Solarmodule können auf zwei Arten miteinander verbunden werden. Bei der Parallelschaltung entspricht die Spannung des Stromkreises der Spannung eines einzelnen PV-Moduls. Bei der Reihenschaltung erhöht jedes zusätzliche Modul die Gesamtspannung aller miteinander verbundenen PV-Module, während die Stromstärke dem eines einzelnen Moduls ähnelt.
In diesem Ratgeber klären wir die Unterschiede auf. Und das ist der Inhalt:
Jetzt Photovoltaik-Angebote vergleichen und 30% sparen!
Nehmen Sie sich 60 Sekunden Zeit und füllen ein kurzes Formular aus. Wir verbinden Sie mit bis zu fünf geprüften Fachfirmen aus Ihrer Region. Der Vergleich ist für Sie kostenlos und unverbindlich.
Solarmodule verbinden - die beiden Optionen
Eine Photovoltaikanlage besteht normalerweise aus einer oder mehreren Solarmodulreihen. Technisch gesehen spricht man von einem Strang oder String.
Welche Stromspannung und Stromstärke den Wechselrichter erreichen, hängt weitgehend davon ab, wie die einzelnen Module im String angeschlossen sind. Aber auch Wetterlage, genauer genommen die Temperatur und die Sonneneinstrahlung sind von Bedeutung. Bei Temperaturschwankungen ändert sich die Stromspannung um einige Prozent und die Sonneneinstrahlung beeinflusst sowohl die Spannung als auch die Stromstärke einer PV-Anlage.
In Anbetracht dessen können PV-Module auf zwei Arten verbunden werden:
- die Parallelschaltung - die Solarmodule werden parallel geschaltet
- die Reihenschaltung - die Solarmodule werden in Reihe geschaltet
Ihre Wahl der Verbindungsart hängt unter anderem vom Wechselrichter ab, der später verwendet wird. Aber auch Ausbaupläne oder Betriebsbedingungen der Photovoltaikanlage sollten berücksichtigt werde. Bei der Entscheidung, wie die Photovoltaikmodule angeschlossen werden sollen, raten wir zudem die Empfehlungen des Herstellers zu beachten. Diese finden Sie meist in der Installationsanleitung.
Des Weiteren schauen wir uns die beiden Verbindungsarten im Detail an.
Parallelschaltung von Solarmodulen
Bei der Parallelschaltung der Solarmodule entspricht die Spannung des Stromkreises der angegebenen Spannung eines einzelnen PV-Moduls. Die Stromstärke wird jedoch addiert. Bei Ausfall eines Moduls fließt der Strom weiterhin durch die anderen Solarmodule.
Die Parallelschaltung von Photovoltaikmodulen ist eine Option, wenn eine höhere Stromleistung erforderlich ist. Diese Anordnung wird vor allem in der Niederspannungs-Photovoltaik, aber auch bei PV-Inselanlagen mit PWM-Ladereglern verwendet.
Diese Art der Zusammenschaltung wird auch bei Installationen verwenden, bei denen jedes Solarmodul über eigenen Mikrowechselrichter verfügt. Dank ihrer separaten MPPT-Algorithmen (Maximum Power Point Tracking) sind diese in der Lage, die Gesamteffizienz des Systems positiv zu beeinflussen. Sie ermöglichen auch die gleichzeitige Überwachung jedes einzelnen PV-Moduls. Dadurch können mögliche Störungen und Probleme rechtzeitig erkannt werden. Möglich ist es, da die Mikrowechselrichter (je nach Modell und Marke) den Betrieb von einem bis mehreren parallel geschalteten Solarmodulen verwalten.
Parallelschaltung von Photovoltaikmodulen: Vor- und Nachteile
Sie wissen bereits, wie sich die Parallelschaltung von PV-Modulen auf die Spannungs- und Stromeigenschaften des Stromkreises auswirkt. Doch wie wirkt sie sich auf die Gesamteffizienz der PV-Anlage aus? Was sind die Vor- und Nachteile dieser Lösung?
