Solarmodule parallel schalten: Anleitung, Grenzwerte, Vor- und Nachteile

Was ist die Parallelschaltung von PV-Modulen?

Die Parallelschaltung von PV-Modulen ist eine Verschaltung, bei der alle Pluspole und alle Minuspole der Module miteinander verbunden werden. Dadurch addieren sich die Ströme der einzelnen Module. Die Spannung des gesamten Strangs bleibt hingegen auf dem Niveau eines einzelnen Moduls.

Zwei Kennwerte aus dem Datenblatt beschreiben dieses Verhalten. Die Leerlaufspannung (Voc) ist die Spannung eines Moduls ohne angeschlossenen Verbraucher. Der Kurzschlussstrom (Isc) ist der höchste Strom, den ein Modul liefern kann.

Ein Beispiel mit angenommenen Modulwerten macht das greifbar: Ein Modul mit 400 Wp Nennleistung führt im Datenblatt 44 V Leerlaufspannung und 11,5 A Kurzschlussstrom. Diese beiden Werte treten nie gleichzeitig auf. Ihr Produkt liegt deshalb deutlich über der Nennleistung, da das Modul seine 400 Wp erst am Punkt der höchsten Leistung (MPP) erreicht. In die Parallelschaltung bringt das Modul seine 11,5 A als Auslegungswert für Leitung, Steckverbinder und Sicherung ein, ohne die Spannung des Strangs zu verändern.

Dieses Grundprinzip bestimmt alle weiteren Parameter. Bei einer Parallelschaltung richten sich Materialauswahl, Modulanzahl und Absicherung nach dem resultierenden Strom.

Wie schalten Sie Solarmodule parallel?

Solarmodule schalten Sie parallel, indem Sie alle Pluspole miteinander und alle Minuspole miteinander verbinden. Führen Sie beide Pole über Y-Abzweige zusammen, brauchen Sie für zwei Module zwei Y-Verbinder: einen für die Plus-Seite und einen für die Minus-Seite. Für mehr Module übernimmt ein Verteiler diese Aufgabe, und über einen Generatoranschlusskasten oder getrennte Geräteeingänge entfallen die Y-Verbinder ganz.

Gehen Sie bei der Parallelschaltung in folgenden fünf Schritten vor:

1. Vergleichen Sie die Datenblätter und prüfen Sie, ob alle Module dieselbe Leerlaufspannung haben.
2. Addieren Sie die Kurzschlussströme aller Module zum Gesamtstrom des Strangs.
3. Legen Sie Leitungsquerschnitt und Steckverbinder auf diesen Gesamtstrom aus.
4. Verbinden Sie Pluspol an Pluspol und Minuspol an Minuspol über die Y-Verbinder.
5. Schließen Sie erst zum Schluss den Wechselrichter oder den Laderegler an.

Solarmodule liefern Spannung, sobald Licht auf sie fällt. Aus diesem Grund gehören die Verkabelung auf der Gleichstromseite und der Anschluss ans Hausnetz in die Hände einer Elektrofachkraft.

Zwei gleiche Solarmodule parallel schalten

Zwei baugleiche Solarpanels stellen den einfachsten Fall dar. Sie haben dieselbe Leerlaufspannung und denselben Kurzschlussstrom, weshalb sie ohne weiteren Abgleich miteinander kompatibel sind. Die Überprüfung der Grenzwerte von Gerät, Leitung, Steckverbindern und Rückstromschutz ist dennoch erforderlich.

Als Rechenbeispiel dient erneut das angenommene Modul mit 400 Wp, 44 V Leerlaufspannung und 11,5 A Kurzschlussstrom. Zwei dieser Module parallel geschaltet ergeben einen Gesamtkurzschlussstrom von 23 A und eine Gesamtnennleistung von 800 Wp bei unveränderter Leerlaufspannung von 44 V. Über Y-Abzweige sind für den vollständigen Anschluss zwei Y-Verbinder nötig. Der eine führt die beiden Plusleitungen zusammen, der andere die beiden Minusleitungen.

