PV-DC-Kabeltypen: H1Z2Z2-K, IEC 62930 und PV1-F

Kurze Antwort: Die drei Namen auf Photovoltaik-Gleichstromkabeln stammen aus drei verschiedenen Systemen. H1Z2Z2-K ist eine europäisch harmonisierte Bezeichnung, IEC 62930 ist die internationale Kabelnorm und PV1-F ist eine Produktbezeichnung, die aus einem privaten Prüfschema stammt. Jeder Buchstabe in H1Z2Z2-K legt eine Eigenschaft fest: halogenfreie vernetzte Isolierung, halogenfreier vernetzter Mantel, flexibler feindrähtiger Leiter. Keiner der drei Namen sagt etwas darüber aus, wie dick das Kupfer ist, und keiner von ihnen ist eine Marke. Was ein Photovoltaikkabel von einer Gebäudeleitung unterscheidet, ist die Masse um das Kupfer herum und die Prüfungen, die das fertige Kabel bestanden hat.

Wer schon einmal Kabel für eine Anlage bestellt hat, hat bemerkt, dass auf der Gleichstromseite nie die vertrauten Namen von Gebäudeleitungen verwendet werden. Bestellt wird H1Z2Z2-K, oder etwas, das als IEC 62930-konform beschrieben wird, oder PV1-F. Die Namen sehen aus wie Produktcodes, weil zwei davon ungefähr genau das sind, aber sie stammen aus drei verschiedenen Systemen, und die Unterschiede zwischen diesen Systemen zeigen sich später, in einer Kabelwanne oder auf einem Dach.

Die Verwirrung ist verständlich. Ein Photovoltaikkabel besteht aus Kupfer, Isolierung und einem Mantel, genau wie eine Gebäudeleitung, und das Kupfer ist nicht der interessante Teil. Die Gleichstromseite einer Anlage läuft mit einer hohen Spannung, die nie den Nulldurchgang kreuzt. Das Kabel liegt jahrzehntelang in direkter Sonne und erhitzt sich im Sommer in einer Anschlussdose. Es kühlt in Winternächten auch unter den Gefrierpunkt ab und wird bei der Installation durch Wannen und um Ecken gezogen. Die Materialentscheidungen, die das überstehen, unterscheiden sich von den Materialentscheidungen, die innerhalb einer Wand sinnvoll sind.

Dieser Artikel handelt vom Lesen der Namen und von der Schnittstelle, an der diese Namen mit etwas anderem am Modul übereinstimmen müssen: dem Steckverbinder und der Anschlussdose, an der das Kabel befestigt ist.

Eine Aufgabe, drei Namenssysteme

Ein Kabelname kann aus einem nationalen oder regionalen System stammen, das über mehrere Länder harmonisiert wurde, aus einer internationalen Norm oder aus einem privaten Prüfschema, das von einer Zertifizierungsstelle betrieben wird. Alle drei landen im selben Projekt, und sie sind keine austauschbaren Bezeichnungen für dasselbe Dokument.

Die praktische Konsequenz ist, dass zwei Kabel mit unterschiedlichen Namen beide für die Gleichstromseite richtig sein können, während ein drittes Kabel mit einem vertrauten Namen überhaupt nicht richtig ist. Sie zu vergleichen bedeutet zu fragen, zu welchem System der Name gehört, und dann zu fragen, was das Kabel tatsächlich bestehen musste, um ihn zu verdienen.

H1Z2Z2-K Buchstabe für Buchstabe lesen

Die harmonisierte Bezeichnung ist die lesbarste der drei, weil jedes Zeichen eine Entscheidung trägt. Das führende H kennzeichnet einen über die europäischen Systeme harmonisierten Typ und nicht einen nationalen Typ. Die 1 ist eine Spannungsklasse, kein Querschnitt und keine Strombelastbarkeit. Die beiden Z-Einträge beschreiben die Isolierung und den Mantel: Z für eine halogenfreie vernetzte Masse, wobei die 2 die spezifische Materialfamilie angibt. Der Bindestrich und das K am Ende beschreiben den Leiter: flexibles, feindrähtiges Kupfer, das dafür gedacht ist, gebogen und in einen Kontakt vercrimpt zu werden.

