Reihenschaltung (auch Serienschaltung genannt) bedeutet, dass mehrere Solarmodule in einer Reihe miteinander verbunden werden. Dafür wird ein Plus-Kabel mit einem Minus-Kabel zusammengesteckt. Am Ende bleiben zwei Kabel übrig, eins am ersten Solarmodul und eins am letzten. Diese werden mit dem Laderegler verbunden.
Die elektrische Spannung der Solarmodule wird bei einer Reihenschaltung addiert und bildet auf diese Weise die Gesamtspannung im System. Die Stromstärke bleibt dabei für alle Module gleich. Es ist allerdings nicht die einzige Möglichkeit, die Solarmodule zu verbinden. Neben der Reihenschaltung können PV-Module auch parallel geschaltet werden.
Auf die folgenden Punkte geht der Artikel ein:
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Solarmodule in Reihe schalten: Vor- und Nachteile
Die Reihenschaltung von Solarpaneelen hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Da die Installation viel einfacher als bei einer Parallelschaltung ist, werden weniger Materialien verbraucht und Kosten gespart. Allerdings kann es zu Leistungsverlusten durch Verschattungen und zur Überlastung des Wechselrichters kommen.
In unserer Tabelle haben wir alle Vor- und Nachteile der PV-Modul Reihenschaltung aufgelistet und im weiteren Textverlauf genauer erläutert.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| sehr einfacher Anschluss | Leistungsverlust bei Verschattung |
| keine unnötigen Stecker | Überlastung des Wechselrichters möglich |
| dünnere Kabel | Defekte schwer zu finden |
| geringerer Energieverlust | Module mit unterschiedlicher Stromstärke können nicht verwendet werden |
| geringere Installationskosten | Entstehung von Hotspots |
Vorteile der Reihenschaltung
PV-Module in Reihe zu schalten, hat einige Vorteile. Schauen wir uns diese genauer an.
Dünnere Kabel können verwendet werden
Durch das Schalten der PV-Module in Reihe wird die Spannung der Module addiert. Da der Strom dabei konstant bleibt, kann man mit dünneren Solarkabeln arbeiten. Diese eignen sich besonders gut, wenn Sie die Solarpaneele auf Ihrem Wohnmobil oder Campingwagen verlegen wollen. Aber auch auf dem Solardach sind sie einfacher zu verwenden.
Sehr einfacher Anschluss
Dadurch, dass die Module direkt hintereinander verbunden werden, entstehen einfache und kurze Kabelwege. Das Verbinden erfolgt mithilfe von Steckverbindern, es werden also keine unnötigen Stecker zwischen den Kabeln benötigt. Am Ende bleiben zwei Kabel übrig, die an den Laderegler, beziehungsweise den Wechselrichter angeschlossen werden.
Geringere Energieverluste
Im Gegensatz zur Parallelschaltung wird bei Reihenschaltung der Solarmodule die gesamte Systemspannung der Solaranlage erhöht. Es gilt dabei: je höher die Systemspannung, desto geringer die Energieverluste entlang der Kabel.
Geringere Installationskosten
Die dünneren Kabel und die kurzen Verbindungswege senken die Materialkosten für die elektrische Installation. Außerdem sinken dank der einfachen Installationsweise die Arbeitskosten des Elektrikers.
Nachteile der Reihenschaltung
Neben den Vorteilen hat die Schaltung von Solaranlagen in Reihe auch Nachteile.
Leistung sinkt bei (Teil-)Verschattung
Der größte Nachteil der Reihenschaltung ist der Leistungsverlust bei einer Teilverschattung oder Verschmutzung. Wird ein Teil eines Solarmoduls verschattet, reduziert sich die Spannung oder fällt sogar komplett weg. Da die Module in einer Reihe geschaltet sind, mindert sich die Spannung der gesamten Reihe. Als Folge wird weniger Solarstrom erzeugt.
Diese Reduzierung der Spannung wird durch den MPP-Tracker (Maximum Powerpoint Tracker) verursacht. Der MMP-Tracker befindet sich im Wechselrichter und überwacht die Leistung der Photovoltaik. Durch ständige Regulierung der Stromstärke passt er den Lastwiderstand an und optimiert damit den Ertrag der Solaranlage. Wird nun ein Teil verschattet, reduziert der MPP-Tracker die Spannung der gesamten Modulreihe, da die Steuerung einzelner Module nicht möglich ist. Als Folge erzielen alle Solarmodule einen geringeren Photovoltaik-Ertrag.
Gefahr von Hotspots
Auch wenn die Spannung sinkt, bleibt die Stromstärke für die ganze Modulreihe gleich. Sie ist nun im Verhältnis zur Spannung höher, besonders bei einem verschatteten PV-Modul. Hier führt der Strom zu einer Erwärmung oder gar Überhitzung der verschatteten Stelle und es besteht die Gefahr von Hotspots. Diese zerstören die Solarzellen und erhöhen die Brandgefahr.
