Die Planung und der Bau einer Photovoltaikanlage erfordert die Auswahl einer geeigneten Methode zur Verbindung von Solarmodulen in Reihen, sogenannten Strings. Die Wahl der Art der Reihen- oder Parallelschaltung von Solarzellen hängt unter anderem von ab zum Typ des PV-Kraftwerks – On-Grid oder Off-Grid (Sie können mehr über On-Grid- und Off-Grid-Kraftwerke lesen: On-Grid- und Off-Grid-Installation – Unterschiede und Zweck) und zum Ort der Installation. Dabei sind zwei grundlegende Parameter wichtig, die jedes Solarmodul charakterisieren: Strom (I), ausgedrückt in Ampere, und Spannung (U), ausgedrückt in Volt. Das Produkt aus beidem ergibt die Leistung des Solarmoduls, ausgedrückt in Wattpeak (Wp). Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile und ist für eine bestimmte Anwendung besser geeignet.
Module in Reihe oder parallel verbinden – Unterschiede
Die Wahl der Art der Verbindung von PV-Modulen basiert auf zwei Kirchoffschen Gesetzen bezüglich der im Stromkreis fließenden Ströme und Spannungen. Einfach ausgedrückt: Wenn Solarmodule in Reihe geschaltet werden, erhöht sich die String-Spannung, während der Strom eines Moduls aufrechterhalten wird. Wenn die Module jedoch parallel geschaltet werden, erhöht sich der aus der Leitung gewonnene Strom, während die Spannung auf dem Niveau eines einzelnen Moduls gehalten wird.
Reihenschaltung von Photovoltaikzellen
Das zweite Kirchhoffsche Gesetz gilt insbesondere für die Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen. Daraus folgt, dass jedes an den String angeschlossene PV-Modul die Spannung (U) an den Enden des Strings erhöht und dabei ungefähr den Strom (I) des einzelnen Moduls beibehält.
Indem wir den Pluspol des Panels (+) mit dem Minuspol (-) des nächsten Panels verbinden, erhalten wir eine Reihenschaltung. Beispiel: Ein PV-Modul hat eine Spannung von U=40 V und einen Strom von I=10 A. Die Reihenschaltung zweier Solarmodule ergibt eine String-Spannung von etwa U=2 x 40 V=80 V und einen Strom von I=10 A. Zusammenfassend Wenn Module parallel geschaltet werden, erhöht sich der aus der Spitze gewonnene Strom, während die Spannung auf dem Niveau eines einzelnen Moduls gehalten wird.
Parallelschaltung von Photovoltaikmodulen
Das erste Kirchhoffsche Gesetz besagt, dass die Summe der in einen Netzwerkknoten hineinfließenden Ströme gleich der Summe der aus dem Netzwerkknoten fließenden Ströme ist. Gemeint ist die Parallelschaltung von Photovoltaikmodulen. Diese Anordnung bedeutet, dass beim Verbinden der Module der Strom (I) ansteigt, während die Spannung (U) annähernd konstant bleibt.
Durch die Verbindung der positiven (+) und negativen (-) Pole der Photovoltaikmodule erhalten wir eine Spannungsquelle (U) mit einem Wert nahe einem PV-Modul. Jedes parallel geschaltete Modul erhöht den Strom (I) des Solarkraftwerks um den vom jeweiligen Modul erzeugten Wert. Beispiel: Das PV-Modul hat eine Spannung von U = 40 V und einen Strom von I = 10 A. Durch die Parallelschaltung zweier Panels ergibt sich eine Spannung von U=40V und ein Strom von I=2 x 10A=20A.
Photovoltaik-Großhandel
Warum schalten wir Solarmodule in Reihe?
Die Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen wird verwendet, wenn wir die höchstmögliche Spannung aus der Reihe von PV-Modulen erhalten und gleichzeitig einen niedrigeren Strom aufrechterhalten möchten. Diese Lösung wird am häufigsten in netzgebundenen Solarkraftwerken für Privathaushalte gewählt. Durch die Erhöhung der Systemspannung, die wir bei der Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen erhalten, erhöht sich die Effizienz der PV-Anlage. Ein beispielhafter dreiphasiger 4-kW-Wechselrichter hat einen Betriebsspannungsbereich von 140 V bis 980 V.