Zwei Details lohnt es sich hervorzuheben, weil sie die sind, die übersprungen werden. Erstens sind die beiden Z-Einträge getrennt: Ein Kabel kann eine halogenfreie Isolierung und einen anderen Mantel haben, und die Bezeichnung sagt Ihnen, ob beides abgedeckt war. Zweitens ist K eine Aussage über die Leiterkonstruktion, die dafür sorgt, dass sich das Kabel in einer Anschlussdose gut handhaben lässt und sich ordentlich in einen Steckverbinder crimpen lässt. Ein feindrähtiger flexibler Leiter hat außerdem bei gleichem Querschnitt mehr Oberfläche und verhält sich unter einer Schraubklemme anders als ein Massivleiter.

Was die Bezeichnung nicht enthält, ist der Querschnitt. Dieser wird separat gewählt, aus dem Strom, den der String führt, dem Spannungsabfall, den der Planer akzeptieren will, und der Art der Kabelverlegung. Eine Kabelwanne in freier Luft und eine Leitung in einem Rohr innerhalb einer Wand geben Wärme nicht auf dieselbe Weise ab, sodass derselbe Querschnitt an beiden Orten nicht denselben Strom führt. Nichts an dem harmonisierten Namen nimmt diese Berechnung vom Schreibtisch des Planers.

Was die internationale Norm verlangt

IEC 62930 ist für die Anwendung geschrieben und nicht für ein Land. Sie legt den Kabelaufbau fest und legt dann das Prüfprogramm fest, das das fertige Kabel überstehen muss, und das ist der Teil, der zählt, wenn Sie zwei ähnlich aussehende Kabel in der Hand halten und entscheiden wollen, ob sie dasselbe Produkt sind.

Der Prüfsatz adressiert die Umgebung, in der das Kabel tatsächlich lebt. Bewitterung und UV-Bestrahlung wirken auf die Außenfläche. Feuchte Wärme und thermische Alterung wirken im Laufe der Zeit auf das Material. Lösungsmittel- und Ölbeständigkeit sind wichtig, weil ein Kabel auf einem Dach Dinge berührt, die ein Wandkabel nie berührt. Die Kaltbiegung prüft, was passiert, wenn derselbe Mantel bei einer Temperatur weit unter der, bei der er extrudiert wurde, geformt werden muss. Ozonbeständigkeit und eine Gleichspannungsprüfung schließen die Liste ab. Eine halogenfreie Bezeichnung ergänzt das Verhalten des Materials im Brandfall: was es nicht freisetzt und wie viel Rauch und Säuregas es erzeugt.

Der Name auf einem Mantel kann also für ein System stehen, während die dahinterstehende Evidenz ein anderes ist. Ein Kabel kann mit H1Z2Z2-K gekennzeichnet und nach dem internationalen Prüfprogramm qualifiziert sein, oder es kann mit einem herstellereigenen Typcode gekennzeichnet und dennoch qualifiziert sein. Deshalb ist eine Spezifikation, die eine Norm nennt und den Prüfbericht verlangt, stärker als eine Spezifikation, die eine Bezeichnung nennt und dabei stehen bleibt.

Es ist auch wissenswert, dass die Handelssprache für die internationale Norm selbst Verwirrung stiften kann. In manchem Bestellmaterial finden Sie die Norm als IEC 131 geschrieben. Eine eigenständige Norm mit dieser Bedeutung gibt es nicht: Die Nummer ist 62930, und die Kurzform ist eine Gewohnheit und keine zweite Spezifikation.

Warum eine gewöhnliche Gebäudeleitung auf einem Dach versagt

Das Versagen einer PVC-ummantelten Gebäudeleitung im Freien ist kein Rätsel, und es verläuft nicht auf harmlose Weise allmählich. Die Mischung enthält Weichmacher, der sie flexibel hält. Über Jahre von Hitze und Sonnenlicht wandert der Weichmacher aus, und der ultraviolette Anteil des Sonnenlichts bricht Polymerketten an der Oberfläche. Der Mantel verliert seine Flexibilität, kreidet und härtet dann aus. Sobald er ausgehärtet ist, genügt eine Bewegung an einer Wannenkante oder ein Temperaturzyklus, um einen Riss zu öffnen.

