Reihenschaltung Solarmodule: Hintereinander besser aufgestellt als parallel?

Nur die wenigsten PV-Anlagen kommen mit nur einem Solarmodul aus. Möchten Sie mehrere verwenden, um auf die gewünschte Gesamtleistung zu kommen, müssen Sie diese jedoch untereinander verbinden. Eine Möglichkeit dafür besteht in der Reihenschaltung der Solarmodule. Wenn Sie für Ihre PV-Module die optimale Konfiguration finden, erhalten Sie zum Lohn eine bessere Energieeffizienz für Ihrer Anlage. Wir zeigen Ihnen, warum Ihre Solarmodule in Reihe eventuell besser untergebracht sind als parallel und was Sie bei der Zusammenschaltung auf diese Weise in der Praxis alles beachten müssen.

Solarmodule in Reihe: Ihr direkter Weg zur Stromerzeugung

Zu den Vorteilen einer modernen Photovoltaik-Anlage gehört es, dass auch Laien mit dem Aufbau nicht überfordert sind. Einige grundlegende Kenntnisse und etwas handwerkliches Geschick sind zwar hilfreich. Im Prinzip kann aber jeder eine solche Anlage selbst aufbauen und das gilt auch für die Reihen- und Parallelschaltung der Module. Dabei müssen Sie sich grundsätzlich überlegen, wie der Strom aus den Solarzellen eigentlich zum Wechselrichter und von dort aus in die Steckdosen im Haushalt gelangen soll.

Entscheidend ist hier die Frage, wie Sie die Plus- und Minuspole der Module untereinander verschalten möchten. Bei der Reihenschaltung verbinden Sie dafür immer den Pluspol eines Moduls mit dem Minuspol des nächsten. Das ist der wesentliche Unterschied zur Parallelschaltung, bei der Sie stattdessen immer die gleichartigen Pole miteinander verbinden.

Tatsächlich wählen Besitzer von privaten, auf dem Dach aufgebauten PV-Anlagen zumeist die Reihenschaltung. Doch warum ist das so? Die Verschaltung in Reihe können wir uns wie eine Perlenschnur vorstellen. Da Sie jeweils die Plus- und Minuspole miteinander verbinden, müssen am Anfang und am Ende der Kette ein Plus- und ein Minuspol übrigbleiben. Das sind genau die Enden, die Sie dann für den Anschluss an den Wechselrichter verwenden. Die Vorteile dieser Vorgehensweise bestehen in der geringen Komplexität, niedrigen Kosten und der einfachen Installation. Zudem fällt der Wirkungsgrad höher aus.

<span class=“highlight-section-blue“>Der Wirkungsgrad gibt bei Solaranlagen an, wie hoch der Anteil der Sonnenenergie ist, der sich letztlich in Strom umwandeln lässt. Wir können nämlich nicht die gesamte Sonnenenergie nutzen, die auf die Solarzellen fällt. Verluste ergeben sich direkt an den Modulen zum Beispiel durch Verschattungen oder Verschmutzungen sowie durch Leitungsverluste und andere Faktoren. Auch der Wechselrichter spielt hier eine Rolle. Mit der Reihenschaltung leisten Sie einen wertvollen Beitrag, um die Verluste gleich zu Beginn der Kette so gering wie möglich zu halten.</span>

Was ist das Besondere an der Reihenschaltung?

Schalten Sie Ihre PV-Module in Reihe, addiert sich die elektrische Spannung der einzelnen Solarmodule zur Gesamtspannung des Systems:

Gesamtspannung = Summe der Modulspannungen

Die Stromstärke bleibt bei dieser Art der Zusammenschaltung unverändert.

Vorteile der Reihenschaltung

Die Vorteile der Reihenschaltung sind vielfältig und verdienen daher eine nähere Betrachtung. Grundsätzlich erzeugt eine PV-Anlage mit Reihenschaltung mehr Strom und punktet mit einer effizienteren Arbeitsweise. Und darauf kommt es bei den erneuerbaren Energien an. Der Vorteil besteht hier darin, dass der Strom aufgrund des denkbar einfaches Aufbaus nur einen Pfad durch die PV-Anlage nimmt. Damit lassen sich Verluste begrenzen, was den Wirkungsgrad erhöht.