Je mehr Module in Reihe geschaltet sind, desto höher wird die Spannung an den Wechselrichter angelegt, der bei einer Spannung der PV-Module von 600 V den besten Wirkungsgrad erreicht. Durch die Umwandlung einer höheren Gleichspannung in eine niedrigere Wechselspannung werden Verluste reduziert und der Wirkungsgrad erhöht. Jeder Wechselrichter verfügt über ein MPPT-System, das nach dem maximalen Leistungspunkt des PV-Strangs sucht. Je höher die Zündspannung, desto optimaler funktioniert der MPP-Tracker bei unterschiedlicher Sonneneinstrahlung, je nach Tages- und Jahreszeit sowie wechselnden Wetterbedingungen. Die Leistung des Modulstrangs ist das Produkt aus der Modulleistung und deren Anzahl.
Wann schalten wir Solarmodule parallel?
Die Parallelschaltung von Photovoltaikzellen wird in PV-Anlagen verwendet, wo wir eine niedrigere Spannung bei einem höheren Strom aufrechterhalten wollen, sowie in Solarkraftwerken mit höherer Leistung, wo Wechselrichter mit einem größeren Eingangsstrombereich und vielen Strings verwendet werden.
Die Parallelschaltung von Photovoltaikmodulen wird auch in Niederspannungs-Inselsystemen mit einem PWM-Laderegler verwendet, der die Spannung von Photovoltaikmodulen anpasst, um die Batterie aufzuladen. In dieser Situation besteht keine Notwendigkeit, hohe Spannungen aus den Strings der PV-Module zu beziehen. Wichtig im System ist der höhere Strom, der durch die Parallelschaltung von PV-Modulen entsteht. Auch Energieverluste durch Spannungsderating müssen berücksichtigt werden.
Da bei Parallelschaltung der PV-Module der im Stromkreis fließende Strom zunimmt, werden dickere Drähte verwendet. Für die Reihenschaltung von PV-Zellen ist außerdem ein Solarkabel mit größerem Durchmesser erforderlich, wenn der PV-String lang ist oder die Entfernung zwischen den Solarmodulen und dem Wechselrichter groß ist. Aufgrund der größeren Spannungsabfälle im Parallelsystem im Vergleich zum Seriensystem wird auch ein entsprechend größerer Querschnitt gewählt.
Wie verbinde ich Photovoltaikmodule – in Reihe oder parallel?
Technisch gesehen werden PV-Module mithilfe von MC4- oder kompatiblen Steckverbindern in Strings verbunden. Steckverbinder verschiedener Hersteller können unterschiedliche elektrische Parameter haben und sind daher nicht verwechselt. Dadurch wird das Risiko von Störungen und Bränden minimiert. MC4-Steckverbinder sind an Solarlösungen angepasst. Die von den Herstellern bereitgestellten Installationsanweisungen für Solarmodule enthalten Diagramme zum Anschluss von Photovoltaikmodulen. Sie zeigen die Reihen- und Parallelschaltung von Photovoltaikmodulen und geben Hinweise auf die richtige Befestigungsart, je nach Anordnung der Module.
Manchmal fragen wir uns, ob es möglich ist, Photovoltaikmodule unterschiedlicher Leistung miteinander zu kombinieren? In der Regel werden verschiedene Photovoltaikmodule nicht in Reihe geschaltet. Module unterscheiden sich je nach Hersteller auch bei gleicher Leistung in Betriebsspannung und Strom. Wenn ein Modul mit einem geringeren Strom an den String angeschlossen wird, fließt der Strom des schwächsten Moduls durch den gesamten String. Dadurch verliert die gesamte Anlage an Effizienz und das Modul mit den niedrigsten Parametern wird am stärksten belastet. Ebenso wird davon abgeraten, verschiedene PV-Module parallel zu schalten. Der Strom der Module summiert sich, die Spannung sinkt jedoch.
Zusammenfassung
Beim Anschluss von Solarmodulen muss zwischen Reihen- und Parallelschaltung von PV-Modulen gewählt werden. Die Auswahl wird bereits in der Planungsphase einer Photovoltaikanlage unter Berücksichtigung der Art der Installation und des verwendeten Wechselrichters getroffen. Bei typischen Hausinstallationen kommt die Reihenschaltung von Photovoltaikzellen zum Einsatz. Bei größeren Solarkraftwerken hingegen wird häufiger die Parallelschaltung von Panels eingesetzt. Rechner von Herstellern von Photovoltaik-Wechselrichtern können bei der richtigen Auswahl der Anschlüsse helfen, die Arbeit vereinfachen und helfen, Konstruktionsfehler zu vermeiden.