Isc steht für den Kurzschlussstrom einer Stromquelle, im Photovoltaikbereich meist eines Solarmoduls oder eines PV-Strings. Der Wert beschreibt den Strom, der bei kurzgeschlossenen Ausgangsanschlüssen und einer Spannung nahe 0 Volt unter festgelegten Messbedingungen fließt. Er wird in Ampere angegeben und steht auf dem Typenschild oder im Datenblatt.
Isc ist der höchste Strompunkt der Strom-Spannungs-Kennlinie unter den jeweiligen Bedingungen. Die Angabe ist jedoch kein universeller Maximalwert für jeden Betriebszustand und auch nicht mit dem möglichen Fehlerstrom der gesamten elektrischen Anlage gleichzusetzen. Für die praktische Prüfung ist zuerst zu klären, ob der Wert für ein einzelnes Modul, einen String oder mehrere parallel geschaltete Strings gilt.
Was Isc auf einem Solarmodul bezeichnet
Bei einem Kurzschluss werden Plus- und Minusanschluss so verbunden, dass die Klemmenspannung nahezu auf 0 Volt fällt. Das beleuchtete Solarmodul liefert dabei seinen Kurzschlussstrom. Obwohl der Strom hoch ist, gibt das Modul an diesem Betriebspunkt praktisch keine nutzbare elektrische Leistung ab. Der Zusammenhang lautet:
P = U × I
Bei U ≈ 0 V ergibt sich auch P ≈ 0 W. Isc kennzeichnet somit nicht den normalen Arbeitspunkt des Moduls, sondern einen Randpunkt seiner Strom-Spannungs-Kennlinie.
Ein Modul mit der Datenblattangabe Isc = 14 A liefert im Kurzschlussversuch unter den zugehörigen Prüfbedingungen ungefähr 14 Ampere. Diese Zahl bedeutet nicht, dass zu jeder Tageszeit genau 14 Ampere fließen oder dass sämtliche Bauteile allein für diesen einen Zahlenwert bemessen werden dürfen. Einstrahlung, Temperatur, Messabweichungen und vorgeschriebene Auslegungszuschläge können für die Dimensionierung relevant sein.
Warum der Datenblattwert an Prüfbedingungen gebunden ist
Der Nennwert wird bei Photovoltaikmodulen üblicherweise unter Standard-Testbedingungen, kurz STC, bestimmt. Dazu gehören eine Einstrahlungsstärke von 1.000 Watt pro Quadratmeter, eine Modultemperatur von 25 Grad Celsius und ein definiertes Sonnenspektrum mit der Bezeichnung AM 1.5.
Unter realen Außenbedingungen weicht der gemessene Kurzschlussstrom häufig vom Typenschildwert ab:
- Bei geringerer Einstrahlung sinkt Isc annähernd mit der verfügbaren Lichtintensität.
- Verschattung, Schmutz oder eine ungünstige Ausrichtung können den Wert reduzieren.
- Die Modultemperatur beeinflusst Isc entsprechend dem angegebenen Temperaturkoeffizienten. Dieser Einfluss ist gewöhnlich kleiner als der Temperatureinfluss auf die Leerlaufspannung Voc.
- Abweichende Messbedingungen und die Genauigkeit des Messgeräts verändern das Ergebnis zusätzlich.
Ein niedriger Messwert belegt daher für sich genommen keinen Moduldefekt. Ohne vergleichbare Einstrahlung und Temperatur lässt sich der Wert nicht zuverlässig mit der STC-Angabe vergleichen.
Isc und Imp bezeichnen unterschiedliche Betriebspunkte
Auf PV-Datenblättern stehen häufig sowohl Isc als auch Imp. Isc bezeichnet den Strom bei kurzgeschlossenen Anschlüssen. Imp ist dagegen der Strom am Maximum-Power-Point, also an dem Arbeitspunkt, an dem das Modul zusammen mit der zugehörigen Spannung seine höchste elektrische Leistung unter den jeweiligen Bedingungen abgibt.
