Es ist keine Raketenwissenschaft, aber einige technische Einzelheiten solltest du kennen, wenn du dich für eine Solaranlage entscheidest. Wie fließt eigentlich der Strom, der von den Solarmodulen erzeugt wird, zum Wechselrichter und schließlich in deine Steckdose?
Hier spielen Reihen- und Parallelschaltung eine entscheidende Rolle. Keine Angst, du musst dafür kein Elektrotechnik-Experte sein. In diesem Blogbeitrag führen wir dich Schritt für Schritt durch die Vor- und Nachteile jeder Schaltung.
Als Einstieg findest du die wichtigsten Kernaussagen aus dem Blogbeitrag kurz & knapp zusammengefasst:
- Bei einer Reihenschaltung wird der Pluspol eines Solarmoduls mit dem Minuspol des nächsten verbunden. Die Vorteile sind höhere Wirkungsgrade, geringere Übertragungsverluste und weniger komplexe Installationen. Nachteile sind, dass Schatten oder Defekte in einem Modul die gesamte Leistung beeinträchtigen können.
- Bei einer Parallelschaltung werden gleichartige Pole miteinander verbunden. Vorteile sind Flexibilität und Robustheit gegenüber Schatten oder Defekten, Nachteile sind geringere Effizienz und höherer Installationsaufwand.
- Die Wahl der Schaltung hängt von der speziellen Anwendung ab, beispielsweise werden bei kleineren Hausanlagen oft Reihenschaltungen bevorzugt, während bei größeren Anlagen Parallelschaltungen von Vorteil sein können.
- Das Modell des Wechselrichters spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Schaltungsentscheidung, da es eine minimale und maximale Eingangsspannung hat.
- Halbzellen-Module sind eine innovative Technologie, bei der die Solarzellen in zwei Hälften geteilt werden, wodurch die Stromstärke innerhalb der Zellen halbiert und die Serienwiderstandsverluste reduziert werden. Diese Module arbeiten effizienter und verlieren weniger Energie.
- Halb- und Drittelzellen-Module können Ertragseinbußen durch Verschattung oder Wärme-Hotspots reduzieren.
- Bei Unsicherheiten sollten immer Fachleute konsultiert werden, die einen sicheren Betrieb der Anlage gewährleisten und empfehlen können, welche Schaltung in einem bestimmten Fall am sinnvollsten und leistungsfähigsten ist.
Solarmodule in Reihe: Ein direkter Weg zur Stromerzeugung
Bei der Reihenschaltung – häufig bei privaten Dachanlagen anzutreffen – wird der Pluspol eines Solarmoduls mit dem Minuspol des nächsten verbunden.
Stell es dir vor wie eine Perlenschnur, an deren Anfang und Ende ein Plus- und ein Minuspol übrig bleiben. Diese werden dann mit dem Wechselrichter verbunden.
Ein großer Vorteil der Reihenschaltung ist die Gesamtspannung. Sie ist die Summe der Spannungen aller PV-Module, was für höhere Wirkungsgrade und geringere Übertragungsverluste sorgt.
Einfach gesagt, es erzeugt mehr Energie und arbeitet effizienter. Die Installation ist zudem weniger komplex und kostengünstiger.
Aber natürlich gibt es auch Nachteile. Da der Strom nur einen Pfad durch die gesamte Anlage hat, kann eine einzige schattige oder defekte Solarzelle die Gesamtleistung beeinträchtigen.
Vor-und Nachteile der Reihenschaltung bei Solarmodulen:
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Bessere Systemeffizienz (höhere Gleichspannung wirkt sich positiv auf den Wechselrichter aus) | Verschattung oder Defekt führt zu einem größeren Ausfall (ohne Bypass Dioden) |
| Niedrige Umwandlungsverluste (niedriger Kabelquerschnitt) | Durch höhere Gleichspannung größeres potenziellen Risiko für Lichtbögen (Brandgefahr) |
| Kostengünstig (einfache Installation & nur ein Wechselrichter benötigt) |
Manchmal kann es auch schwierig sein, Fehler zu finden und zu beheben. Aber keine Sorge, moderne Solarmodule haben Bypass-Dioden, die Leistungsabfälle erkennen und den problematischen Teil überbrücken können.
Parallelschaltung: Eine Vielzahl von Strompfaden
Die Parallelschaltung geht einen anderen Weg. Anstatt die Plus- und Minuspole miteinander zu verbinden, werden die gleichartigen Pole miteinander verbunden. Hier addieren sich die Ströme der einzelnen PV-Module, während die Spannung im Idealfall gleich bleibt.
Der größte Vorteil der Parallelschaltung ist ihre Flexibilität. Fällt ein Modul aus, können die anderen weiterarbeiten, da sie jeweils separate Strompfade haben. Dadurch werden Verschattungen oder Defekte weniger problematisch, und das Auffinden und Ersetzen defekter Module ist einfacher.
