Solarmodule anschließen: Reihen oder Parallelschaltung?

Die Verbindung der Solarmodule ist ein wichtiger Schritt bei der Planung einer Photovoltaikanlage, da es direkt die Leistung des Systems und seine Gesamteffizienz beeinflusst. Es gibt hauptsächlich zwei Anschlussarten für Solarmodule: in Serie oder in parallel. Jede dieser Methoden hat Vor- und Nachteile, die in Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen der Anlage, den Eigenschaften der Module, dem Laderegler und dem Wechselrichter berücksichtigt werden müssen.

Um die Verbindungen der Solarmodule in Serie und parallel korrekt zu konfigurieren, sodass die elektrischen Parameter den Betriebsanforderungen der Wechselrichter entsprechen, können Sie eine Software zur Planung von Photovoltaikanlagen verwenden.

Solarmodule anschließen

Eine einzelne Photovoltaikzelle kann keinen Strom und keine Spannung erzeugen, die ausreichen, um die normalerweise verwendeten Lasten zu versorgen. Aus diesem Grund ist es notwendig, mehrere Zellen miteinander zu verbinden, um nützliche Spannungen und Ströme zu erreichen.

Die Zelle ist das grundlegende Element jeder Photovoltaikanlage: Eine Gruppe von Zellen bildet ein Modul, mehrere Module, die in Serie oder parallel verbunden sind, bilden eine Photovoltaikstring. Mehrere parallel geschaltete Strings bilden einen Generator oder ein Photovoltaikfeld.

Die Module eines Photovoltaikfeldes können verbunden werden:

• in Serie;
• in Parallele;
• in Kombination.

Unterschied zwischen Strom und Spannung

Die Spannung, oder Potentialdifferenz, ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines Stromkreises. Sie wird in Volt (V) gemessen und stellt die Kraft dar, die die Elektronen durch den Stromkreis treibt. Der Strom hingegen ist der Fluss von Elektronen durch einen Stromkreis, wird in Ampere (A) gemessen und stellt die Menge an Ladung dar, die zu einem bestimmten Zeitpunkt durch den Stromkreis fließt.

Solarmodule in Parallel anschließen: Wie es funktioniert

Der Parallelanschluss sieht vor, dass alle positiven Anschlüsse der Solarmodule miteinander verbunden werden, ebenso wie die negativen Anschlüsse. Die parallelen Anschlüsse werden hergestellt, indem der positive Pol eines Moduls (oder eines Strings) mit dem positiven Pol eines anderen Moduls (oder Strings) verbunden wird.

In dieser Konfiguration bleibt die Gesamtspannung des Systems unverändert, während die von den einzelnen Modulen erzeugten Ströme addiert werden. Diese Art der Verbindung ist ideal, wenn man den Strom erhöhen möchte, ohne die Spannung des Systems zu verändern.

Anschluss in Serie und in Parallel – Software Solarius PV

Vorteile und Nachteile

Zu den Vorteilen des parallelen Anschlusses von Photovoltaikmodulen gehören:

• höhere Zuverlässigkeit: Wenn ein Modul beschädigt oder teilweise beschattet ist, arbeiten die anderen Module weiterhin, ohne die Gesamtproduktion des Systems zu beeinflussen;
• einfache Erweiterung: Die Hinzufügung neuer Module zum System wird erleichtert, da sie die Gesamtspannung des Systems nicht signifikant beeinflusst.

Ein potenzieller Nachteil sind die hohen Ströme: Der Anstieg des Gesamtstroms kann die Verwendung von Kabeln mit größerem Querschnitt erforderlich machen, um Energieverluste und Überhitzung zu vermeiden. Darüber hinaus müssen auch die Laderegler und Wechselrichter in der Lage sein, höhere Ströme zu bewältigen, was zu einer höheren Komplexität und Kosten beim Kauf von Geräten führen kann.

Solarmodule in Reihe anschließen: So funktioniert es

Der Anschluss in Reihe bedeutet, dass der positive Anschluss eines Photovoltaikmoduls mit dem negativen Anschluss des nächsten verbunden wird, wodurch eine Reihe von in Reihe geschalteten Modulen entsteht. Diese Art der Konfiguration wird verwendet, um die Gesamtspannung des Systems zu erhöhen, während der Strom konstant bleibt. Mit der Hinzufügung von Modulen in Reihe steigt die Gesamtspannung der Anlage. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein Ausfall oder eine Beschattung eines einzelnen Moduls die Leistung der gesamten Reihe beeinträchtigen kann.

In solchen Fällen hilft die Verwendung von Optimierern, um mögliche Fehlfunktionen zu überwachen und die Spannung zu regulieren, wodurch die Effizienz der Gesamtproduktion verbessert wird.