Im Vergleich zur Parallelschaltung ergibt sich aber auch ein wesentlicher Nachteil. Da der Strom nur auf einem Weg durch die Anlage führt, genügt bereits eine einzelne defekte Solarzelle, um die Gesamtleistung spürbar zu verringern. Das gilt auch für Verschattungen, die vielleicht nur einen kleinen Teil der Anlage betreffen. Mit solchen Problemen kann eine Parallelschaltung besser umgehen. Wir haben für Sie in der Tabelle alle Vor- und Nachteile der Reihenschaltung noch einmal zusammengefasst, damit Sie sich leichter einen Überblick verschaffen können:

<table border=“1″>
<thead>
<tr><th>Verschaltung</th><th> Reihenschaltung</th><th> Parallelschaltung</th></tr>
</thead>
<tbody>
<tr><td>Umwandlungsverluste</td><td> gering (dank niedrigem Kabelquerschnitt)</td><td> hoch (deutlich dickere Kabel erforderlich) </td></tr>
<tr><td>Effizienz</td><td> hoch (hohe Gleichspannung für Wechselrichter vorteilhaft)</td><td> mittel</td></tr>
<tr><td>Aufwand</td><td> gering</td><td> mittel</td></tr>

<tr><td>Fehlersuche</td><td> aufwendig</td><td> einfach</td></tr>
<tr><td>Kosten</td><td> gering (nur ein Wechselrichter)</td><td> hoch (höherer Materialbedarf)</td></tr>
</tbody>
</table>

Warum verursacht die Reihenschaltung geringere Kosten?

Zu den Vorteilen der Reihenschaltung gehört es, dass Sie weniger Material für die Verkabelung benötigen und damit Geld sparen können. Der Grund dafür ist einfach zu verstehen. Bringen Sie Ihre Solarmodule in eine Parallelschaltung, erhöht das die Stromstärke. Das ist vorteilhaft, wenn der Strombedarf intensiv ausfällt. Zu den Nachteilen gehört jedoch, dass Sie dickere Stromleitungen anschaffen müssen, die mit den höheren Stromstärken umgehen können. Und das erhöht die Kosten. Bei der Reihenschaltung hingegen kommen Sie mit deutlich dünneren und günstigeren Kabeln aus.

Worauf muss ich bei einer Reihenschaltung achten?

Die Reihenschaltung bringt einige Besonderheiten mit, die Sie als Betreiber einer Solaranlage kennen sollten. Solarmodule in Reihe zu schalten ist sinnvoll, weil dadurch die Spannung steigt. Die ist nämlich beim einzelnen Modul recht begrenzt. Ähnliches gilt für die einzelnen Solarzellen, die innerhalb des Moduls in Reihe geschaltet ebenfalls mehr Spannung liefern. Diese Verschaltung führt aber dazu, dass sich die Anlage gegenüber Einflüssen wie Verschattungen sehr sensibel verhält.

Wenn die Spannung eines einzelnen Moduls abfällt, sinkt immer die Spannung der gesamten Reihe. Es genügt also bereits eine relativ unerhebliche Teilverschattung und Sie erhalten insgesamt einen deutlichen Spannungsverlust. Sie müssen bei einer solchen Anlage also besonders darauf achten, dass kein Baum oder ein anderes Objekt einen Schatten auf Ihre Anlage wirft.

<span class=“highlight-section-orange“>Denken Sie daran, dass sich die Schattenwürfe im Laufe des Tages mit der Wanderung der Sonne ändern. Eine Überprüfung nur zu einer bestimmten Tageszeit reicht also nicht aus.</span>

Spannung und Stromstärke

Bei einer Reihenschaltung erhalten Sie mehr Spannung und bei einer Parallelschaltung mehr Stromstärke. Die elektrische Stromstärke messen wir in Ampere (A). Dieser Wert gibt ab, wie viel elektrische Ladung durch den Leiter fließt. Die Spannung hingegen messen wir in Volt (V). Dieser Wert verrät sozusagen, mit wie viel Druck sich der Strom durch die Leitung bewegt. Eine andere Bezeichnung für Spannung lautet Potenzialdifferenz.