Wasser folgt dem Riss. Von diesem Punkt an arbeitet die Isolierung unter Bedingungen, für die sie nie ausgewählt wurde, und das Ende der Kette ist ein Kriechstrompfad an einem Leiter, der die volle Stringspannung führt. Auf der DC-Seite ist die Folge schlimmer als der entsprechende Fehler in einem AC-Stromkreis, und der Grund hat nichts mit Kabelmaterialien zu tun. Ein Wechselstrom durchläuft jeden Halbzyklus den Nullpunkt, sodass ein Lichtbogen, der an einem Nulldurchgang entsteht, dazu neigt, zu erlöschen. Ein DC-Lichtbogen hat keinen solchen Moment.

Die beiden Kabel in diesem Vergleich enthalten ähnliches Kupfer. Was sich unterscheidet, ist die Mischung darum herum, die Art, wie das Material vernetzt statt thermoplastisch ist, und die Prüfungen, die das fertige Kabel bestehen musste. Das ist der Teil, den ein Käufer, der nur auf den Leiterquerschnitt schaut, nicht sehen kann, und es ist der Teil, der entscheidet, wie das Kabel nach fünf Sommern aussieht.

Woher die Belastung kommt

Es hilft, die Liste der Belastungen konkret zu halten, denn eine Kabelnorm ist im Wesentlichen diese Liste, umgewandelt in Prüfungen mit Bestehensgrenzen. Sonnenlicht liefert den ganzen Tag ultraviolette Strahlung. Eine Anschlussdose im Sommer ist ein kleines geschlossenes Volumen, das durch das dahinterliegende Modul erwärmt wird, und die Leitung liegt in diesem Volumen. Feuchte-Wärme-Zyklen sind Kondensation gefolgt von Verdunstung, immer wieder, an der Stelle, wo der Mantel auf einen Steckverbinder oder eine Kabelverschraubung trifft. Ozon ist in der Luft vorhanden und entsteht auch durch Lichtbögen, was bedeutet, dass eine schlecht gefertigte Verbindung das Kabel in ihrer Nähe beschädigen kann. Kälte zählt im Moment der Installation, wenn ein Mantel bei null Grad um eine Ecke gebogen wird und die Verformung behält.

Mechanische Bewegung ist diejenige, die unterschätzt wird. Wind bewegt Kabel auf einer Wanne, thermische Zyklen verlängern und verkürzen sie leicht, und die Zugspannung während der Installation ist oft die größte Kraft, die das Kabel je erfährt. Ein Photovoltaikkabel ist dafür spezifiziert, all das für die Lebensdauer der Anlage zu überstehen, weshalb die Prüfungen am fertigen Kabel mehr zählen als das Datenblatt des Rohmaterials.

Zwei Entscheidungen, eine Schnittstelle

In einem realen Projekt teilt sich die Kabelfrage in zwei, und die beiden Hälften werden von verschiedenen Personen entschieden. Die Leitung, die die Modulanschlussdose verlässt, wird im Modulwerk gewählt, im selben Design-Freeze wie die Anschlussdose, das Diodenlayout und der Steckverbinder. Sie kommt angebracht, vergossen und mit dem Modul geprüft an. Das Kabel, das zwischen Strings und in eine Combiner-Box verläuft, wird von demjenigen gewählt, der die Anlage auslegt, und es wird auf der Baustelle gezogen, verlegt und angeschlossen.

Der Ort, an dem diese beiden Entscheidungen aufeinandertreffen, ist die Verbindungsstelle. Ein Steckverbinder ist für einen Bereich von Leiterquerschnitten und einen Bereich von Mantelaußendurchmessern ausgelegt, mit einer Dichtung, die über diesen Bereich funktioniert. Liegt der Mantel des Baustellenkabels außerhalb des Bereichs der Dichtung, ist die Verbindungsstelle auf dem Papier wasserdicht und im Feld nicht. Ist die Leiterklasse für den Kontakt falsch, sieht die Crimpung akzeptabel aus und hat weniger Kontaktfläche als vorgesehen. Beide Probleme sind nach dem Schließen der Verbindungsstelle unsichtbar, und beide werden entschieden, bevor jemand auf das Dach steigt.

