Verbindung von Photovoltaik-Modulen - Wie ist die korrekte Vorgehensweise?

Eine fachgerechte Installation einer PV-Anlage erfordert vom Installateur Kenntnisse über viele technische Themen. Eine davon ist die Verbindung von Photovoltaik-Modulen - die richtige Wahl der Methode zur Verbindung der Module und die geschickte Umsetzung dieser Maßnahme haben einen erheblichen Einfluss darauf, wie gut die Photovoltaikanlage funktioniert. Aus diesem Grund haben wir beschlossen, unter anderem zu erklären: wie man Photovoltaik-Module miteinander verbinden kann, welche Vor- und Nachteile einzelne Lösungen haben und ob man Module mit unterschiedlichen Parametern verbinden kann.

Was sind die verschiedenen Methoden, um Photovoltaik-Module miteinander zu verbinden?

Wenn wir darüber nachdenken, wie man Photovoltaik-Module miteinander verbinden kann, können wir auf verschiedene Antworten stoßen. Es ist wichtig zu beachten, dass eine Photovoltaik-Installation eine oder mehrere Reihen von Modulen bildet, die auch als Strings bezeichnet werden. Die Art und Weise, wie die Photovoltaik-Module miteinander verbunden werden, ist einer der wichtigsten Faktoren, die bestimmen, welche Spannung und Stromstärke zum Wechselrichter oder Mikroinverter gelangen. Es gibt zwei Arten der Verbindung von PV-Modulen:

• serielle Verbindung von Photovoltaik-Modulen
• parallele Verbindung von Photovoltaik-Modulen

Die Wahl der Methode, nach der wir die Photovoltaik-Module in Strings verbinden, hängt von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören unter anderem:

• Empfehlungen des Panelherstellers,
• Art der Photovoltaikinstallation,
• Typ des ausgewählten Wechselrichters,
• Wunsch nach eventuellem weiteren Ausbau der Installation,
• Bedingungen, unter denen die Photovoltaik arbeiten soll.

Wenn Sie Photovoltaik-Module verbinden möchten, muss der Installateur auch auf deren Strom-Spannungs-Charakteristik und Leistung achten.

Serielles Verbinden von Photovoltaik-Modulen - worum geht es dabei?

Um die Frage beantworten zu können, welche Lösung man wählen sollte - das serielle oder das parallele Verbinden von Solarpanels, muss man zuerst die Eigenschaften jeder dieser Methoden kennen. Lassen Sie uns mit der seriellen Verbindung von Photovoltaikmodulen beginnen, die eine sehr beliebte Lösung sowohl für den Einsatz in Haus-Solaranlagen als auch für Unternehmen ist.

Wenn wir uns dafür entscheiden, zwei Solarpanels seriell zu verbinden, wird der Wert der Spannung im Panel-String erhöht, während der Strom auf dem Niveau des Einzelmoduls bleibt. Es ist wichtig zu beachten, dass die serielle Verbindung von Photovoltaikmodulen auf der "Plus-Minus"-Basis erfolgt. Wenn wir einige weitere Panels anschließen, wird die Spannung weiter steigen, während der Strom des gesamten Strings ähnlich wie der des ersten Panels bleibt. Dabei sollte jedoch angemerkt werden, dass wir hier von der Situation sprechen, in der die serielle Verbindung von Zellen mit ähnlichen Parametern erfolgt.

Bei Installationen, die die serielle Verbindung von Solarpanels nutzen, wird ein String-Wechselrichter verwendet, der für die Arbeit jedes Moduls verantwortlich ist. Die Ausgangsspannung, die zu einem solchen Wechselrichter gelangt, entspricht der Summe der Spannungen aller seriell verbundenen PV-Module, während der Strom eine konstante Wert hat, wie im Falle eines einzelnen Panels.

Vorteile und Nachteile der seriellen Verbindung von Solarmodulen

Um zufriedenstellende Ergebnisse in Bezug auf die Produktion von elektrischer Energie mit einer Solaranlage zu erzielen, ist es notwendig, die Vorzüge des seriellen oder parallelen Verbindens von Solarmodulen zu kennen. Zu den Vorteilen der seriellen Kombination von Modulen in Photovoltaik-Systemen gehören die folgenden Aspekte:

• Erhöhte Effizienz der Installation und des Wechselrichters - Die serielle Verbindung von Photovoltaikmodulen ermöglicht eine höhere Ausgangsspannung, was sich positiv auf die Effizienz des String-Wechselrichters auswirkt. Auf diese Weise kann der MPPT-Regler schneller den Punkt maximaler Leistung finden, und der Prozess der Änderung der Spannung auf diejenige, die im elektrischen System des Gebäudes verwendet wird, verläuft ebenfalls effizienter. Die Arbeit eines seriellen Wechselrichters in einem solchen System ist mit geringeren Energieverlusten verbunden.

• Verringerung der Übertragungsverluste - Die serielle Verbindung von PV-Modulen ermöglicht den Einsatz von Leitungen mit kleinerem Querschnitt, was zu einer Reduzierung der Verluste im Übertragungsprozess führt.

• Kostenminimierung - Die Verwendung eines einzigen Wechselrichters zur Steuerung verschiedener Module ist eine kostengünstigere Lösung als die Investition in eine größere Anzahl von Mikrowechselrichtern, die beim parallelen Anschluss einzelner Module verwendet werden.

Serielles Verbinden von Modulen ist jedoch keine fehlerfreie Lösung. Installateure, die Panels seriell installieren möchten, sollten sich folgender Nachteile dieser Entscheidung bewusst sein.