Im normalen Betrieb regelt ein geeigneter Wechselrichter oder Laderegler das Modul in die Nähe dieses Leistungspunkts. Der Betriebsstrom liegt deshalb typischerweise näher bei Imp als bei Isc. Eine weitere wichtige Angabe ist Voc, die Leerlaufspannung: Sie wird bei offenem Stromkreis und einem Strom von 0 Ampere gemessen. Die drei Kennzeichnungen lassen sich folgendermaßen auseinanderhalten:
- Isc: Kurzschlussstrom bei einer Spannung nahe 0 Volt
- Imp: Strom am Punkt maximaler Leistung
- Voc: Leerlaufspannung bei einem Strom nahe 0 Ampere
Wie sich Reihen- und Parallelschaltung auswirken
Die Verschaltung entscheidet darüber, wie ein Modulwert auf einen PV-String oder ein größeres Generatorfeld übertragen werden kann. Bei in Reihe geschalteten Modulen addieren sich die Spannungen, während derselbe Strom durch alle Module fließt. Der Kurzschlussstrom eines Strings entspricht daher näherungsweise dem Strom eines einzelnen gleichartigen Moduls. Abweichende Module, Verschattung und elektrische Verluste können den Stringstrom begrenzen.
Bei parallel geschalteten, gleichartigen Strings addieren sich dagegen die Ströme. Haben beispielsweise drei vergleichbar ausgerichtete Strings unter denselben Bedingungen jeweils einen Kurzschlussstrom von 12 A, ergibt sich als vereinfachter Summenwert:
Isc, gesamt = 3 × 12 A = 36 A
Der Zahlencheck zeigt: 12 A + 12 A + 12 A ergeben 36 A. Dieses vereinfachte Rechenbeispiel ersetzt keine Anlagenplanung. Für Kabel, Steckverbinder, Sicherungen, Trennstellen und Wechselrichtereingänge gelten geräte- und regelwerksabhängige Bemessungswerte, Sicherheitsfaktoren sowie mögliche Rückströme aus parallelen Strings.
Welcher Wert tatsächlich als maximal anzusetzen ist
Der auf dem Modul angegebene Isc-Wert ist ein normierter Kennwert und nicht automatisch der größte Strom, der unter allen denkbaren Umgebungs- und Fehlerbedingungen auftreten kann. Zeitweise kann die Einstrahlung über dem STC-Niveau liegen, etwa durch besonders günstige atmosphärische Bedingungen oder Reflexionen. Auch die Parallelschaltung mehrerer Strompfade verändert den relevanten Gesamtstrom.
Für eine elektrische Auslegung darfst du deshalb nicht nur den Isc-Wert eines einzelnen Moduls ablesen. Maßgeblich sind außerdem die Anzahl paralleler Strings, die Herstellergrenzen der eingesetzten Bauteile und die für den Installationsort geltenden elektrotechnischen Vorgaben. Datenblätter enthalten hierfür unter anderem Angaben zum maximalen Sicherungswert, zu zulässigen Systemspannungen und zu den elektrischen Grenzwerten des Moduls. Diese Angaben erfüllen jeweils eine andere Funktion und dürfen nicht mit Isc gleichgesetzt werden.
Eine Isc-Messung ist kein gewöhnlicher Multimetertest
Das absichtliche Kurzschließen eines PV-Moduls oder Strings ist nur mit einem dafür geeigneten PV-Messgerät oder einem passenden Kennlinienmessgerät vertretbar. Messbereich, Gleichspannungsfestigkeit, Strombelastbarkeit und Anschlussart müssen zur Anlage passen. Ein ungeeignetes Multimeter kann überlastet werden; beim Trennen stromführender DC-Steckverbindungen kann außerdem ein Lichtbogen entstehen.
Vor einer Messung müssen das betreffende Modul beziehungsweise der String eindeutig identifiziert und der erwartete Strom anhand des Datenblatts abgeschätzt werden. Bei einem unerwartet niedrigen Messwert ist die sichere Prüfreihenfolge:
- Einstrahlung, Verschattung und sichtbare Verschmutzung beurteilen.
- Den Messwert nur mit einem Modul oder String unter möglichst gleichen Bedingungen vergleichen.
- Messgerät, Messbereich und Anschluss prüfen.
- Erst danach Leitungen, Steckverbindungen, Schutzbauteile und mögliche Modulfehler durch eine Elektrofachkraft untersuchen lassen.
Bei fest installierten PV-Anlagen sollte die Kurzschlussstrommessung einer qualifizierten Fachkraft überlassen werden. Die Kennzeichnung Isc liefert dabei den wichtigen Referenzwert, ersetzt aber weder die sichere Messmethode noch die Beurteilung der vollständigen Anlage.