Welches Material Sie brauchen: Y-Stecker, MC4 und Kabel

Für eine Parallelschaltung brauchen Sie folgende drei Bauteile:

• Y-Verbinder (auch Y-Stecker oder Parallelverbinder) führen zwei Modulleitungen zusammen. Sie werden paarweise für die Plus- und Minusseite eingesetzt. Bei einem Generatoranschlusskasten oder getrennten Geräteeingängen sind sie überflüssig.
• Steckverbinder im MC4-Format verbinden Modul und Leitung. Sie müssen exakt zum herstellerspezifischen Steckertyp Ihrer Module passen.
• Solarkabel einzelner Module und einzelner Stränge liegen typischerweise in der Größenordnung von 4 bis 6 mm² Querschnitt.

Die Strombelastbarkeit von Steckverbindern und Y-Verbindern ist im Datenblatt des Herstellers in Ampere angegeben. Gleichen Sie diesen Wert vor der Bestellung mit dem berechneten Gesamtstrom ab. Die gemeinsame Leitung hinter den Verbindern führt den addierten Strom aller Module. Wie ihr Querschnitt bemessen wird, wird im Abschnitt zur Absicherung beschrieben

Wie viele Solarmodule können Sie parallel schalten?

Die Anzahl der parallel geschalteten Module ist begrenzt: Sie dürfen nur so viele Panels verbinden, bis der schwächste Grenzwert im Gesamtsystem erreicht wird. Eine feste maximale Anzahl gibt es nicht. Maßgeblich sind vor allem vier Faktoren: der maximale Eingangsstrom des Wechselrichters (in Ampere), die vom Modulhersteller zugelassene Anzahl paralleler Stränge, der Querschnitt der Sammelleitung (in mm²) und die Strombelastbarkeit der verwendeten Steckverbinder (in Ampere).

Die zweite Grenze setzt das Solarmodul selbst. JinkoSolar leitet die zulässige Anzahl paralleler Stränge aus dem zulässigen Sicherungswert eines Moduls geteilt durch dessen Kurzschlussstrom plus eins ab (nachzulesen im Global Installation Manual von JinkoSolar). Die modulseitige Grenze gilt neben der Stromgrenze des Wechselrichters und ersetzt sie nicht.

Die folgende Beispielrechnung basiert erneut auf dem Referenzmodul (400 Wp, 44 V Leerlaufspannung, 11,5 A Kurzschlussstrom). Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung fungieren hierbei als maximale Grenzwerte für die Auslegung von Geräten und Leistungen, nicht als gleichzeitiger Betriebspunkt.

Mit jedem zusätzlichen Modul erhöht sich ausschließlich die Stromstärke. Deswegen limitiert bei einer Parallelschaltung fast immer der Strom das System und nicht die Spannung. Sechs Module erfordern somit keine höhere Spannungsfestigkeit, sondern einen größeren Leitungsquerschnitt und einen Wechselrichter mit entsprechend hohem Eingangsstrom.

Eingangsstrom und Eingangsspannung des Wechselrichters prüfen

Jeder Wechselrichter und Laderegler weist im Datenblatt spezifische Grenzwerte für Strom und Spannung aus: den maximalen PV-Kurzschlussstrom je MPP-Tracker (in Ampere), den maximalen Eingangsstrom je MPP-Tracker (in Ampere) sowie die maximale Eingangsspannung (in Volt). Der MPP-Tracker (MPPT) ermittelt dabei laufend den Arbeitspunkt mit der höchsten Leistung.

Für den Anschluss ist bei vielen Wechselrichtern der maximale PV-Kurzschlussstrom der verbindliche Grenzwert. Vergleichen Sie den addierten Kurzschlussstrom Ihrer parallel geschalteten Module mit dieser Datenblattangabe. Der maximale Eingangsstrom beschreibt hingegen den Strom, den der Wechselrichter im laufenden Betrieb aufnimmt. Ob dieser Wert zusätzlich als Anschlussgrenze einzuhalten ist, wird von den Herstellern unterschiedlich vorgegeben.

