Kabelstärke-Rechner für Solaranlagen
Der Rechner ermittelt den Kabelquerschnitt in Quadratmillimetern, der Ihren gewünschten Spannungsfall einhält. Die Kabellänge ist die einfache Strecke, Hin- und Rückleiter rechnet er selbst ein.
Formel: Querschnitt = 2 × Länge × Strom ÷ (Leitfähigkeit × Spannungsfall in Volt). Der Rechner prüft nur den Spannungsfall. Ob die Leitung den Strom bei Ihrer Verlegeart und Temperatur dauerhaft tragen darf, legt die Elektrofachkraft fest.
Das Wichtigste in Kürze
Die Kabelstärke ist der Querschnitt des Leiters in einem Kabel, gemessen in Quadratmillimetern. Bei einer Solaranlage bestimmt sie, wie viel Spannung und damit Ertrag auf dem Weg von den Modulen zum Wechselrichter verloren geht. Je länger die Leitung und je höher der Strom, desto dicker muss das Kabel sein.
- Formel: Querschnitt = 2 × Länge × Strom ÷ (Leitfähigkeit × zulässiger Spannungsfall in Volt).
- Kupfer leitet bei 20 Grad mit 57 m/(Ω·mm²) (Kupferverband). Gerechnet wird meist mit 56 als vorsichtigem Wert (eigene Annahme).
- Für den Strom wird der Kurzschlussstrom der Module mit mindestens 1,25 multipliziert (DIN VDE 0100-712).
- Das US-Forschungslabor NREL setzt für Leitungsverluste einer PV-Anlage pauschal 2 Prozent an.
- Bei 12 Ampere und 400 Volt reichen 4 mm² Kupfer für rund 37 Meter einfache Strecke mit 1 Prozent Spannungsfall (eigene Rechnung).
Was ist die Kabelstärke?
Die Kabelstärke ist die Querschnittsfläche des Metallleiters in einem Kabel, angegeben in Quadratmillimetern (mm²). Gemeint ist nur der Leiter, nicht die Isolierung darum. Fachleute sprechen deshalb vom Leiterquerschnitt.
Der Querschnitt bestimmt den elektrischen Widerstand. Ein dünner Leiter bremst den Strom stärker als ein dicker, und der gebremste Anteil wird zu Wärme. Am Ende der Leitung kommt etwas weniger Spannung an als am Anfang. Diese Differenz heißt Spannungsfall, im Alltag auch Spannungsabfall.
Bei einer Solaranlage geht es vor allem um die Leitung zwischen den Modulen und dem Wechselrichter. Dort fließt Gleichstrom, oft über viele Meter vom Dach bis in den Keller. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme zählt Leitungswiderstände zu den Verlusten, die den Ertrag einer Anlage im Betrieb mindern.
Wie berechnet man den Kabelquerschnitt?
Den Kabelquerschnitt berechnet man aus Leitungslänge, Strom, Leitfähigkeit des Materials und dem Spannungsfall, den man zulassen will. Die Formel für Gleichstrom lautet:
A = 2 × L × I ÷ (κ × ΔU)
A ist der Querschnitt in mm², L die einfache Leitungslänge in Metern, I der Strom in Ampere, κ (Kappa) die Leitfähigkeit des Leiters und ΔU der zulässige Spannungsfall in Volt.
Der Faktor 2 steht für Hin- und Rückleiter. Der Strom fließt vom Modul zum Wechselrichter und wieder zurück, beide Strecken haben Widerstand. Den Spannungsfall in Volt erhalten Sie, indem Sie die Systemspannung mit dem gewünschten Prozentwert multiplizieren.
Rechenbeispiel
Ein Modulstrang liefert 12 Ampere bei 400 Volt. Die Leitung zum Wechselrichter ist 15 Meter lang, zugelassen wird 1 Prozent Spannungsfall, also 4 Volt.
| Größe | Wert | Erläuterung |
|---|---|---|
| Strom | 12 A | Angesetzter Strom des Strangs |
| Einfache Länge | 15 m | Strecke vom Dach zum Wechselrichter |
| Leitfähigkeit | 56 m/(Ω·mm²) | Vorsichtiger Rechenwert für Kupfer |
| Spannungsfall | 4 V | 1 Prozent von 400 Volt |
| Rechnerischer Querschnitt | 1,61 mm² | 2 × 15 × 12 ÷ (56 × 4) |
| Nächster Nennquerschnitt | 2,5 mm² | Spannungsfall dann 2,57 Volt oder 0,64 Prozent |
Rechnerisch genügen in diesem Beispiel 2,5 mm². Das Ergebnis ist eine Untergrenze aus Sicht des Spannungsfalls. Die Fachkraft prüft zusätzlich, ob die Leitung den Strom bei der gewählten Verlegeart dauerhaft tragen darf, und wählt im Zweifel die nächste Stufe.