Vorteile der Parallelschaltung von PV-Modulen:
- Höhere Leistung und Effizienz bei Teilverschattung, da bei Parallelschaltung jedes Modul unabhängig von den anderen Modulen arbeitet. Verschmutzungen oder Beschädigungen beeinträchtigen nicht die Produktion der übrigen String-Module, was ein großer Vorteil für jede PV-Anlage ist;
- Einfacherer Modulaustausch und Systemerweiterung - der unabhängige Betrieb bedeutet, dass fehlerhafte Solarmodule schneller identifiziert und ausgetauscht werden können;
- Geringeres Risiko von Lichtbögen und Brandgefahr - parallel geschaltete PV-Anlagen sind aufgrund ihrer geringeren Spannung weniger anfällig für Lichtbögen, die zum Brand der gesamten Installation führen können.
Nachteile der Parallelschaltung von PV-Modulen:
- Potenzielle höhere Verluste - der Anstieg der Stromstärke (ausgedrückt in Ampere) bleibt nicht ohne Auswirkungen auf die Gesamteffizienz des Systems. Um Übertragungsverluste zu vermeiden, ist es notwendig, eine angemessene Dicke, aber auch eine an den Installationsort angepasste Länge der Kabel zu verwenden.
Reihenschaltung von Solarmodulen
Bei der Reihenschaltung erhöht jedes zusätzliche Solarmodul die Stromspannung im String, während die Stromstärke dem eines einzelnen Moduls ähnelt. Dadurch können höhere Wirkungsgrade und weniger Übertragungsverluste erzielt werden. Bei Verschattung droht jedoch ein massiver Leistungsverlust der gesamten PV-Anlage.
Die Leistung eines Moduls ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Wenn also im obigen Beispiel alle Module die gleichen Spannungsstromkennlinien haben, erhalten wir eine Ausgangsleistung von 150 W.
Die Reihenschaltung von Solarmodulen ist die gängigere Option und wird häufig bei Photovoltaik auf Einfamilienhäusern, aber auch im Gewerbe eingesetzt.
Das Herzstück der PV-Anlage stellt dabei in der Regel ein einzelner String-Wechselrichter dar, der den Betrieb aller Module steuert. Je mehr Solarmodule in Reihe geschaltet sind, desto höher ist die Spannung, die den Wechselrichter erreicht. Dies führt zu einer höheren Effizienz des Geräts selbst (das MPPT-System ist bei höherer Spannung effizienter bei der Suche nach den maximalen Leistungspunkten unter wechselnden Sonnenbedingungen), sowie der gesamten PV-Installation.
Reihenschaltung von Solarmodulen: Vor- und Nachteile
Wenn Photovoltaikmodule in Reihe geschaltet werden, beeinflusst jedes Modul die anderen, was bestimmte Konsequenzen hat. Welche sind es? Was sind die Vor- und Nachteile, wenn Solarmodule in Reihe geschaltet werden?
Vorteile der Reihenschaltung von PV-Modulen:
- Höhere Systemeffizienz - wie bereits erwähnt, wirkt sich die höhere Gleichspannung positiv auf die Effizienz einer mit einem String-Wechselrichter ausgestatteten PV-Anlage aus. Das liegt daran, dass eine Gleichspannung von mehreren Hundert Volt an den Wechselrichter geliefert wird. In einer häuslichen Elektroinstallation haben wir dagegen eine Spannung von circa 230 V AC. Der Wechsel von höherer zu niedrigerer Spannung kann schneller durchgeführt werden.
- Geringere Übertragungsverluste - die serielle Verbindungsart ermöglicht die Verwendung kleinerer Kabelquerschnitte und reduziert Übertragungsverluste.
- Geringere Kosten für Wechselrichter - die Reihenschaltung von Solarmodulen ermöglicht den Einsatz eines einzigen Wechselrichters, der den Betrieb von einem Dutzend oder sogar mehreren Dutzend PV-Modulen übernimmt. Diese Lösung ist in der Regel günstiger als die Verwendung von zum Beispiel Mikro-Wechselrichtern für parallel geschaltete Module.