Jedoch hat auch die Parallelschaltung ihre Schwachstellen. Die gesamte Anlage arbeitet nicht so effizient wie eine fehlerfreie Reihenschaltung, und der Installationsaufwand sowie die Kosten sind höher.
Vor-und Nachteile der Parallelschaltung bei Solarmodulen:
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Einfacher Modultausch oder Modulerweiterung | Höhere Kosten (mehr Kabel und größerer Installationsaufwand) |
| Bessere Leistung bei Verschmutzung oder Teilverschattung | Niedriger Wirkungsgrad |
| Geringes Risiko für Lichtbögen (Brandgefahr) |
Darüber hinaus muss bei steigender Stromstärke besondere Vorsicht geboten werden, beispielsweise durch den Einsatz von Sicherungen und dickeren Kabeln.
Beste aus beiden Welten: Eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung
Da sowohl Reihen- als auch Parallelschaltung ihre Vor- und Nachteile haben, wird oft eine Mischung aus beiden gewählt, vor allem bei größeren Photovoltaikanlagen.
In der Praxis werden Gruppen von Solarmodulen in Reihe geschaltet und diese Gruppen dann parallel an den Wechselrichter angeschlossen. Dies minimiert die Risiken einer reinen Reihen- oder Parallelschaltung.
Vor allem wenn bestimmte Gruppen von Modulen häufiger Schatten ausgesetzt sind als andere, bietet diese Mischform eine effiziente Lösung. Sie ermöglicht es, einzelne Gruppen separat zu steuern und bei Bedarf vom Netz zu nehmen, ohne die Gesamtleistung der Anlage zu beeinträchtigen.
Welche Schaltung passt zu dir?
Die Antwort auf diese Frage hängt stark von deinem speziellen Anwendungsfall ab. Bei kleineren Hausanlagen wird oft die Reihenschaltung bevorzugt. Sie arbeitet effizient, reduziert Übertragungsverluste und erfordert eine weniger komplexe Verkabelung.
Bei größeren PV-Anlagen kann eine Parallelschaltung jedoch von Vorteil sein. Bei ihr ist es leichter, defekte Solarmodule auszuschalten, ohne dass der Betrieb der restlichen Anlage gestört wird.
Darüber hinaus spielt auch das Modell des Wechselrichters eine wichtige Rolle. Denn es hat eine minimale und maximale Eingangsspannung, die bei der Schaltungsentscheidung berücksichtigt werden sollten.
Ein tieferer Einblick: Die Charakteristik von Solarzellen
Jetzt, da du eine Vorstellung davon hast, wie Solarmodule verschaltet werden können, wollen wir einen Schritt weiter gehen und uns die Solarzellen genauer anschauen, die letztendlich den Strom für deine Photovoltaik-Anlage erzeugen.
Ein klassisches Solarmodul ist üblicherweise aus einer bestimmten Anzahl von Solarzellen zusammengesetzt, die entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind. Das können zum Beispiel 48, 60 oder 72 Zellen sein.
Die elektrische Spannung (U), ausgedrückt in Volt (V), liegt bei einer Solarzelle je nach verwendeten Halbleitermaterial (meistens Silizium) bei rund 0,58 V. Die Stromstärke (I), ausgedrückt in Ampere (A), liegt bei ungefähr 3,5 A, wobei das abhängig von der Lichteinstrahlung ist.
Um die Leistung (P) einer Solarzelle in Watt-peak (Wp) zu berechnen, multiplizierst du einfach die Spannung (U) mit der Stromstärke (I). Dabei gelten die Standardtestbedingungen (STC), die eine Norm definieren, um Leistungsangaben von Solarzellen vergleichbar zu machen.
Solarzellen in Reihenschaltung
Wenn mehrere Komponenten hintereinander geschaltet werden, spricht man in der Elektrotechnik von einer Reihenschaltung oder Serienschaltung. In einem Solarmodul werden die Solarzellen meist in Reihe geschaltet, um eine hohe, nutzbare Spannung zu erreichen.
Bei einer Reihenschaltung fließt der Strom durch alle Komponenten und die Stromstärke bleibt gleich, während die Spannungen sich addieren.
Nehmen wir an, wir schalten 5 Solarzellen mit jeweils 0,58 V und 3,5 A in Reihe, dann erhöht sich die Spannung auf:
0,58 V * 5 = 2,9 V
Die Gesamtleistung dieser Schaltung berechnet sich zu:
2,9 V * 3,5 A = 10,15 Wp
Solarzellen in Parallelschaltung
Bei einer Parallelschaltung hingegen sind die gleichnamigen Pole der Solarzellen miteinander verbunden. In diesem Fall bleiben die Spannungen konstant und die Stromstärken addieren sich. Eine Unterbrechung in einer Parallelschaltung beeinflusst die Spannung der anderen Komponenten nicht.