• Erhöhtes Risiko aufgrund der höheren Spannung - Montagefehler bei einem Hochspannungssystem können ein elektrisches Lichtbogenrisiko mit sich bringen.
• Schwächere Leistung bei Schattenbedingungen – Wenn wir Photovoltaik-Module in Serie schalten, müssen wir berücksichtigen, dass die Leistung des schwächsten Moduls in der Schaltung die Leistung der gesamten Kette bestimmt. Daher arbeitet das System bei Verschattung oder Verschmutzung eines Moduls schlechter. Um solche Situationen zu vermeiden, können Leistungsoptimierer eingesetzt werden.

Parallelanschluss von Photovoltaik-Modulen 

Eine andere Möglichkeit zur Verbindung von Modulen ist die parallele Verbindung von Photovoltaik-Modulen. In diesem Fall haben wir eine Situation, in der der Gesamtstrom zunimmt, während die Spannung in der Schaltung gleich der Spannung eines einzelnen Moduls ist. Die parallele Verbindung von Photovoltaik-Modulen wird entgegengesetzt zur seriellen Verbindung durchgeführt, das heißt, das "Plus" wird mit dem "Plus" verbunden und das "Minus" mit dem "Minus". Die Konsequenz dieser Lösung ist die Leistung, die das Produkt aus der konstanten Spannung der Module und der Summe der Stromstärken ist.

Hauptsächlich wird die parallele Verbindung von Photovoltaik-Modulen in folgenden Situationen genutzt:

• PV-Anlagen mit hoher Leistung, wo viele Strings miteinander verbunden werden müssen und Wechselrichter mit einem breiteren Bereich an Eingangsströmen eingesetzt werden,
• Niederspannungs-Photovoltaik, die Mikro-Wechselrichter verwendet,
• Inselsystemen mit PWM-Laderegler.

Im Allgemeinen ist die parallele Verbindung von Photovoltaik-Modulen die optimale Lösung, wenn wir eine höhere Stromleistung benötigen.

Parallele Verbindung von Photovoltaik-Modulen - Vor- und Nachteile

Wie bei der seriellen Verbindung von Modulen können wir auch bei der parallelen Verbindung von Modulen über Vor- und Nachteile sprechen. Warum kann die parallele Verbindung von Photovoltaik-Modulen rentabel sein?

• Erhöhte Sicherheit - Die Verwendung dieser Verbindung reduziert das Risiko eines elektrischen Lichtbogens und verhindert die Entstehung eines PV-Systembrandes. Dies liegt daran, dass der Strom durch solche Verbindungen mit niedrigerer Spannung fließt.
• Möglichkeit, bei teilweiser Beschattung höhere Leistung und Effizienz zu erzielen - Ein großer Vorteil der parallelen Verbindung besteht darin, dass alle Module unabhängig voneinander arbeiten. Dadurch wirkt sich Verschmutzung, Beschädigung oder teilweise Beschattung auf einem Modul nicht auf die Funktion der anderen Elemente im Stromkreis aus.
• Einfacheres Verfahren zur Erweiterung der Installation und zum Austausch von Modulen - Die erwähnte Unabhängigkeit der Modulaktivität hat auch den Vorteil, dass das Ersetzen eines beschädigten Moduls durch ein neues oder das Hinzufügen weiterer Module für den Installateur nicht so schwierig ist wie bei Systemen, die eine serielle Verbindung nutzen.

 

Das parallele Verbinden von Photovoltaikmodulen ist jedoch auch mit einem bedeutenden Nachteil verbunden. Es geht um ein höheres Risiko von Energieverlusten aufgrund des höheren Stromflusses durch das System. Dies kann sich auf die Effizienz der PV-Installation auswirken, da das Risiko von Übertragungsverlusten besteht. Um diese Gefahr zu minimieren, sollte der Installateur längere und dickere Kabel verwenden.

Kann man Photovoltaikpaneele mit unterschiedlichen Parametern verbinden?

Viele Installateure fragen sich, ob verschiedene Photovoltaik-Module miteinander verbunden werden können. Dies ist keine optimale Lösung und sollte vermieden werden. Insbesondere ist es nicht ratsam, Module mit unterschiedlichen Stromcharakteristiken in Serie oder Module mit unterschiedlichen Spannungscharakteristiken parallel zu schalten. Dies hat einen sehr negativen Einfluss auf die Leistung des gesamten Systems und erhöht das Risiko von Schäden.

 

Da wir bereits das Thema Leistung angesprochen haben, stellt sich die Frage, ob unterschiedliche Photovoltaik-Module miteinander verbunden werden können. Auch hier müssen wir verneinen, mit einer Ausnahme. Eine solche Lösung kann angewendet werden, wenn wir eine parallele Verbindung der Module mit Verwendung von Mikrowechselrichtern planen, die separat für jedes Modul verwendet werden. In diesem Fall werden die Module unabhängig voneinander funktionieren und ein einzelnes Element des Systems wird die Funktion der anderen nicht beeinträchtigen.

Zusammenfassung: 

Die korrekte Verbindung von Photovoltaik-Modulen spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Erstellung von PV-Anlagen. Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, Photovoltaik-Module zu verbinden - in Serie und parallel. Die Wahl der geeigneten Lösung wird unter anderem durch die Empfehlungen des Herstellers, die Art der Installation oder eventuelle Pläne zur weiteren Erweiterung des Systems bestimmt. Vor der Entscheidung sollte man sich auch genau über die Vor- und Nachteile jeder Methode der Verbindung von Photovoltaik-Modulen informieren. Der Installateur, der sich auf die Montage vorbereitet, sollte auch daran denken, dass die Verbindung von Photovoltaik-Modulen mit unterschiedlicher Leistung in der Regel keine optimale Lösung ist, es sei denn, man entscheidet sich für eine parallele Verbindung mit Verwendung von separaten Mikro-Wechselrichtern für jedes Modul.

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