.
- PVEducation: Short-Circuit Current - Definition, Einflussgrößen, Stromdichte von Siliziumzellen
- PVEducation: Effect of Temperature - Temperaturverhalten von Strom, Spannung und Leistung
- DGUV Information 203-080: Montage und Instandhaltung von Photovoltaik-Anlagen - Spannungsfreiheit, Trennen unter Last, Schutz paralleler Stränge
- TÜV Rheinland und Fraunhofer ISE: Leitfaden Bewertung des Brandrisikos in Photovoltaik-Anlagen - Auslegung auf das 1,25-Fache, Anlagen stehen immer unter Spannung
- University of California: Analysis of the cloud enhancement phenomenon - gemessene Einstrahlung über dem Normwert
Hinweis: Solar.red steht in keiner geschäftlichen Verbindung mit den genannten Institutionen. Rechenbeispiele und Tabellen dienen der Orientierung und ersetzen keine Auslegung durch eine Elektrofachkraft. Arbeiten an der Gleichstromseite einer Photovoltaikanlage sind lebensgefährlich und gehören in die Hand von Fachleuten.
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