Bei der Parallelschaltung stellt die Stromstärke den kritischen Faktor dar. Die Spannung bleibt auf dem Niveau eines Einzelmoduls und schöpft die maximal zulässige Eingangsspannung des Wechselrichters selten aus. Das gilt auch für Mikrowechselrichter, die üblicherweise ein bis vier Module versorgen. Deren zulässige Modulanzahl variiert jedoch je nach Modell und ist dem Datenblatt zu entnehmen. Geräte mit mehreren MPP-Trackern können entsprechend mehr Module aufnehmen.

Ein weiterer Faktor muss bei dieser Überprüfung ebenfalls berücksichtigt werden: Die Leerlaufspannung eines Moduls steigt bei sinkenden Temperaturen. Wie stark dieser Anstieg ist, wird im Datenblatt über den Temperaturkoeffizienten definiert. Bei einer Parallelschaltung bleibt dieser Anstieg auf den Wert eines einzelnen Moduls begrenzt. In der Reihenschaltung summiert er sich dagegen über den ganzen Strang auf.

Wer die Grenzwerte des Datenblatts überschreitet, riskiert Schäden am Gerät.

Können Sie Solarmodule mit unterschiedlicher Spannung oder Leistung parallel schalten?

Auch Solarmodule mit unterschiedlichen Leistungs- und Spannungswerten lassen sich parallel schalten, wenngleich nur identische Spannungswerte maximale Erträge garantieren. Bei gleicher Spannung addieren sich die Ströme zu einem höheren Gesamtstrom. Die Leistungsunterschiede bleiben dabei unkritisch, solange Leitungsquerschnitte, Steckverbinder und das angeschlossene Gerät den resultierenden Gesamtstrom verarbeiten können.

Weichen die Spannungen jedoch voneinander ab, erzwingt die Parallelschaltung einen gemeinsamen Arbeitspunkt für alle Module. Der Softwarehersteller PVsyst veranschaulicht anhand der Kennlinien gemischt ausgerichteter Modulstränge, wie aus diesem gemeinsamen Arbeitspunkt Mismatch-Verluste entstehen. Übersteigt die gemeinsame Spannung den Erzeugungsbereich eines Moduls und ist keine Rückstromsperre aktiv, wird dieses Modul zur Last und nimmt Strom auf. Dies mindert den Gesamtertrag der Anlage erheblich.

Die Praxisempfehlung lautet daher: Verwenden Sie Module mit identischen Spannungswerten oder legen Sie ungleiche Module auf separate MPP-Tracker.

In solchen Fällen bietet sich die Kombination beider Schaltungsarten als Lösung an. Zwei 6-V-Module lassen sich zuerst in Reihe schalten und dann parallel zu einem 12-V-Modul betreiben. Diese Lösung ist jedoch nur dann umsetzbar, wenn die exakten Spannungswerte der Datenblätter übereinstimmen und sämtliche Strom-, Rückstrom- sowie Gerätegrenzen eingehalten werden. Die Nennspannung allein reicht für die Auslegung nicht aus. Prüfen Sie daher vor jeder Parallelschaltung die Leerlaufspannung jedes Moduls im Datenblatt.

Wie sichern Sie eine Parallelschaltung richtig ab?

Eine Parallelschaltung sichern Sie richtig ab, indem Sie den Rückstromschutz nach der zulässigen Stranganzahl sowie der Rückstromfestigkeit der Module wählen und die Leitungen für den Gesamtstrom dimensionieren.

Ein Rückstrom entsteht, wenn ein Strang eine geringere Spannung liefert als die parallel geschalteten Stränge. Die Ursache hierfür ist meist eine Teilverschattung oder ein Defekt. In diesem Fall fließt Strom aus den leistungsstarken Strängen in den schwächeren Strang zurück, was dort zu einem Hotspot führen kann.

Folgende drei Bauteile minimieren dieses Risiko:

• Strangsicherungen (auch String-Sicherungen) schützen den einzelnen Strang vor unzulässig hohem Rückstrom und trennen ihn im Fehlerfall sicher ab.
• Sperrdioden lassen den Strom nur in eine Richtung fließen, verursachen im Gegenzug jedoch geringe Spannungsverluste.
• Bypass-Dioden sind bereits in der Anschlussdose handelsüblicher Solarmodule integriert und überbrücken verschattete Zellgruppen direkt im Modul.