Angenommen, wir schalten die gleichen 5 Solarzellen parallel, dann ergibt sich eine Gesamtstromstärke von:
3,5 A * 5 = 17,5 A
Und die Gesamtleistung dieser Schaltung beträgt:
0,58 V * 17,5 A = 10,15 Wp
Diese Informationen helfen dir dabei, ein tieferes Verständnis für die Funktionsweise und den Aufbau von Solarmodulen und Solarzellen zu gewinnen. Je besser du diese Grundlagen verstehst, desto leichter wird es dir fallen, die richtige Entscheidung für deine Photovoltaikanlage zu treffen.
Das innovative Design der Halbzellen-Module
Du magst dich fragen, was denn nun genau die vielbesprochenen Halbzellen-Module sind, die in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewinnen.
Diese besonderen Solarmodule sind das Resultat intensiver Forschungsarbeiten am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) in Halle und haben seit ihrer Vorstellung im Jahr 2014 den Photovoltaik-Markt erheblich beeinflusst.
Was macht Halbzellen-Module so besonders?
Im Kern ist das Prinzip der Halbzellen-Module recht einfach: Die Solarzellen werden in zwei Hälften geteilt. Durch diese Zellteilung halbiert sich die Stromstärke innerhalb der Zellen, was wiederum zu einer Reduktion der Serienwiderstandsverluste führt.
Klingt erstmal kompliziert, oder? Aber keine Sorge, im Prinzip bedeutet das nur, dass die Halbzellen-Module effizienter arbeiten und weniger Energie verloren geht.
Ein Halbzellen-Modul besteht aus 2 parallel geschalteten Hälften, wodurch sich zwei verschiedene Strompfade im Modul ergeben. Jede Modulhälfte beinhaltet 3 Zellstrings mit jeweils 20 Halbzellen.
Von der Bypass-Diode zur 3-teiligen Anschlussdose
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Modulen, werden die beiden Hälften der Halbzellenmodule mit einer speziellen 3-teiligen Anschlussdose verbunden. Hier sind je ein Zellstring der oberen und der unteren Modulhälfte über eine Bypass-Diode verbunden.
Diese spezielle Konfiguration hat den großen Vorteil, dass sie eine geringere Wärmeübertragung auf die drunterliegenden Zellen ermöglicht.
Der Nutzen von Halb- und Drittelzellen-Modulen
Der wirkliche Clou bei den Halbzellen- (Half-Cut-Cells) oder Drittelzellen-Modulen (Tri-Cut-Cells) ist jedoch ihre Fähigkeit, Ertragseinbußen durch Verschattung oder Wärme-Hotspots zu reduzieren.
Du kennst das vielleicht: Ein kleiner Teil deines Moduls ist verschattet und die Gesamtleistung sinkt. Mit Halb- oder Drittelzellen-Modulen ist dieses Problem weit weniger gravierend.
Drittelzellen-Module bestehen aus 2 Einheiten, die jeweils zwei in Reihe geschaltete Blöcke umfassen. Jeder dieser Blöcke besteht aus 3 parallel geschalteten Strings à 12 Zellen. Das ergibt insgesamt 144 Drittelzellen, die einem Modul mit 48 Vollzellen entsprechen.
Die Weiterentwicklung von Solarmodulen steht also keineswegs still, und die innovative Technologie der Halb- und Drittelzellen-Module ist ein beeindruckendes Beispiel dafür.
Diese Technologie kann dir helfen, die Leistung deiner Photovoltaikanlage zu maximieren und den größtmöglichen Nutzen aus deinem Solarsystem zu ziehen. Denn wer möchte nicht das Beste aus der Sonnenenergie herausholen?
Unser Tipp: Lass dich beraten
Elektrizität ist ein lebenswichtiges, aber auch potentielles gefährliches Element. Bei Unsicherheiten solltest du immer die Expertise von Fachleuten einholen.
Sie können nicht nur einen sicheren Betrieb deiner Anlage gewährleisten, sondern auch empfehlen, welche Schaltung in deinem Fall die sinnvollste und leistungsfähigste ist. So kannst du sorglos die Sonnenenergie in deinem Zuhause genießen.
Wir hoffen, dass dieser Blogbeitrag dir geholfen hat, einen besseren Einblick in die Welt der Solarmodul-Schaltungen zu bekommen. Mit diesem Wissen bist du bestens gerüstet, um die richtige Entscheidung für deine Photovoltaik-Anlage zu treffen. Also, lass die Sonne scheinen!