Jedes Photovoltaikmodul hat eine Nennspannung und einen Nennstrom. Wenn die Module in Reihe geschaltet werden, addieren sich die Spannungen jedes Moduls, während der Strom konstant bleibt im Vergleich zum Wert eines einzelnen Moduls.

Zum Beispiel, wenn drei Module mit einer Nennspannung von 40 V und einem Strom von 8 A angeschlossen werden, hat das System eine Gesamtspannung von 120 V und einen Strom von 8 A.

Optimierer – Software Solarius PV

Vorteile und Nachteile

Der Hauptvorteil der Serienschaltung liegt darin, dass die Gesamtsystemspannung die Summe der Spannungen jedes einzelnen Moduls ist. Wenn man beispielsweise drei 12V-Module anschließt, erhält man eine Gesamtsystemspannung von 36V. Diese Konfiguration ist besonders nützlich für Anlagen, die höhere Spannungen benötigen. Eine Erhöhung der Spannung führt zu einer Verringerung des Stroms, der erforderlich ist, um die gleiche Leistung zu erzeugen, wodurch die Energieverluste in den Kabeln, insbesondere über lange Strecken, reduziert werden.

Zu den Nachteilen der Serienschaltung von Photovoltaikmodulen können die folgenden Aspekte hervorgehoben werden:

• Empfindlichkeit gegenüber Verschattung: Selbst eine teilweise Verschattung eines einzelnen Moduls kann die Effizienz der gesamten Reihe erheblich beeinträchtigen. Dies geschieht, weil der Gesamtstrom des Systems durch das Modul begrenzt wird, das weniger Sonnenlicht erhält;
• höheres Risiko von Fehlfunktionen: Wenn ein Modul ausfällt, kann die gesamte Reihe aufhören, Energie zu produzieren, was die Produktion beeinträchtigt, bis das defekte Modul repariert oder ersetzt wird;
• eingeschränkte Flexibilität: Alle in Reihe geschalteten Module müssen ähnliche Eigenschaften in Bezug auf Strom und Spannung aufweisen. Dies macht die Erweiterung der Anlage komplizierter, da neue Module mit den bestehenden kompatibel sein müssen.

Kombinierte Solarmodulanschlüsse

Die meisten Wohn-Photovoltaikanlagen verwenden eine gemischte Konfiguration, die Serien- und Parallelschaltungen kombiniert. In diesem Fall werden mehrere in Reihe geschaltete Modulstränge, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, dann parallel geschaltet. Diese Konfiguration ermöglicht es, den Gesamtstrom zu erhöhen und somit die insgesamt erzeugte Leistung in Watt zu optimieren.

Die kombinierte Schaltung ermöglicht es, sowohl die Spannung als auch den Strom zu erhöhen. Wenn man beispielsweise ein System mit zwei Strängen von jeweils drei in Reihe geschalteten Modulen hat und dann die beiden Stränge parallel verbindet, erhält man eine Spannung, die der Summe der Spannungen der in Reihe geschalteten Module entspricht, und einen Strom, der der Summe der Ströme der beiden parallelen Stränge entspricht.

Unterschiede zwischen Reihen oder Parallelschaltung von Solarmodulen

Die Hauptunterschiede zwischen der Reihen oder Parallelschaltung betreffen die Spannung und den Strom, die das System erzeugen kann. Die Wahl zwischen diesen beiden Konfigurationen hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie den Anforderungen an Spannung und Strom, der Struktur des Systems und den Umgebungsbedingungen, unter denen es verwendet wird.

Die wichtigsten Variablen, die die Wahl beeinflussen, sind:

• MC4-Steckverbinder: Die MC4-Steckverbinder sind entscheidend für den Anschluss der Solarmodule sowohl in Reihe als auch parallel und bieten eine sichere und einfache Verbindung zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der Module;
• Schlüsselkomponenten: Die Wahl zwischen Reihen oder Parallelschaltung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Typ des Moduls (monokristallin oder polykristallin) und der Größe der Module. Die Anzahl der Solarzellen in den Modulen beeinflusst die Art des Anschlusses. Die Serienschaltung erhöht die Spannung des Systems, während die Parallelschaltung den Strom erhöht;
• Verschattung: Verschattung kann die Leistung der Solarmodule erheblich beeinflussen. In einer Parallelschaltung reduziert ein teilweise verschattetes Modul nur seine eigene Produktion, während die anderen Module intakt bleiben. In einer Reihenschaltung kann jedoch die Verschattung eines einzigen Moduls die Effizienz des gesamten Kreises beeinträchtigen;
• Batterieladung: Betrachtet man das System insgesamt, einschließlich der Batterieladung, liefert die Parallelschaltung niedrigere Spannungen, während die Reihenschaltung je nach Spezifikationen der verwendeten Module deutlich höhere Spannungen erzeugen kann. Dies beeinflusst die Wahl basierend auf den Anforderungen des Speichersystems.