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Reihenschaltung oder Parallelschaltung für mein Balkonkraftwerk

In der Welt der erneuerbaren Energien und nachhaltigen Technologien haben Balkonkraftwerke in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Sie ermöglichen es, Sonnenenergie in sauberen Strom umzuwandeln und sind ideal für städtische Wohnsituationen geeignet.

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Eine Photovoltaikanlage besteht in der Regel aus einer oder mehreren Reihen von Solarmodulen, die technisch als Stränge oder Strings bezeichnet werden. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, PV-Module zu schalten.

Die Stromspannung und Stromstärke, die den Wechselrichter erreichen, sind stark von der Art der Verbindung der einzelnen Module im String abhängig. Zusätzlich spielen auch Wetterbedingungen, insbesondere die Temperatur und die Sonneneinstrahlung, eine wichtige Rolle. Die Stromspannung kann sich um einige Prozent ändern, wenn es zu Temperaturschwankungen kommt, und die Sonneneinstrahlung beeinflusst sowohl die Spannung als auch die Stromstärke einer PV-Anlage.

Reihenschaltung für mein Balkonkraftwerk

Bei der Reihenschaltung addieren sich die Gesamtspannungen.

Die Reihenschaltung von Solarmodulen bezieht sich auf die Art und Weise, wie die einzelnen Solarmodule in einer Photovoltaikanlage miteinander verbunden sind. Die Module werden in einer “Kette” hintereinander geschaltet, wobei der positive Anschluss eines Moduls mit dem negativen Anschluss des nächsten Moduls verbunden ist. Dies bedeutet, dass die Spannung jedes Moduls zur Gesamtspannung im Stromkreis addiert wird, während die Stromstärke gleich bleibt.

Reihenschaltung für mein Balkonkraftwerk

Vorteile der Reihenschaltung

Höhere Systemeffizienz: Durch die Reihenschaltung von Solarmodulen wird eine höhere Gleichspannung erzeugt, was sich positiv auf die Effizienz der gesamten PV-Anlage auswirkt. Moderne Wechselrichter mit MPPT-Technologie sind in der Lage, bei höheren Spannungen effizienter den maximalen Leistungspunkt (Maximum Power Point) unter sich ändernden Sonnenbedingungen zu finden. Dies führt zu einer besseren Energieausbeute.

Geringere Übertragungsverluste: Die Verwendung einer Reihenschaltung ermöglicht den Einsatz von kleineren Kabelquerschnitten und reduziert somit die Übertragungsverluste. Dies spart nicht nur Kosten, sondern verbessert auch die Effizienz des Systems.

Nachteile der Reihenschaltung

Leistungsverlust bei (Teil-) Verschattung: Ein bedeutender Nachteil der Reihenschaltung ist, dass die Leistung des gesamten Modulstrings durch das schwächste Modul beeinflusst wird. Wenn ein Modul verschattet oder verschmutzt ist, leidet die Leistung der gesamten PV-Anlage, es sei denn, es sind Leistungsoptimierer vorhanden, die dies abmildern können.

Höheres Risiko aufgrund hoher Spannung: Die Erzeugung einer höheren Gleichspannung in einem Reihenmodul-String bringt ein höheres Risiko mit sich, insbesondere wenn bei der Installation Fehler gemacht wurden oder es zu physischen Schäden an den Kabeln kommt. Hohe Spannungen können zu Lichtbögen führen, was Gefahren darstellen kann.

Kontinuitätsrisiko: Ähnlich wie bei einer Lichterkette kann ein Schwachpunkt im Modulstring die Leistung des gesamten Systems beeinträchtigen. Ein defektes oder verschattetes Modul kann die Effizienz des gesamten Strings reduzieren.

Parallelschaltung für mein Balkonkraftwerk

Bei der Parallelschaltung von Solarmodulen werden die Ströme addiert, während die Spannung auf einem konstanten Niveau bleibt.

