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Die Evolution des PV-Steckverbinders

Bild 1. Der klassische Steckverbinder der 1. Generation (MC3) wird in der 2. Generation (MC4) komplexer. Die 3. Generation weist eine eindeutige Diversifizierung nach Anwendungsbereichen auf

Bild 2. Der kosteneffiziente Photovoltaik-Steckverbinder für die automatisierte Konfektion

Bild 3. Die Twinbox ist eine Paneldose mit integrierter MC4-Anschlusstechnik für automatische Fertigungsprozesse

Während die ersten Steckverbinder für Photovoltaik-Anlagen vorwiegend auf Funktionalität ausgelegt waren, erfüllen sie heute vielfältige anwendungsspezifische Anforderungen. Inzwischen gibt es komplette Verbindungslösungen inklusive Anschlussdose, Steckverbindern und Leitungen. Das A und O sind aber in jedem Fall sichere und effiziente Kontakte zur Stromübertragung.

Anfang der 90er-Jahre wurden Leitungen für die Photovoltaik (PV) mit Schraubklemmen oder Stoßverbindern angeschlossen. Als die Zahl der installierten Anlagen stieg, entstand der Bedarf nach einer schnellen, sicheren und einfach handhabbaren Verbindungslösung: einem Steckverbinder.

Vom Stoß- zum Steckverbinder
Aufgrund der spezifischen Anforderungen konnten keine Standard-Industriesteckverbinder verwendet werden. Wind, Sonne und Regen sowie die exponierte Position von PV-Anlagen mit extremen Temperaturschwankungen setzten die Eignung für raue Umgebung voraus. Dementsprechend sollte der Steckverbinder nicht nur wasserdicht, temperatur-, uv- und ozonbeständig sein, sondern auch berührungsgeschützt bei hoher Stromtragfähigkeit und effizient mit niedrigem Übergangswiderstand – und dies bei einer Anlagenlebensdauer von mindestens 20 Jahren.
Mit diesen Vorgaben entwickelte Multi-Contact 1996 mit dem MC3 einen der ersten PV-Steckverbinder als kundenspezifische Lösung (Bild 1). Der Steckverbinder mit Kontaktlamelle setzte sich im damals noch überschaubaren Markt durch und definierte den Standard für PV-Steckverbinder.

Am wachsenden Markt zählt der Wirkungsgrad
Gefördert durch politische Rahmenbedingungen nahmen die Zahl und die Größe der installierten Photovoltaikanlagen stetig zu. Neben kleinen gebäudeintegrierten Installationen und Aufdachanlagen wurden europaweit netzferne und Freilandanlagen errichtet. Die Modultechnik entwickelte sich weiter und die Module wurden immer leistungsfähiger. Die Photovoltaik entwickelte sich vom Nischen- zum Massenmarkt. Basierend auf den Erfahrungen der Anfangsjahre und der Ausweitung der Einsatzbereiche entstanden neue Anforderungen und normative Änderungen.
Heute zählt bei einer PV-Anlage nicht nur der ökologische Aspekt; sie soll sich auch amortisieren und Gewinn bringen. Gerade bei Großanlagen kann der wirtschaftliche Druck enorm sein, aber auch Kleinanleger möchten den Ertrag maximieren. Der Wirkungsgrad von PV-Anlagen hängt nicht nur von den eingesetzten Modulen, sondern auch von der Leistungsfähigkeit der Komponenten, wie Wechselrichtern oder Steckverbindern, sowie von der fachgerechten Installation ab.

Sicherheitsaspekte werden wichtiger
Mit der steigenden Bedeutung der Photovoltaik änderten sich auch die Ansprüche. So erhöhen sich mit der Anlagengröße die Anschlussquerschnitte und die erforderliche Stromtragfähigkeit steigt. Zudem erforderte die Internationalisierung des PV-Markts eine Anpassung an weltweite Vorgaben. Gerade Sicherheitsaspekte traten in den letzten Jahren immer mehr in den Vordergrund. Schließlich kann ein lebensgefährlicher Lichtbogen entstehen, wenn PV-Steckverbinder unter Spannung getrennt werden. Daher erhalten heute nur noch Steckverbinder mit Verriegelung und genormter Auszugskraft der Leitungen eine TÜV-Zulassung. Steckverbinder für den US-Markt dürfen gemäß National Electric Code 2008 [2] sogar nur mit Spezialwerkzeug entriegelbar sein.

