Wechselrichter: Solarmodule in Reihe oder parallel schalten
Viele Solarzellen bilden ein Solarmodul, mehrere Solarmodule erzeugen den Strom einer Photovoltaik-Anlage. So weit, so gut. Aber wie gelangt der erzeugte Strom aus den Modulen letztlich zum Wechselrichter und in die Steckdose? Es gibt zwei Möglichkeiten: Entweder die Solarmodule werden in Reihe oder sie werden parallel verschaltet. Was das bedeutet und welche Vor- und Nachteile das jeweils hat, lesen Sie hier. Keine Sorge, ein Elektrotechnik-Studium ist dafür nicht notwendig.
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Was versteht man unter einer Reihenschaltung?
Die Reihenschaltung ist bei den meisten Dachanlagen auf Privathäusern der Normalfall. Dabei wird jeweils der Pluspol eines Solarmoduls mit dem Minuspol des nächsten verbunden. Übrig bleiben ein Plus- und ein Minuspol am Anfang und am Ende, die mit dem Wechselrichter verbunden werden. Die Summe der Spannungen der einzelnen Module ergibt die Gesamtspannung. Ein einziger Wechselrichter steuert dabei in der Regel den Betrieb aller Module. Die Installation ist nicht so aufwendig. Die hohe Spannung sorgt für höhere Wirkungsgrade, geringere Übertragungsverluste und einen effizienteren Betrieb.
Das Konzept hat allerdings einen Haken: Der Strom fließt auf nur einem Pfad durch die gesamte Anlage. Werden nun beispielsweise Solarzellen verschattet und ihre Leistung sinkt drastisch ab, zieht das die Gesamtleistung in Mitleidenschaft: Der maximale Strom ist immer nur der, der durch das schwächste Glied in der Kette fließt. Ist die Ursache für die Minderleistung ein Defekt, kann es außerdem schwierig sein, den Fehler zu finden und zu beheben, denn er kann sich überall auf dem Weg durch die Module befinden. Im ungünstigsten Fall fällt die ganze Anlage wegen eines möglicherweise kleinen Defekts aus.
Es gibt Möglichkeiten, sich zu behelfen. So verfügen die meisten Solarmodule heutzutage beispielsweise über Bypass-Dioden. Sie registrieren Leistungsabfälle und überbrücken den problematischen Teil eines Moduls. Die anderen Solarzellen dieses Moduls und auch alle anderen können dann trotzdem weiter ihre Leistung bringen und weitertransportieren.
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Was versteht man unter einer Parallelschaltung?
Bei einer Parallelschaltung werden nicht die Plus- und Minuspole miteinander verbunden, sondern jeweils die einzelnen Plus- und die einzelnen Minuspole. Dadurch verhält sie sich umgekehrt wie eine Reihenschaltung. Bei ihr galt: Die Spannung wird addiert, während die Ströme der einzelnen Module möglichst gleich sein sollten. Bei der Parallelschaltung gilt: Die Ströme der einzelnen Module addieren sich, während ihre Spannung möglichst gleich sein sollte. Meist besitzt jedes Solarmodul einen eigenen kleinen Wechselrichter. Statt eines einzigen Stromflusses durch die gesamte Anlage führen jeweils einzelne von den Modulen weg.
Wichtiger als die elektrotechnischen Grundlagen zu verstehen ist es, zu wissen, was die Schaltung bewirkt. Fällt beispielsweise ein Modul aus, können die anderen ungestört weiterarbeiten, weil sie jeweils separate Stromflüsse bilden. Somit fällt auch eine Verschattung oder ein Defekt nicht so stark ins Gewicht. Geht ein Modul kaputt, ist es leichter, dieses zu lokalisieren und auszutauschen. Aber auch dieses Konzept hat einen Haken: Die gesamte Anlage arbeitet nicht so effizient wie eine korrekt funktionierende Reihenschaltung. Hinzu kommt ein höherer Aufwand und höhere Kosten aufgrund der komplexeren Verschaltung und Verkabelung. Da bei einer Parallelschaltung die Stromstärke steigt, muss man Vorsichtsmaßnahmen ergreifen. Dazu zählen der Einsatz von Sicherungen sowie die Wahl dickerer Kabel, um die Ströme abzuleiten.
Da beide Konzepte ihre Vor- und Nachteile haben, wird insbesondere bei größeren Photovoltaikanlagen auf eine Mischung gesetzt. In der Praxis werden dann Gruppen einzelner Solarmodule mittels Reihenschaltung verbunden. Die einzelnen Gruppen wiederum werden mittels Parallelschaltung an den Wechselrichter angeschlossen. Das ist sinnvoll, denn schaltet man beispielsweise sehr viele Module in einer einzigen Reihe, wirkt sich eine Störung enorm auf den gesamten Stromfluss und damit die Gesamtleistung aus. Die separate Schaltung einzelner Stränge eröffnet die Möglichkeit, sie vom Netz zu nehmen, ohne dass die Leistung der anderen beeinträchtigt wird. Dieses Vorgehen hat außerdem den Vorteil, dass die Gruppen unterschiedlich ausgesteuert werden können. Das ist beispielsweise nützlich, wenn eine Gruppe von Solarmodulen häufig verschattet ist, andere aber nie.
Vor- und Nachteile der Reihen- und Parallelschaltung
Die praktischen Vor- und Nachteile von Reihen- und Parallelschaltungen noch einmal übersichtlich zusammengefasst:
Reihenschaltung
| Vorteile | Nachteile |
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Parallelschaltung
| Vorteile | Nachteile |
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Welche Schaltung soll ich wählen?
Es kommt darauf an. Denn die Schaltkonzepte sind beide sinnvoll – nur nicht immer und für jeden Einsatzzweck. Größere Stromstärken haben zwei Eigenschaften, die sich bei Photovoltaik-Anlagen nachteilig auswirken können: Die Leitungsverluste nehmen zu und es werden dickere Kabel benötigt. Daher wird bei zahlreichen Hausanlagen die Reihenschaltung bevorzugt: Sie arbeitet mit höherer Spannung bei gleichbleibender Stromstärke und reduziert damit die Leitungsverluste. Außerdem ist die Verkabelung weniger aufwendig. Es gibt aber auch Fälle, in denen die Parallelschaltung die bessere Option ist. Das gilt zum Beispiel bei größeren Anlagen.
Würden sich sämtliche Solarmodule in einem einzigen Stromkreis befinden, wäre die gesamte Anlage immer nur so stark wie ihr schwächstes Glied. Bei einer Parallelschaltung ist es einfacher, fehlerhafte Module temporär auszuschalten, weil die anderen Stromkreise weiterlaufen können. Außerdem spielt auch das Modell des Wechselrichters eine Rolle: Die Geräte haben eine minimale und eine maximale Eingangsspannung. Das kann zum Beispiel zu einem Problem bei der Reihenschaltung werden, da sich dort die Spannungen der einzelnen Module addieren. Je mehr Module verwendet werden, desto höher ist am Ende die Spannung.
Grundsätzlich gilt: Mit Strom ist nicht zu spaßen. Bei Unsicherheiten zur Verschaltung der Module sollte man sich von Fachleuten beraten lassen. Sie können nicht nur einen sicheren Betrieb der Anlage gewährleisten, sondern auch Empfehlungen aussprechen, welche Schaltung im individuellen Fall am sinnvollsten beziehungsweise am leistungsfähigsten ist.
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