Grundsätzlich gilt: Ist ein Solarmodul defekt, geht Ihnen bei der Reihenschaltung der gesamte Strom des Moduls verloren. Sie sollten also schnell dafür sorgen, dass defekte PV-Modul auszutauschen.

Was sind Hotspots und wie gehe ich damit um?

Eine Verschattung einzelner Solarmodule führt dazu, dass die Spannung sinkt. Die Stromstärke bleibt jedoch für die jeweilige Reihe unverändert. Das bedeutet, dass die Stromstärke nun im Verhältnis zur Spannung höher ausfällt. Und das ist ein Problem, weil es zu einer Erwärmung der verschatteten Stelle kommen kann. Im schlimmsten Fall entsteht sogar eine Überhitzung und damit die Gefahr einer Beschädigung. Ein Brand ist dann nicht auszuschließen und Sie müssen mit einer Zerstörung der Solarzellen rechnen.

So gehen Sie richtig mit der Gefahr der Hotspots um: Wenn Sie sich für die Reihenschaltung Ihrer Solarmodule entscheiden, sollten Sie PV-Module mit sogenannten Bypass-Dioden verwenden. Hierbei handelt es sich um eine Ausstattung, die zu vielen modernen Produkten gehört. Damit lässt sich das Modul mehrfach unterteilen. Das Solarmodul hat daher die Möglichkeit, einige dieser Teile abzuschalten, wenn sie verschattet sein sollten. Der Strom fließt dann nur noch durch den funktionierenden Teil.

So gehen Sie gegen die Überlastung des Wechselrichters vor

Sind Solarmodule in Reihe geschaltet, sich Überlastungen des Wechselrichters zumindest prinzipiell möglich. Daher müssen Sie unbedingt auf die minimale und maximale Eingangsspannung achten, die für Ihren Wechselrichter angegeben ist und diese einhalten.

Zu den typischen Eigenschaften der Reihenschaltung gehört die Addition der Spannungen der einzelnen Module. Es ist daher leicht nachvollziehbar, dass sich hieraus irgendwann Werte ergeben können, die für den Wechselrichter zu hoch ausfallen. Sie können das Problem aber umgehen, indem Sie Ihre PV-Module in mehrere Reihen schalten. Statt einer langen Reihe mit besonders hoher Spannung, setzen Sie zum Beispiel zwei oder drei Reihen um, auf die sich die Spannung aufteilt. Dann benötigen Sie aber auch mehrere Wechselrichter.

Kann ich Reihen- und Parallelschaltung miteinander verbinden?

Bei größeren Anlagen kann es tatsächlich sinnvoll sein, die Schaltung in Reihe und parallel miteinander zu kombinieren. Auf diese Weise erhalten Sie die Möglichkeit, die Vorteile beider Herangehensweisen zu nutzen. Dazu bilden Sie mehrere Gruppen von Solarmodulen, die Sie in Reihe schalten. Diese Gruppen verbinden Sie dann wiederum per Parallelschaltung mit dem Wechselrichter.

Dieses Vorgehen bietet zum Beispiel den Vorteil, dass Ihr System mit Störungen viel besser umgehen kann. Diese haben nicht mehr gleich Auswirkungen auf die Gesamtleistung der Anlage, wie es bei der Reihenschaltung für sich genommen der Fall ist. Die Kombilösung bietet Ihnen zum Beispiel die Gelegenheit, bei einem Problem nur den betroffenen Strang vom Netz zu nehmen. Die Stromversorgung bricht also nicht komplett zusammen. Einige Ihrer Solarmodule sind häufig verschattet, andere nie? Dank Kombilösung können Sie die Gruppen von Modulen entsprechend unterschiedlich ansteuern.