Hier hängen auch die Kabelfragen mit der Steckverbinderdiskussion zusammen. Ein nach einer Norm zertifizierter Steckverbinder ist als System zertifiziert, mit einem im Zertifikat angegebenen Kabelbereich. Wird ein Kabel außerhalb dieses Bereichs eingesetzt, fällt die Baugruppe aus der Zertifizierung, selbst wenn beide Teile für sich in Ordnung sind. Dieselbe Logik gilt für die Modulleitung: Sie wurde mit dem Steckverbinder an ihrem Ende qualifiziert, und das Kabel ist Teil dieser Baugruppe und kein Zubehör.

Mehr zu dieser Schnittstelle, einschließlich dessen, was eine Kompatibilitätsaussage beweist und was nicht, finden Sie unter MC4 oder MC4-kompatibel und den Nennwertvergleich in MC4 vs MC4-Evo 2.

Ein eingehendes Kabel prüfen

Nichts davon erfordert ein Labor. Es erfordert, die richtigen Dinge in der richtigen Reihenfolge anzusehen und Dokumente zu verlangen, statt eine Beschreibung zu akzeptieren. Die folgende Liste ist das, was eine Wareneingangsprüfung an der Wareneingangstür tatsächlich überprüfen kann.

Was sich an der Modullinie ändert

Für einen Modulhersteller ist die Kabelentscheidung kein Beschaffungsdetail, denn die Leitung ist Teil einer qualifizierten Baugruppe. Die Leitung zu wechseln bedeutet, eine Komponente zu ändern, die mit der Anschlussdose, der Vergussmasse und dem Stecker getestet wurde, und es bedeutet, die Baugruppe erneut gegen die Normen zu prüfen, nach denen das Modul zertifiziert ist. Deshalb bleibt der Leitungstyp oft lange unverändert, selbst wenn ein günstigeres Kabel auftaucht.

Die physikalischen Konsequenzen zeigen sich an bestimmten Stationen. Die Leitung muss sich in der Dose biegen lassen, ohne auf die Diode oder die Lötstelle zu drücken, was einen minimalen Biegeradius und eine maximale Steifigkeit vorgibt. Sie führt durch eine Verschraubung oder einen angespritzten Ausgang, dessen Dichtbereich festgelegt ist. Danach wird sie in einem Prozess, dessen Werkzeuge für eine Leiterklasse gewählt sind, an einen Stecker gecrimpt oder geschweißt. Die Montagelinie der Anschlussdose, die Dosenschweiß- und Klebeprozesse und der Aushärtungsschritt wurden alle um diese Werte herum eingerichtet.

Das dahinterstehende Linienlayout und die Stationsreihenfolge sind beschrieben in der Montagelinie für Anschlussdosen und in dem Leitfaden für Stations- und Linienlayout, wobei der Schweißschritt selbst behandelt wird in Anschlussdose schweißen.

FAQ

Ist PV1-F eine IEC-Norm?

Nein. PV1-F ist eine Produktbezeichnung, die aus einem privaten Prüfschema stammt, keine Nummer im IEC-Katalog. Das macht sie nicht ungültig oder ungeeignet; es bedeutet, dass eine Spezifikation, die PV1-F nennt, einen Produkttyp nennt, während eine Spezifikation, die IEC 62930 nennt, eine Norm nennt, gegen die das Kabel geprüft werden muss.

Kann ich ein Kabel mit der Kennzeichnung H1Z2Z2-K und ein Kabel mit der Kennzeichnung PV1-F im selben String verwenden?

Nichts in den Kabelnormen verbietet es, und elektrisch ist es dem String egal. Der praktische Einwand ist, dass die beiden Kabel unterschiedlich schnell altern können, sodass ein Teil der Strecke das Ende seiner Nutzungsdauer vor dem anderen erreicht. Da das Kabel zudem das Teil ist, das unsichtbar versagt, macht ein einziger Typ pro String sowohl die Inbetriebnahme als auch die spätere Fehlersuche einfacher.