Parallelschaltung für mein Balkonkraftwerk

Vorteile der Parallelschaltung

Höhere Leistung und Effizienz bei Teilverschattung: Bei einer Parallelschaltung arbeitet jedes Modul unabhängig von den anderen. Dadurch wird die Gesamtleistung der Anlage bei Teilverschattung optimiert. Verschmutzungen oder Beschädigungen eines Moduls beeinträchtigen nicht die Produktion der anderen Module, was für die Gesamtleistung der PV-Anlage von Vorteil ist.

Einfacherer Modulaustausch und Systemerweiterung: Da die Module unabhängig voneinander arbeiten, können fehlerhafte Solarmodule schneller identifiziert und ausgetauscht werden. Dies erleichtert auch die Erweiterung des Systems, da neue Module einfach hinzugefügt werden können.

Nachteile derParallelschaltung

Größere Kabel und höhere Kosten: Bei der Parallelschaltung von Solarmodulen werden die Ströme addiert. In der Regel sind die MC4-Stecker, die für diese Art der Verbindung verwendet werden, etwa 4 Quadratmillimeter groß. Bei einer großen Anzahl von Modulen ist es wahrscheinlich notwendig, dickere Kabel zu verwenden, um den erhöhten Strom zu bewältigen.

Effizienzprobleme bei sehr langen Kabelstrecken: Bei sehr langen Kabelstrecken können die durch die höhere Stromstärke verursachten Wärmeverluste zu Effizienzproblemen führen.

Spannungsbegrenzung: Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Parallelschaltung die Leerlaufspannung erhalten bleibt. In einigen Fällen benötigen Mikrowechselrichter, insbesondere bei Balkonanlagen, eine etwas höhere Spannung, ca. 25 Volt, um im Bereich des Maximum Power Point Tracking (MPPT) zu arbeiten und die maximale Leistung zu erzielen. Dies kann dazu führen, dass bei schwachem Sonnenlicht die erforderliche hohe Spannung möglicherweise nicht erreicht wird.Insgesamt hängt die Wahl zwischen Parallelschaltung und Reihenschaltung von den spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten Ihrer Photovoltaikanlage ab.

Beste aus beiden Welten: Eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung

Aufgrund der Vor- und Nachteile von Reihen- und Parallelschaltungen wird in der Praxis bei der Verbindung von Solarstrommodulen oft eine Mischung beider verwendet, insbesondere für größere Photovoltaiksysteme. In der Praxis werden Solarzellenmodule in Reihen geschaltet, und diese Module werden dann parallel mit dem Wechselrichter verbunden. Dies minimiert das Risiko von reinen Reihen- oder Parallelschaltungen.

Diese Hybridform von Reihen- und Parallelschaltungen bietet eine effiziente Lösung, insbesondere wenn einige Modulgruppen häufiger als andere im Schatten liegen. Sie ermöglicht die separate Steuerung jeder Gruppe und kann sie bei Bedarf vom Netz trennen, ohne die Gesamtleistung des Systems zu beeinträchtigen.

Welche Schaltung soll ich wählen?

Die Antwort auf diese Frage hängt weitgehend von Ihrem konkreten Anwendungsfall ab. Für kleinere Haushaltssysteme wird in der Regel eine Reihenschaltung bevorzugt. Sie ist effizient, reduziert Übertragungsverluste und erfordert weniger komplexe Verkabelung.

Für größere Photovoltaiksysteme kann jedoch eine Parallelschaltung vorteilhaft sein. Sie ermöglicht das einfachere Abschalten defekter Solarmodule, ohne den Betrieb des restlichen Systems zu unterbrechen.

Darüber hinaus spielt auch das Modell des Wechselrichters eine wichtige Rolle, da Wechselrichter Mindest- und Höchsteingangsspannungen haben. Dies sollte bei der Entscheidung für eine Schaltung berücksichtigt werden, insbesondere wenn die Spannungen der einzelnen Module bei einer Reihenschaltung addiert werden, was zu einem Problem führen kann. Wenn Sie unsicher sind, wie Sie die Module anschließen sollen, sollten Sie professionellen Rat einholen. Dies stellt nicht nur den sicheren Betrieb des Systems sicher, sondern bietet auch Empfehlungen dafür, welche Schaltung in welchem Fall am sinnvollsten oder leistungsstärksten ist.