Welche Leitfähigkeit gilt für Kupfer?
Für Kupfer nennt der Kupferverband bei 20 Grad eine Leitfähigkeit von 57 m/(Ω·mm²). Kupfer leitet damit nach Silber am besten von allen Metallen. Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand zu, der Verband gibt den Temperaturbeiwert mit 0,0039 je Grad an.
Das hat Folgen auf dem Dach. Ist der Leiter 70 Grad warm, liegt sein Widerstand rund 20 Prozent höher als bei 20 Grad. Die Leitfähigkeit sinkt dann auf etwa 48 (eigene Rechnung: 57 ÷ 1,195). Wer auf der sicheren Seite rechnen will, trägt diesen Wert im Rechner ein.
Welchen Strom setzt man an?
Als Strom setzt man den Kurzschlussstrom der Module an, erhöht um einen Sicherheitsfaktor von mindestens 1,25. So verlangt es die Errichtungsnorm für Photovoltaikanlagen DIN VDE 0100-712. Den Kurzschlussstrom finden Sie auf dem Datenblatt unter der Abkürzung Isc.
Der Zuschlag hat einen einfachen Grund. Der Wert auf dem Datenblatt gilt für Normbedingungen. An klaren, kühlen Tagen oder bei zusätzlichem Streulicht können Module kurzzeitig mehr Strom liefern. Nach derselben Norm werden die Bauteile auf der Gleichstromseite nach der höchsten Leerlaufspannung und dem höchsten Kurzschlussstrom ausgewählt.
Ein Beispiel: Ein Modul hat laut Datenblatt 14 Ampere Kurzschlussstrom. Für die Auslegung zählen dann 17,5 Ampere (eigene Rechnung: 14 × 1,25).
Wie die Module verschaltet sind, entscheidet über den Strom. Bei der Reihenschaltung addieren sich die Spannungen, der Strom bleibt gleich. Bei der Parallelschaltung addieren sich die Ströme. Zwei parallele Stränge brauchen in der gemeinsamen Leitung deshalb den doppelten Querschnitt für denselben Spannungsfall.
Wie viel Spannungsfall ist sinnvoll?
Sinnvoll ist ein Spannungsfall von wenigen Prozent, einen gesetzlich festen Grenzwert für die Leitung zwischen Modul und Wechselrichter gibt es nicht. Einen Anhaltspunkt liefert das US-Forschungslabor NREL: In seinem Ertragsmodell PVWatts setzt es für Leitungsverluste pauschal 2 Prozent an, für Verluste an Steckverbindungen weitere 0,5 Prozent.
Viele Planer bleiben auf der Gleichstromseite bewusst darunter und zielen auf etwa 1 Prozent. Das ist eine wirtschaftliche Entscheidung und keine Vorschrift. Ein dickeres Kabel kostet einmal etwas mehr, der geringere Verlust wirkt über die gesamte Laufzeit der Anlage.
Der prozentuale Spannungsfall entspricht dem Anteil der Leistung, der in der Leitung verloren geht. Im Rechenbeispiel oben sind das mit 2,5 mm² rund 31 Watt bei vollem Strom (eigene Rechnung: 2,57 V × 12 A). Über das Jahr ist der Verlust kleiner, weil die Anlage selten mit vollem Strom läuft.
Bei kleinen Anlagen mit 12 oder 48 Volt, etwa im Wohnmobil oder Gartenhaus, ist 1 Prozent nur 0,12 oder 0,48 Volt. Derselbe Strom verlangt dort ein Vielfaches an Querschnitt. Deshalb werden größere Anlagen mit hoher Spannung betrieben.
Wie lang darf ein Solarkabel sein?
Wie lang ein Solarkabel sein darf, hängt von Querschnitt, Strom und Spannung ab. Für einen Strang mit 12 Ampere bei 400 Volt und 1 Prozent Spannungsfall ergeben sich diese einfachen Strecken (eigene Rechnung mit Leitfähigkeit 56):
Bei niedriger Spannung schrumpfen die Strecken stark. Die folgende Tabelle zeigt dieselbe Rechnung für 48 Volt.
| Querschnitt | Bei 400 Volt | Bei 48 Volt |
|---|---|---|
| 2,5 mm² | 23 m | 2,8 m |
| 4 mm² | 37 m | 4,5 m |
| 6 mm² | 56 m | 6,7 m |
| 10 mm² | 93 m | 11,2 m |
| 16 mm² | 149 m | 17,9 m |
Die Werte gelten nur für den Spannungsfall. Bei doppeltem Strom halbieren sich die Strecken, bei 2 Prozent zulässigem Spannungsfall verdoppeln sie sich.