Bypass-Dioden ersetzen somit nicht die externe Absicherung des Strangs. Wie viele Stränge ohne eigene Sicherung parallel betrieben werden dürfen, hängt von der Rückstromfestigkeit der Module ab. Dieser Wert ist ebenfalls dem jeweiligen Datenblatt zu entnehmen.

Der Leitungsquerschnitt richtet sich nach dem Gesamtstrom, der Leitungslänge, dem zulässigen Spannungsfall und der Verlegeart. Solarleitungen einzelner Module und Stränge liegen typischerweise in der Größenordnung von 4 bis 6 mm². Die gemeinsame Hauptleitung hinter dem Anschlusspunkt führt dagegen den addierten Gesamtstrom und wird separat nach den vier genannten Parametern dimensioniert. Sie kann deutlich größer ausfallen als eine einzelne Modulleitung. Der Wert von 4 bis 6 mm² ist damit keine universelle Standardgröße. Welche Querschnitte und welcher Überstromschutz im Einzelfall verbindlich vorgeschrieben sind, regelt die Norm DIN VDE 0100-712 für Photovoltaik-Stromversorgungssysteme. Die Normungsorganisation DKE führt sie in ihrem Normeneintrag zu DIN VDE 0100-712. Daneben gelten die allgemeinen Normen für Leitungsanlagen und für den Schutz bei Überstrom. Die Auslegung und der Anschluss müssen zwingend durch eine qualifizierte Elektrofachkraft erfolgen.

Was sind die Vor- und Nachteile der Parallelschaltung von Solarmodulen?

Die Parallelschaltung von Solarmodulen bringt als Vorteil einen geringen Leistungsverlust bei Teilverschattung und als Nachteil einen hohen Gesamtstrom. Diese Stromstärke erfordert zusätzliche Parallelverbinder, eine eigene Absicherung und potenziell größere Leitungsquerschnitte. Genau darauf sind die höheren Material- und Installationskosten zurückzuführen.

Ob die Nachteile ins Gewicht fallen, hängt von der Dachbeschaffenheit ab. Den nötigen Querschnitt bestimmen Gesamtstrom, Leitungslänge, Spannungsfall und Verlegeart. Kurze Leitungswege und wenige Module verursachen nur geringen Mehraufwand. Auf langen Wegen und mit vielen Modulen nimmt dieser jedoch deutlich zu, da der hohe Gesamtstrom zusätzliche Leitungsverluste verursacht.

Solarmodule parallel oder in Reihe schalten?

Eine Parallelschaltung von Solarmodulen empfiehlt sich bei Teilverschattung und abweichender Ausrichtung, während gleich ausgerichtete, ganztägig unverschattete Module in Reihe geschaltet werden.

Der Unterschied liegt im Verhältnis von Strom und Spannung. Bei der Reihenschaltung addieren sich die Spannungen der Module, während der Strom konstant bleibt. Den vollständigen Vergleich beider Verfahren liefert der Ratgeber dazu, wie Sie Solarmodule in Reihe oder parallel verbinden.

Wie sich die Spannungen im Strang aufaddieren und welche Grenzen der Wechselrichter dabei setzt, erklärt der Ratgeber zur Reihenschaltung von Solarmodulen.

Können Solarmodule sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet werden?

Solarmodule lassen sich sowohl in Reihe als auch parallel schalten. In der Fachsprache wird diese Kombination als Mischschaltung bezeichnet. Dabei bilden jeweils mehrere in Reihe geschaltete Module einen Strang. Diese Stränge werden anschließend parallel im Wechselrichter angeschlossen. Jeder Strang sollte dieselbe Modulanzahl enthalten, damit alle Stränge dieselbe Spannung aufweisen. Auf diese Weise erreichen größere Photovoltaikanlagen eine hohe Systemspannung, ohne dass ein einzelner verschatteter Strang die gesamte Anlage ausbremst. Die Mischschaltung macht allerdings eine sorgfältige Planung von Stranganzahl, Spannung und Absicherung erforderlich.

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