Zwei MPPT von Vorteil

In Photovoltaik-Wechselrichtern spielt die Technologie des Maximum Power Point Tracking (MPPT) eine entscheidende Rolle. MPPT ist ein Verfahren, das die maximale Leistung aus den Solarpanels gewinnt, indem es den Arbeitspunkt, an dem die Leistungsausbeute am höchsten ist, kontinuierlich ermittelt und den Wechselrichter so einstellt, dass er genau an diesem Punkt arbeitet.

Die meisten Mikrowechselrichter für Balkonkraftwerke verfügen über einen MPPT-Eingang. Es gibt jedoch auch Wechselrichter wie den von EcoFlow, der zwei MPPT-Eingänge hat, oder wenn Sie einen Batteriespeicher von Zendure kaufen, verfügt der PV Hub ebenfalls über einen zusätzlichen MPPT-Eingang. Aber warum sind zwei MPPT-Eingänge so wichtig?

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Wechselrichter mit zwei MPPT-Eingängen kann von Vorteil sein, wenn Ihre Solaranlage Module hat, die in unterschiedlichen Ausrichtungen oder Neigungen montiert sind. Jeder MPPT-Eingang kann individuell auf die optimalen Bedingungen für die jeweiligen Module eingestellt werden, um die Gesamtleistung der Anlage zu maximieren.

Ein Wechselrichter mit zwei MPPT-Eingängen kann dabei helfen, den negativen Einfluss von Schatten auf die Leistung Ihrer Solaranlage zu minimieren. Sie können einen Eingang für die Module in der Sonne optimieren, während der andere Eingang auf die verschatteten Module eingestellt wird, um die Energieerzeugung zu maximieren.

Wenn Sie planen, Ihre Solaranlage in Zukunft zu erweitern, bietet ein Wechselrichter mit mehreren MPPT-Eingängen mehr Flexibilität. Sie können zusätzliche Solarmodule hinzufügen und sie an einen separaten MPPT-Eingang anschließen, um die Leistung der Gesamtanlage zu steigern.

Daher ist die Verwendung von Wechselrichtern mit zwei MPPT-Eingängen in bestimmten Situationen durchaus sinnvoll und bietet Vorteile bei der Leistungsoptimierung Ihrer Solaranlage.

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Fazit

Bei der Parallelschaltung macht es Sinn, wenn die Module bereits eine höhere Spannung aufweisen, so dass keine Spannungssummierung erforderlich ist. Die Reihenschaltung ist dagegen sinnvoll, wenn die Zellen eine geringere Spannung haben, aber ein Regler mit höherer Spannungsfähigkeit vorhanden ist, insbesondere wenn es sich um einen MPPT-Regler handelt. In diesem Fall können mehrere Zellen in Reihe geschaltet werden, um eine höhere Spannung und somit einen höheren Ertrag zu erzielen.

Trotzdem ist es nicht pauschal richtig zu sagen, dass der Strom bei einer Parallelschaltung immer höher ist. Die Stromstärke in einer Parallelschaltung hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Art der Module, ihrer Spannung und der Ströme, die durch sie fließen. Die Konfiguration sollte entsprechend den spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten der Photovoltaikanlage ausgewählt werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Geräte bestimmte Spannungsgrenzwerte haben, die vom Hersteller festgelegt wurden. Wenn diese Spannungsgrenzen überschritten werden, kann dies schnell zu Schäden an den Kondensatoren führen und das Gerät funktionsunfähig machen.

Selbst bei der Parallelschaltung ist es wichtig, die Herstellervorgaben für Stromstärke zu berücksichtigen. Das Überschreiten dieser Stromstärke-Grenzwerte kann zur Annullierung der Garantie führen. Obwohl Wechselrichter in der Lage sind, höhere Stromstärken zu regulieren, wird dennoch empfohlen, die festgelegten Grenzwerte einzuhalten.

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