Welches Kabel gehört an die Solaranlage?
An die Gleichstromseite einer Solaranlage gehören eigens dafür genormte Solarleitungen. Die Norm DIN EN 50618 beschreibt sie: flexible, einadrige und halogenfreie Leitungen mit vernetzter Isolierung und vernetztem Mantel, ausgelegt für Gleichspannungen bis 1,5 Kilovolt und für den dauerhaften Einsatz im Freien.
Normale Installationsleitungen aus dem Hausbau sind dafür nicht gedacht. Auf dem Dach wirken Sonne, Hitze, Frost und Feuchtigkeit über Jahrzehnte auf den Mantel ein. Mehr zu Aufbau und Kennzeichnung steht im Beitrag zum Solarkabel.
Kupfer oder Aluminium?
Solarleitungen für Hausdächer haben Leiter aus Kupfer. Aluminium leitet schlechter und braucht für denselben Spannungsfall mehr Querschnitt, ist dafür leichter. Es kommt vor allem bei langen Strecken in großen Anlagen vor. Wenn Sie mit einem anderen Leiterwerkstoff rechnen möchten, tragen Sie dessen Leitfähigkeit aus dem Datenblatt in den Rechner ein.
Welche Querschnitte gibt es?
Leitungen werden in festen Stufen hergestellt. Der Rechner rundet deshalb auf die nächste Stufe auf: 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35 mm² und so weiter. Solarleitungen für Hausdächer werden überwiegend mit 4 oder 6 mm² angeboten, weil die Steckverbinder der Module darauf abgestimmt sind.
Worauf sollten Sie in der Praxis achten?
In der Praxis sollten Sie den Rechner als Kontrolle nutzen und die Auslegung der Elektrofachkraft überlassen. Der Spannungsfall ist nur eine von zwei Bedingungen. Die zweite ist die Strombelastbarkeit: Sie hängt davon ab, wie die Leitung verlegt ist, wie warm es dort wird und wie viele Leitungen nebeneinander liegen.
- Kurzschlussstrom vom Datenblatt nehmen und mit 1,25 multiplizieren.
- Einfache Strecke vom Modulfeld zum Wechselrichter realistisch messen, mit allen Umwegen.
- Im Angebot nach Querschnitt und Leitungstyp der Gleichstromleitung fragen.
- Bei langen Wegen prüfen, ob der Wechselrichter näher an den Modulen stehen kann.
- Steckverbinder nur vom selben Hersteller und Typ miteinander verbinden lassen.
Ein kürzerer Weg hilft mehr als ein dickeres Kabel. Halbiert sich die Strecke, halbiert sich auch der Verlust. Lange Wege legt man besser auf die Seite mit der höheren Spannung, weil dort bei gleicher Leistung weniger Strom fließt.
Zeigt die Anlage später weniger Ertrag als erwartet, lohnt ein Blick auf Leitungen und Stecker. Lockere oder falsch gepaarte Steckverbindungen werden warm und können Schäden verursachen. Was bei der regelmäßigen Kontrolle sonst noch ansteht, steht im Beitrag zur Wartung der Solaranlage.
Häufige Fragen zur Kabelstärke
Wie berechnet man die Kabelstärke für eine Solaranlage?
Der Querschnitt ergibt sich aus der Formel 2 × Länge × Strom ÷ (Leitfähigkeit × zulässiger Spannungsfall in Volt). Die Länge ist die einfache Strecke in Metern, für Kupfer wird meist mit einer Leitfähigkeit von 56 gerechnet. Das Ergebnis wird auf den nächsten Nennquerschnitt aufgerundet.
Wann sollte man 4 mm² oder 6 mm² Solarkabel verwenden?
Bei 12 Ampere, 400 Volt und 1 Prozent Spannungsfall reichen 4 mm² Kupfer für rund 37 Meter einfache Strecke, 6 mm² für 56 Meter. Bei höherem Strom oder niedrigerer Spannung verkürzen sich diese Strecken. Maßgeblich ist außerdem die Strombelastbarkeit, die die Elektrofachkraft prüft.
Welchen Kabelquerschnitt braucht eine Solaranlage mit 10 Kilowatt?
Das hängt nicht von der Leistung ab, sondern von Strom, Spannung und Länge jedes einzelnen Strangs. Ein Strang mit 12 Ampere bei 400 Volt kommt mit 4 mm² Kupfer rund 37 Meter weit, wenn 1 Prozent Spannungsfall zugelassen wird. Die Leitung vom Wechselrichter zum Zählerschrank wird getrennt berechnet.