Kann ich mit unterschiedlichen PV-Modulen in einem String arbeiten?

Unterschiedliche Spezifikationen bzw. Leistungsdaten stellen bei der Reihen- anders als bei der Parallelschaltung tatsächlich ein Problem dar. Das hat damit zu tun, dass Störungen eines Moduls immer das Gesamtsystem betreffen. Kaufen Sie für Ihre Solaranlage mit Reihenschaltung zum Beispiel ein Solarmodul ein, dass eine geringere Stromstärke liefert als die bisher verwendeten, ziehen Sie damit die Gesamtleistung herunter. Es ist daher in der Praxis üblich, baugleiche Module für derart verschaltete Solaranlagen zu verwenden.

<span class=“highlight-section-blue“>Hinsichtlich der Stromspannung spielen Unterschiede zwischen den verbauten Solarmodulen bei der Reihenschaltung keine Rolle. Alle Spannungen addieren sich einfach, unabhängig davon, wie hoch diese für das einzelne Modul ausfallen.</span>

Wie finde ich heraus, wie viele Solarmodule ich für meine Serienschaltung benötige?

Die Berechnung der benötigten Anzahl an PV-Modulen ist ganz einfach. Legen Sie fest, wie hoch die Gesamtleistung für Ihre Anlage ausfallen soll. Danach sehen Sie sich an, welche Leistung das einzelne Modul beitragen kann. Danach können Sie folgende Formel verwenden:

Modulanzahl = Gesamtleistung / Modulleistung

Wenn Sie mit mehreren Strings arbeiten möchten, können Sie auch die Zahl der Module pro Strang bequem ausrechnen. Dafür kommt diese Formel zum Einsatz:

Modulanzahl pro Strang = Systemspannung / Modulspannung

Rechenbeispiel:

Gehen wir davon aus, dass Sie sich eine Solaranlage mit 7,0 kWp wünschen und Ihr Wechselrichter 480 Volt Spannung erfordert. Sie haben sich Module rausgesucht, die jeweils 0,35 kWp leisten bei 48 Volt Spannung. Wir setzen die relevanten Werte in die erste Formel ein:

7,0 kwP / 0,35 kWp = 20 Module

Jetzt möchten Sie noch wissen, wie viele Module Sie pro String benötigen, um auf die vorgegebene Systemspannung zu kommen. Dafür benötigen wir die zweite Formel:

480 V / 48 Volt = 10 Module pro Strang

Da Sie wie mit der ersten Formel errechnet mit 20 Modulen arbeiten möchten, würden Sie also mit genau zwei Strings (2 x 10 = 20 Module) auskommen.

FAQ

Was ist besser: Solarmodule in Reihe oder parallel schalten?

Wenn Sie Ihre Photovoltaikanlage möglichst effizient betreiben und günstig installieren möchten, stellt die Reihenschaltung die bessere Wahl dar. Für möglichst hohe Stromstärken setzen Sie hingegen eine Parallelschaltung um.

Wie schalte ich meine PV-Module in Reihe?

Das funktioniert ganz einfach. Verbinden Sie immer den Pluspol eines Moduls mit dem Minuspol des nächsten Moduls. Am Ende bleiben ein Plus- und ein Minuspol übrig, die Sie mit dem Wechselrichter verbinden.

Was passiert, wenn ich alle Solarmodule in Reihe schalte?

In diesem Fall addieren sich die Spannungen der einzelnen PV-Module. Die Gesamtspannung Ihrer Anlage entspricht also der Summe der einzelnen Spannungen der Module. Die Stromstärke ändert sich nicht.

Welche Solarmodule kann ich in Reihe schalten?

Im Prinzip können Sie jede Art von Solarmodul für die Reihenschaltung verwenden. Die Profis arbeiten hier aber zumeist mit baugleichen Modellen. Das ist sinnvoll, weil zum Beispiel die Stromstärke der Module nicht voneinander abweichen sollte. Unterschiedliche Spannungen stellen hingegen prinzipiell erst einmal kein Problem dar.