Die Leerlaufspannung ist ein wichtiger Parameter im Betrieb von PV-Modulen und relevant bei der Installation und Wartung einer Solaranlage. Warum das so ist, erklären wir in diesem Artikel.
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Was ist die Leerlaufspannung bei PV-Modulen?
Die Leerlaufspannung bei PV-Modulen bezeichnet die maximale Spannung, die ein Solarmodul unter optimalen Bedingungen ohne Last erzeugen kann. Sie wird gemessen, wenn der Stromkreis offen und der Stromfluss somit null ist.
Was ist der Unterschied zwischen Leerlaufspannung und Nennspannung?
Die Leerlaufspannung ist die maximale Spannung, die PV-Module erreichen, ohne dass ein Verbraucher angeschlossen ist. Die Nennspannung ist die optimale Spannung für den Betrieb der Solarmodule. Somit liegt die Nennspannung immer etwas unter der Leerlaufspannung.
Wie hoch ist die Leerlaufspannung eines PV-Moduls?
Die Leerlaufspannung eines PV-Moduls liegt meist zwischen 20 und 50 Volt. Ein herkömmliches Solarmodul mit 72 Solarzellen erzeugt etwa 46 Volt Spitzenleistung und 5,2 Ampere Maximalstrom. Module mit höherer Leistung erreichen höhere Leerlaufspannungen.
Warum ist die Leerlaufspannung wichtig?
Die Leerlaufspannung ist entscheidend für die Leistung und Effizienz von Solarmodulen. Je höher sie ist, desto mehr Ertrag kann ein PV-Modul erzeugen. Es ist ähnlich wie bei einem Wasserschlauch: Mehr Druck (Spannung) bedeutet, dass mehr Wasser (Energie) durch den Schlauch fließt.
Ein PV-Modul mit einer hohen Leerlaufspannung kann auch bei nicht optimalen Bedingungen wie schwacher Sonneneinstrahlung noch eine beträchtliche Energiemenge erzeugen. Dennoch sollte die Leerlaufspannung weder zu hoch noch zu niedrig sein.
Was ist die Auswirkung einer zu hohen und zu niedrigen Leerlaufspannung?
Die Leerlaufspannung von Solarmodulen muss mit der Betriebsspannung Ihrer elektrischen Anlage kompatibel sein:
- Ist die Leerlaufspannung zu hoch, können die Haushaltsgeräte beschädigt werden;
- Ist die Leerlaufspannung zu niedrig, erzeugen die Module weniger Ertrag, als unter Umständen möglich ist.
Die beste Leerlaufspannung für Ihren Haushalt ist vielleicht nicht die höchstmögliche, sondern diejenige, die für am zuverlässigsten funktioniert.
Welche Faktoren beeinflussen die Leerlaufspannung von Solarmodulen?
Die Leerlaufspannung wird vor allem von der Anzahl und Größe der Solarzellen beeinflusst. Darüber hinaus spielen sowohl Material als auch Qualität des Moduls und Umweltfaktoren eine Rolle.
Solarzellen
Die Leerlaufspannung eines Moduls wird durch die Anzahl der Solarzellen beeinflusst. Jede Solarzelle liefert in der Regel 0,60 - 0,68 V im Leerlauf. Durch das Zusammenschalten von mehreren Solarzellen erhöht sich die Spannung. Je höher die Anzahl an Solarzellen, desto höher die Leerlaufspannung.
Material und Qualität der PV-Module
Ebenfalls spielen das Material und die Qualität des Solarmoduls eine wichtige Rolle. Hochwertige Module erreichen eine höhere Leerlaufspannung.
Umgebungsbedingungen
Wie hoch die gemessene Leerlaufspannung ist, hängt von der Sonneneinstrahlung und der Temperatur ab. Je höher die Sonneneinstrahlung, desto höher die Leerlaufspannung. Mit steigenden Temperaturen staut sich mehr Wärme um die PV-Module und sie verlieren zunehmend an Spannung.
Wie wird die Leerlaufspannung gemessen und berechnet?
Um die Leerlaufspannung zu messen, verwenden Sie ein Multimeter. Dieses Gerät misst die Spannung in einem Stromkreis. Achten Sie dabei darauf, dass der Multimeter auch Gleichspannungen misst. Schritt für Schritt sieht es folgendermaßen aus:
- Damit das Modul eine Leerlaufspannung erzeugen kann, benötigt es Sonnenlicht;
- Wählen Sie zur Einstellung des Multimeters den Gleichspannungsmodus und einen Bereich, der über der Leerlaufspannung Ihres Moduls liegt. Wenn Sie unsicher sind, sehen Sie in der technischen Dokumentation nach oder beginnen Sie mit der höchsten Einstellung und passen Sie sie nach Bedarf an;
- Verbinden Sie die rote Sonde des Multimeters mit dem positiven Ausgang des Solarmoduls und die schwarze Sonde mit dem negativen Ausgang. Vergewissern Sie sich, dass das Modul nicht mit anderen Geräten verbunden ist und sich im Leerlauf befindet;
- Sie finden den Messwert für die Leerlaufspannung auf der Anzeige des Multimeters.
Kann eine zu hohe Leerlaufspannung problematisch sein?
Eine zu hohe Leerlaufspannung beeinträchtigt die Effizienz und Leistung einer PV-Anlage. Zudem verkürzt sie die Lebensdauer des Wechselrichters oder sogar beschädigt ihn im schlimmsten Fall. Darüber hinaus bestehen Sicherheitsrisiken, wie zum Beispiel elektrische Überschläge. Ein unsachgemäßer Betrieb führt unter Umständen sogar zum Erlöschen von Garantieansprüchen.
Wie kann die Leerlaufspannung von PV-Modulen verbessert werden?
Zur Verbesserung der Leerlaufspannung von Solarmodulen können Sie verschiedene Maßnahmen ergreifen:
- Durch die Verwendung hochwertiger Halbleitermaterialien verbessert sich sowohl der Wirkungsgrad als auch die Leerlaufspannung von Solarmodulen;
- Eine Erhöhung der Zellenzahl in einem Solarmodul führt zu einer höheren Leerlaufspannung;
- Optimierung der Zellstruktur, zum Beispiel durch Vergrößerung der Oberfläche. Damit erreichen Sie eine höhere Spannung;
- Die Verwendung von Antireflexionsbeschichtungen auf der Zelloberfläche kann die Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung erhöhen, was zu einer höheren Leerlaufspannung führt;
- Bypass-Dioden werden in Solarmodulen eingesetzt, um den Stromfluss zu verbessern und die Leerlaufspannung zu erhöhen;
- Durch eine optimierte Verschaltung der Solarmodule, zum Beispiel durch eine Reihenschaltung, erhöhen Sie die Leerlaufspannung.
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