Welcher Spannungsfall ist bei Solarkabeln sinnvoll?
Einen gesetzlich festen Grenzwert für die Leitung zwischen Modul und Wechselrichter gibt es nicht. Das US-Forschungslabor NREL setzt für Leitungsverluste pauschal 2 Prozent an. Viele Planer zielen auf der Gleichstromseite auf etwa 1 Prozent, das ist eine wirtschaftliche Entscheidung.
Was passiert, wenn das Solarkabel zu dünn ist?
Ein zu dünnes Kabel hat einen höheren Widerstand. Es geht mehr Spannung und damit Ertrag verloren, und die Leitung erwärmt sich stärker. Wird die zulässige Strombelastbarkeit überschritten, kann die Isolierung Schaden nehmen.
Welchen Strom trägt man in den Rechner ein?
Den Kurzschlussstrom des Moduls vom Datenblatt, multipliziert mit mindestens 1,25. Diesen Faktor sieht die Norm DIN VDE 0100-712 vor. Bei parallel geschalteten Strängen addieren sich die Ströme in der gemeinsamen Leitung.
Muss ich die Kabellänge einfach oder doppelt angeben?
Einfach. Sie tragen die Strecke von den Modulen zum Wechselrichter ein. Die Formel enthält den Faktor 2 und berücksichtigt damit Hin- und Rückleiter.
Kann ich ein normales Stromkabel für die Solaranlage verwenden?
Für die Gleichstromseite nicht. Dort gehören Solarleitungen nach DIN EN 50618 hin. Sie sind einadrig, flexibel, halogenfrei und für Gleichspannungen bis 1,5 Kilovolt sowie den dauerhaften Einsatz im Freien ausgelegt.
Warum brauchen 12-Volt- und 48-Volt-Anlagen so dicke Kabel?
Bei niedriger Spannung ist derselbe prozentuale Spannungsfall in Volt sehr klein, bei 48 Volt und 1 Prozent nur 0,48 Volt. Für 12 Ampere reichen 6 mm² Kupfer dann nur für 6,7 Meter einfache Strecke. Bei 400 Volt sind es mit demselben Kabel 56 Meter.
Fazit
Die richtige Kabelstärke lässt sich mit einer einfachen Formel abschätzen: Länge, Strom und zulässiger Spannungsfall bestimmen den Querschnitt. Für die meisten Hausdächer mit hoher Strangspannung genügen 4 oder 6 mm² Kupfer. Bei niedrigen Spannungen und langen Wegen steigt der Bedarf schnell.
Der Rechner zeigt, ob ein angebotener Querschnitt plausibel ist. Die verbindliche Auslegung mit Strombelastbarkeit und Absicherung bleibt Aufgabe der Elektrofachkraft. Eine erste Planung Ihrer Anlage liefert der Photovoltaik-Konfigurator.
Quellen und Methodik
Die Leitfähigkeit von Kupfer stammt vom Kupferverband, der Sicherheitsfaktor aus einem Fachbuchauszug des VDE Verlags zur DIN VDE 0100-712, die pauschalen Leitungsverluste aus dem PVWatts-Handbuch des NREL. Alle Längen, Querschnitte und Verluste in Beispielen, Tabelle und Grafik sind eigene Rechnungen mit der genannten Formel. Die Quellen sind sinngemäß wiedergegeben.
- Kupferverband: Eigenschaften von Kupfer - Leitfähigkeit bei 20 Grad, Temperaturbeiwert
- VDE Verlag: Errichtung von Photovoltaik-Stromversorgungssystemen nach DIN VDE 0100-712 (Leseprobe) - Faktor 1,25 auf den Kurzschlussstrom, Auswahl der Gleichstrom-Bauteile
- DIN Media: DIN EN 50618, Leitungen für Photovoltaik-Systeme - Bauart und Einsatzbereich von Solarleitungen
- NREL National Renewable Energy Laboratory: PVWatts Version 5 Manual - pauschale Verluste für Leitungen und Steckverbindungen
- Fraunhofer ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland - Leitungswiderstände als Teil der Betriebsverluste
Hinweis: Dieser Beitrag dient der unabhängigen Information und ersetzt keine Elektroplanung. Der Rechner liefert eine Orientierung zum Spannungsfall. Auslegung, Absicherung und Anschluss sind Aufgabe einer Elektrofachkraft. Solar.red steht in keiner Verbindung zu den genannten Einrichtungen. Über die Anzeige auf dieser Seite werden Anfragen an Fachbetriebe vermittelt, dafür erhält Solar.red eine Vergütung.
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