Macht ein dickerer Leiter ein Kabel zu einem Photovoltaik-Kabel?

Nein. Der Querschnitt betrifft Strom und Spannungsabfall. Photovoltaik-Qualität betrifft die Mischung, die Vernetzung und das Prüfprogramm. Eine Installationsleitung mit großem Querschnitt bleibt eine Installationsleitung, und ihr Mantel verhält sich im Freien genau wie der einer kleinen.

Warum ist halogenfrei auf einem Dach wichtig?

Ein halogenhaltiger Mantel setzt beim Brennen korrosives und giftiges Gas frei, und das Gas greift Metall in der Nähe an. Auf einem Dach bedeutet das, dass das Feuer Ausrüstung über das Kabel hinaus beschädigen kann, und es macht das Feuer schwerer zugänglich. Eine halogenfreie Mischung verringert diesen Beitrag, was ein Grund dafür ist, dass die harmonisierte Bezeichnung sie sowohl für die Isolierung als auch für den Mantel vorschreibt.

Wie wähle ich den Querschnitt für einen String?

Aus dem Stringstrom, der Verlegeart, der Umgebungstemperatur und dem Spannungsabfall, den das Design zulässt. Die Verlegeart ist wichtig, weil ein Kabel in freier Luft Wärme besser abgibt als dasselbe Kabel gebündelt in einem Rohr. Die Berechnung ist gewöhnliche Elektroplanung; die Kabelnorm definiert die Grenzen, die das gewählte Kabel einhalten muss, nicht den Querschnitt, den Sie wählen sollten.

Das Modul kommt bereits mit einer Leitung. Ist das Kabel trotzdem wichtig?

Es ist an der Verbindungsstelle wichtig. Die Leiterklasse und der Manteldurchmesser der Leitung sind das, womit der Stecker am Modul und der Stecker am Standortkabel übereinstimmen müssen, und Temperatur- und Brandverhalten der Leitung sind Teil der Modulqualifikation. Ein Modul mit einer Leitung zu kaufen, die zum Standortkabel und zur lokalen Anforderung passt, ist günstiger, als die Nichtübereinstimmung später zu beheben.

Ein Name ist eine Behauptung, die man prüfen kann

Die drei Bezeichnungen existieren, weil drei verschiedene Systeme eine Möglichkeit brauchten, dieselbe Aufgabe zu beschreiben, und weil die DC-Seite einer Anlage ein schwierigerer Ort für ein Kabel ist als eine Wand. Sie zu lesen ist vor allem eine Frage zu wissen, welches System man vor sich hat, und dann zu fragen, was das Kabel überstehen musste. Die Buchstaben beschreiben die Mischung und den Aufbau des Leiters. Sie waren nie dazu gedacht, das Kupfergewicht zu beschreiben, und sie waren nie ein Ersatz für einen Prüfbericht.

Für einen Anlagenbesitzer ist die nützliche Gewohnheit eng: bei der Wareneingangsprüfung auf die Kennzeichnung, die Leiterklasse, den Manteldurchmesser gegenüber dem Steckerbereich und die Dokumente achten. Für einen Modulhersteller ist das Kabel Teil einer Baugruppe, die als Ganzes qualifiziert wurde, und das ist der Grund, warum ein Leitungswechsel eine Designänderung und keine Substitution ist.

Datenhinweis: Die buchstabenweise Lesung von H1Z2Z2-K und die Zuordnung der drei Bezeichnungen folgen den veröffentlichten Kabelnormen und öffentlichen Schema-Dokumenten; Leser sollten die Normtexte als maßgeblich betrachten. Die oben aufgeführten Prüfpunkte sind eine Zusammenfassung der Bereiche, die diese Normen abdecken, kein Ersatz für die Prüfklauseln. Keine Leistungsangabe in diesem Artikel stammt aus Tests des Autors. Die Versagensfolge eines PVC-ummantelten Drahts und das Spannungsdiagramm sind schematische Darstellungen von Mechanismen, keine gemessenen Lebensdauern.