Nachteile der Reihenschaltung von PV-Modulen:
- Leistungsverlust bei (Teil-) Verschattung - das schwächste Glied der Kette beeinflusst die Leistung des gesamten Strings. Wenn zum Beispiel ein PV-Modul verschattet oder verschmutzt ist, dann leidet die Leistung der gesamten PV-Installation (sofern die Paneele nicht mit Leistungsoptimierern ausgestattet wurden).
- Höhere Spannung bedeutet ein höheres Risiko - hohe Gleichspannungen können zu Lichtbögen führen, insbesondere wenn bei der Installation Fehler gemacht wurden (zum Beispiel, wenn keine MC4-Steckverbinder desselben Herstellers verwendet wurden oder bei physischen Schäden an den Kabeln).
Können verschiedene PV-Module miteinander kombiniert werden?
Generell ist es nicht ratsam, Solarmodule mit unterschiedlichen Parametern zu kombinieren, da unabhängig von der Verbindungsart das Modul mit der schlechtesten Leistung die übrigen Module beeinträchtigt.
Und warum?
Lassen Sie uns dies anhand von zwei Beispielen veranschaulichen:
Beispiel 1: in Reihe geschaltete Solarmodulen mit unterschiedlicher Stromspannung und -stärke.
Beispiel 2: parallel geschaltete Solarmodule mit unterschiedlicher Stromspannung und -stärke.
Beispiel 1
Wenn Solarmodule in Reihe geschaltet sind, addiert sich ihre Spannung. Die Stromstärke für das gesamte System nimmt jedoch den Wert des schwächsten Moduls an, was sich in einer radikalen Verschlechterung der Leistung der Anlage niederschlägt.
Da die Leistung eines Moduls das Produkt aus der Stromstärke und der Spannung darstellt, erreichen wir im obigen Beispiel eine Leistung von 23 W.
Beispiel 2
Bei der Parallelschaltung wird die Stromstärke addiert, während sich die Stringspannung an die Spannung des schwächsten Moduls anpasst. Dadurch verschlechtert sich die Leistung der PV-Anlage erneut, allerdings nicht so drastisch wie bei der Reihenschaltung. Im obigen Beispiel beträgt die Leistung sogar 45 W.
Verschaltung verschiedener Solarmodule - wann ist das möglich?
Wie das obige Beispiel veranschaulicht, lautet die Antwort auf die Frage „Können verschiedene Solarmodule kombiniert werden?“ in der Regel „nein“.
Anders sieht es aus, wenn Sie die Solarmodule parallel schalten und einen Mikrowechselrichter für jedes Modul verwenden. In diesem Fall funktioniert jedes Modul wie ein separates Mini-Kraftwerk. Selbst bei Verwendung von Modulen mit unterschiedlicher Wattzahl wird ihr Betrieb nicht beeinträchtigt.
Zum Beispiel: Bei der Verwendung von Mikrowechselrichtern und der Parallelschaltung von Modulen von 350 W, 400 W und 550 W erhalten wir ein System mit 1.300 W. Wenn Sie PV-Module mit unterschiedlicher Leistung in Reihe schalten, werden sie alle auf die Leistung des schwächsten Moduls begrenzt. Insgesamt kommen wir also auf 1.050 W.
Fazit
Die PV-Module können auf zwei Arten miteinander verbunden werden, und zwar in Reihe oder parallel. Welches System von Vorteil ist, hängt von einer Reihe von Variablen ab, darunter der Montagebedingungen und der Konstruktion der Photovoltaikanlage. Jede Verbindungsart von Solarmodulen hat Vor- und Nachteile und ist mit unterschiedlichen Konsequenzen verbunden.
Daher ist es ratsam, die Auswahl den Profis zu überlassen. Füllen Sie das untere Formular aus und wir verbinden Sie mit bis zu fünf Fachunternehmen für Photovoltaik aus Ihrer Region. Vergleichen Sie die Angebote und sparen dabei bis zu 30 %!