Reihen- oder Parallelschaltung von Solarmodulen
Die Verschaltung eines Modulfeldes hat einen gravierenden Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften. Werden mehrere Module in Reihe geschaltet so erhöht sich die Spannung des gesamten Strings. Hat das Modul eine Spannung von 30V, so ergibt sich für einen String mit 10 Modulen eine Stringspannung von 300V. Werden mehrere Module parallel verschaltet, so erhöht sich der Strom. Bei einem Modulstrom von 9A und einer Parallelschaltung von 10 Modulen ergibt sich ein Strom von 90A.
Wann ist welche Verschaltung sinnvoll?
Ausschlaggebend für welche Verschaltung man sich entscheiden sollte ist stets der Wechselrichter. Er besitzt maximale und minimale Eingangsspannungen und -ströme die eingehalten werden müssen. Dieser Bereich variiert von Hersteller zu Hersteller und auch für verschiedene Leistungsklassen. Weiterhin gibt es einen MPP-Spannungsbereich. Nur innerhalb diesem ist es dem Wechselrichter möglich MPP-Tracking zu betreiben und eine möglichst hohe Leistungsfähigkeit der Anlage zu gewährleisten.
Bei gewöhnlichen Aufdachanlagen mit einigen kWp Leistung ist das eher unproblematisch. Zum Einsatz kommen hier Stringwechselrichter. Sie sind so konzipiert, dass alle Module in Reihe verschaltet werden können, sofern die Leistungsfähigkeit des WR nicht überschritten wird. Ist die Photovoltaikanlage auf mehrere Dachflächen mit unterschiedlicher Ausrichtung oder Neigung verteilt, dann sollten mehrere Strings gebildet werden. So kann z.B. die Ost- und Westseite zu jeweils einem eigenständigen String verschaltet werden. Ursache ist die unterschiedliche Einstrahlung der Sonne auf beide Seiten. Die zum größeren Teil verschattete Seite wird die andere negativ beeinflussen und den Gesamtertrag senken. Wieso das so ist erfahren sie im Abschnitt Verschattung. Die Strings bekommen dann entweder jeweils einen eigenen WR oder werden an einen Multistringwechselrichter angeschlossen. Er zeichnet sich durch mehrere MPP-Tracker aus. So kann jeder String einzeln optimiert werden. In der Regel ist die Variante mit nur einem Wechselrichter kostengünstiger.
Interessanter wird die Art der Verschaltung bei sehr großen Anlagen. Oftmals werden hier Zentralwechselrichter verwendet. Der Eingangsspannungsbereich verändert sich dabei im Vergleich zum Stringwechselrichter nur geringfügig. Der maximale Eingangsstrom jedoch erhöht sich auf mehrere hundert bzw. tausend Ampere. Das führt zu einer Leistungsfähigkeit im Megawattbereich. Zum besseren Verständnis haben wir einen Zentralwechselrichter mit 900V maximaler Eingangsspannung und 2160A maximalem Eingangsstrom herausgesucht. Es können daher z.B. 150 Strings parallel verschaltet werden, die einen Strom von 1350A erzeugen. Jeder dieser Strings besteht aus 20 in reihe geschalteten Modulen die eine Spannung von 600V liefern. Es sind so 3000 Module an einem einzigen Wechselrichter verschaltet, die eine Gesamtleistung von 900kWp besitzen.
Verschattung
Die Verschaltung hat weiterhin einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Modulfeldes im Falle einer Teilverschattung. Kommt es Beispielsweise zur Verschattung eines einzelnen Moduls, so wird dessen abgegebener Strom sinken. Da durch alle Module, die in Reihe verschaltet werden, stets derselbe Strom fließt, wird dieser im gesamten String absinken. So sorgt ein einzelnes verschattetes Modul für einen Leistungsverlust im gesamten String. Moderne Module sind daher oft mit Bypass-Dioden versehen. Im Falle einer Verschattung wird das betroffene Modul überbrückt und der Leistungsverlust fällt geringer aus. Sorgen Hindernisse auf oder nahe des Daches für komplexe Verschattung, dann kann eine Simulation sehr aufschlussreich sein. Mit Hilfe dieser kann der Sonnenstand zu jeder Zeit über ein komplettes Jahr betrachtet werden und die Module auf Basis der Erkenntnisse auf intelligente Weise verschaltet werden.