Die PV-Steckverbinder der zweiten Genera­tion, wie der MC4, den Multi-Contact 2002 auf den Markt brachte, erfüllen diese Kriterien und sind verpolungssicher. Durch das hörbare Einrasten des integrierten Verriegelungssystems erhält der Installateur eine akustische Rückmeldung, die gerade bei schwierigen Einbausituationen wichtig für die korrekte Montage ist. Wie bereits der MC3 definierte auch der MC4 einen Standard für PV-Steckverbinder. Das Steckgesicht des MC4 galt vielen Herstellern als Vorbild, dennoch sind diese ähnlich aussehenden Steckverbinder nicht kompatibel zum MC4-System.
Der MC3 und der MC4 sorgen mit ihrer ­Kontaktlamellentechnik für eine effiziente Energieübertragung. Niedrige Kontaktwiderstände halten die Verlustleistung gering und den Wirkungsgrad hoch. Die hohe Kontaktkraft macht diese Steckverbinder zuverlässig und langlebig. Dem gegenüber können sich minderwertige Steckverbinder mit hohen Kontakt­widerständen stark erwärmen. Das erhöht das Risiko von Schwelbränden und vorzeitiger ­Materialalterung.

Qualität und Preis sollen in Einklang gebracht werden
Infolge der Marktentwicklung steigt die Zahl der Anbieter und somit der Preisdruck. Das hohe Sicherheits- und Qualitätsbedürfnis besteht jedoch weiterhin. Dementsprechend wird vermehrt nach Einsparpotenzialen gesucht, die nicht zulasten der Qualität gehen. Hier gibt es zahlreiche Ansätze entlang der Produktionskette, angefangen vom Rohstoff bis hin zur Montage der Anlage.
Die automatisierte Produktion der Module reduziert die Kosten und erhöht die Prozesssicherheit. Die Kontakttechnik unterstützt hier mit automatisierbaren Komponenten, wie Paneldosen. Aber auch bei der Herstellung der Komponenten selbst gibt es Ansatzpunkte. So konfektioniert Multi-Contact den PV-Steckverbinder MC4Plus (Bild 2) automatisch, und ist so in der Lage speziell für Modulhersteller einen kosteneffizienten Steckverbinder mit gleichbleibend hohem Qualitätsstandard anzubieten.
Ein anwendungsspezifisches Design gibt es auch im Bereich der Installation. Werkzeuglos konfektionierbare Steckverbinder, wie der „MC4Quick“ lassen sich schnell und einfach an den Wechselrichter anschließen oder an Verlängerungsleitungen einsetzen. Auch industriell vorkonfektionierte Stringleitungen, die mit definierten Abzweigen speziell für eine PV-Anlage gefertigt werden, beschleunigen die Installa­tion. Besonders bei Großanlagen kann hiermit effizient produziert und installiert werden.

Die Entwicklung geht weiter
Viele Hersteller bieten heute komplette Verbindungslösungen mit Anschlussdosen, Steckverbindern und Solarleitungen an (Bild 3). Mit weiter wachsenden Photovoltaik-Märkten sowie steigendem Kostendruck und erhöhten Sicherheitsanforderungen werden in den kommenden Jahren stark differenzierte Lösungen zunehmen. Die Anlagen werden speziell für ihren Einsatzort optimiert sein. Schätzungen gehen davon aus, dass circa 40 % der Neuinstallationen mit modulintegrierter Elektronik ausgestattet sein könnten. Neben Sicherheitsmerkmalen, wie dem Abschalten der Anlage im Fehlerfall, können dies Funktionen zur Optimierung der Leistungsentnahme (MPP Tracking) und zur Anlagenüberwachung (Monitoring) sein. Die Vielfalt der Möglichkeiten gebäudeintegrierter Photovoltaik lässt einen weiteren Innovationsschub erwarten. Bei all diesen Entwicklungen sind weiterhin effiziente und sichere Kontakte zur Stromübertragung erforderlich.

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