Hotspots können vermieden werden. In modernen Solarmodulen befinden sich die sogenannten Bypass-Dioden. Diese teilen das Modul in 2 bis 4 Teile. Werden ein oder mehrere Teile verschattet, schaltet das Solarmodul diese ab. Der Strom fließt anschließend nur noch durch den funktionierenden Teil des PV-Moduls.
Überlastung des Wechselrichters möglich
Die maximale und minimale Eingangsspannung des Wechselrichters müssen eingehalten werden, sonst besteht die Gefahr der Überlastung. Da bei einer Reihenschaltung die Spannung der Solarpaneele addiert wird, kommt es schnell zu einer sehr hohen Spannung.
Dies kann umgangen werden, wenn die Solarmodule in mehreren Reihen geschaltet werden. Statt einer langen sind es dann zwei bis drei Modulreihen. Dafür eignet sich der Einsatz eines Stringwechselrichters.
Defekte sind schwerer zu finden
Da sich alle PV-Module in einer Reihe befinden, funktioniert die ganze PV-Anlage nicht mehr, wenn es an einer Stelle zum Defekt kommt. Das liegt daran, dass der gesamte Stromkreis unterbrochen ist. Dadruch wird es schwieriger, den Defekt zu finden, was die Reparatur komplizierter und teurer macht.
Kann man unterschiedliche Solarmodule in Reihe schalten?
Haben zwei oder mehr Solarmodule die gleiche Spannung, aber einen verschiedenen Strom, kann man diese bei einer Reihenschaltung nicht mischen. Dies geht nur bei einer Parallelschaltung, da hier bei gleichbleibender Spannung der Strom erhöht werden kann. Unterschiedliche Solarmodule können daher nicht in einer Reihe geschaltet werden.
Wird ein PV-Modul mit einer niedrigeren Stromstärke eingebaut, reduziert sich die Stromstärke und demnach auch die Leistung der kompletten Modulreihe. Wird ein PV-Modul mit größerer Stromstärke eingebaut, müssen Sie damit rechnen, dass dieses Modul nie seine volle Leistung erbringen kann. Die Spannung spielt bei der Reihenschaltung keine Rolle, da diese einfach addiert wird.
Wie viele Solarmodule an einem String bei Reihenschaltung?
Wie viele PV-Module an einen String in Reihe geschaltet werden sollten, hängt von der Leistung der Photovoltaik ab. Zur Berechnung dient folgende Formel:
Anzahl PV-Module = Gesamtleistung / Modul-Leistung
Mit der Modulanzahl kann die Anzahl pro String ausgerechnet werden:
Anzahl PV-Module pro String = Spannung des Systems / Spannung des Moduls
Zur Veranschaulichung haben wir ein Beispiel erstellt:
Ziel ist eine 8 kWp Solaranlage in Reihenschaltung. Die gewählten Module haben eine Leistung von 300 Wp bei einer Spannung von 48 Volt. Der Wechselrichter erfordert eine elektrische Spannung von 400 Volt.
Anzahl Solarmodule = Gesamtleistung / Modul-Leistung
8 kWp / 0,3 kWp (300 Wp) = 27 Solarmodule
Anzahl Solarmodule pro String = Spannung des Systems / Spannung des Moduls
400 Volt 8 / 48 Volt = 9 Solarmodule pro String
Nimmt man die Gesamtzahl der 27 Module und teilt diese durch 9, erhält man genau 3 Strings.
Fazit
Bei der Reihenschaltung werden die einzelnen Solarmodule hintereinander zusammengesteckt. Dabei wird immer ein Minus- an ein Plus-Kabel angeschlossen. Auf diese Weise wird die gesamte Spannung erhöht und die Stromstärke bleibt gleich. Die Reihenschaltung ist sehr einfach auszuführen und es können, im Gegensatz zur Parallelschaltung, Installationskosten gespart werden.
Nachteile sind dafür jedoch die mögliche Entstehung von Hotspots, der Leistungsverlust bei Teilverschattung und kostspielige Reparaturen bei Defekten. Mit modernen PV-Modulen vermeiden Sie diese Probleme jedoch, da Bypass-Dioden in den Modulen nicht funktionierende Solarzellen ausschalten können.
Achten Sie also bei der Planung Ihrer Photovoltaik auf den Einsatz von guten und modernen PV-Modulen. Ebenso wichtig ist die fachgerechte Installation. Ein Solarteur hilft Ihnen dabei gut weiter. Wenn Sie unser Formular ausfüllen, erhalten Sie kostenlose und unverbindliche Photovoltaik Angebote von Solarteuren aus Ihrer Nähe. Ein Angebotsvergleich lohnt sich!