Bei einer PV Anlage sind meist nur die Module selbst sichtbar. Wie diese dahinter verschaltet sind, geht meist nicht direkt hervor. Dabei spielt die Verschaltung aber eine sehr wichtige Rolle bei einer PV Anlage mit Strang-Wechselrichter. Aber fangen wir mal ganz einfach - weshalb ist es eigentlich wichtig, dass die Module sinnvoll verschaltet werden?
Die beiden Verschaltungsarten in einem kleinen Beispiel
Bei Einstrahlung liegt Spannung am Modul an. Je nach Modultyp liegt diese bei rund 40V. Jedenfalls liegt die Modulspannung aber noch weit unter der minimalen Eingangsspannung eines Strangwechselrichters. Ein Module alleine reicht also noch nicht aus. Die Spannung auf der Modulseite muss erhöht werden. Und dabei kommen wir auch schon zur ersten Verschaltungsart, der Serienschaltung. Werden die Module nun in Serie verschaltet, erhöht sich die Spannung um jedes weitere Modul. Bei zwei Modulen in Serie hätten wir dann schon 80V. Bei 10 Modulen in Serie 400V. Auch die benötigte Eingangsspannung am Wechselrichter ist abhängig vom jeweiligen Typ. Meist geht diese bei rund 200V los. Man hat aber einen deutlich besseren Wirkungsgrad wenn die Eingangsspannung höher ist. Bei 3-phasigen Wechselrichtern liegt die optimale Eingangsspannung meist zwischen 600-800V. Wobei man hier auch unterschieden muss zwischen MPP-Spannung und Leerlaufspannung. Die maximale Spannung beträgt bei gewöhnlichen Strangwechselrichtern 1000V. Diese maximale Eingangsspannung darf zu keinem Zeitpunkt überschritten werden.
Naja, dann fangen wir mal an mit unserer Verschaltung. Verschalten wir diese mal so, dass eine optimale Spannung dabei rauskommt. Bei 800V wären das 20 Module in Serie. Wenn ein Modul eine Leistung von 400W hat, dann ergeben 20 Module insgesamt eine Leistung von 8000Wp. Das würde ja schonmal funktionieren. Somit hätten wir schon eine Verschaltung mit 8000Wp Modulleistung und optimaler Eingangsspannung. Was aber, wenn nicht 8kWp, sondern vielleicht 12kWp Modulleistung geplant sind. In Serie geht ja nicht mehr viel dazu, wir sind ja schließlich schon knapp an den maximalen 1000V dran.
Um dennoch weitere Module hinzu schalten zu können, müssen wir nun die zweite Art verwenden, die Parallelschaltung. Hier bleibt die Spannung dieselbe aber der Strom erhöht sich. Bei zwei parallel verschalteten Modulen mit jeweils 8A gibt das ganz einfach den doppelten Strom, also 16A.
Wir haben nun also unseren Strang mit 20 Modulen in Serie, also 8000Wp. Jetzt sollen noch welche in der Parallelschaltung dazu kommen, wir wollen ja bis auf 12000Wp rauf. Jetzt ist eine Sache aber besonders wichtig. Wenn Modulstränge parallel verschaltet werden, müssen beide Stränge die gleiche Spannung haben. Damit das funktioniert, müssen alle parallel verschaltete Stränge somit auch die selbe Anzahl an Modulen haben. Eine mögliche Lösung wären also zwei Stränge mit jeweils 20 Modulen. Bei insgesamt 40 Modulen hätten wir aber bereits eine Leistung von 16kWp. Weil wir ja 12kWp haben wollen, benötigt es insgesamt 30 Module. Wir müssen also die Module pro Strang reduzieren. Zwei Stränge mit jeweils 15 Modulen wären hier also die passende Lösung.
Wir merken uns also:
In der Serienschaltung erhöht sich die Spannung.
In der Parallelschaltung erhöht sich der Strom.
Das vorherige Beispiel wäre eine vereinfachte Auslegung der Module. Das ganze ist aber nicht immer so simpel. Es gibt viele weitere Faktoren, die bei der Auslegung beachtet werden müssen.
Hier sind einige wichtige mal zusammengefasst:
- Einhalten der Grenzen für Eingangsspannung und Eingangsstrom des Wechselrichters (Minimal- und Maximalwerte). Dabei dürfen nicht nur die Nennwerte beachtet werden sondern auch Leerlaufspannung und Kurzschlusstrom. Hinzu kommt die Frage wie viele MPP Tracker, also PV Eingänge der Wechselrichter hat. Jeder Eingang besitzt wiederum eine maximale Strom- und Spannungsgrenze, die eingehalten werden muss.
- Erlaubte Überdimensionierung beachten. Das Verhältnis zwischen Anlagenleistung in kWp und Wechselrichter-Ausgangsleistung darf ein gewisses Limit nicht überschreiten. Meist sind das 150%.
- Temperaturkoeffizient beachten. Besonders die Spannung und somit auch die Modulleistung ist stark abhängig von der Umgebungstemperatur. Je höher die Temperatur, desto niedriger wird die Spannung. Je niedriger die Temperatur, desto höher wird die Spannung. Die Spannungswerte müssen also neben den STC (Standard Test Bedingungen) auch unter minimaler und maximaler Temperaturverhältnissen berücksichtigt werden. Viele Berechnungstools rechnen dabei mit Temperaturen zwischen -10°C und + 70°C aus.
- Die Ausrichtungsmöglichkeiten und Gegebenheiten vor Ort. So einfach eine Auslegung am Papier auch scheint, so ist es notwendig sich am Ende immer an die Gegebenheiten vor Ort zu halten. Welche Ausrichtungen stehen zur Verfügung? Wieviele Module haben auf welche Ausrichtung Platz? Gibt es Verschattungen? Und wenn ja wie, gehe ich am besten damit um? All diese Dinge und noch viele mehr machen PV-Auslegungen dann auch zur Expertensache.
Damit würden wir aber schon wieder ins Detail gehen. Dazu kommen wir demnächst aber bestimmt noch.
Einfache Ausrichtungen funktionieren vor allem dann wenn es eine einzige Ausrichtung gibt. Bei verschiedenen Ausrichtungen können Modulstränge nicht immer zusammengeschaltet werden. Es gibt Ausnahmen aber grundsätzlich wird für jede Ausrichtung aber ein eigener MPP Tracker, also PV Eingang am Wechselrichter verwendet.
Wie das ganze dann mit komplexeren Auslegungen funktioniert, sehen wir uns demnächst an. Das Prinzip der Verschaltungsarten sollte somit aber jedenfalls klar sein.