Anschluss von Solarmodulen einer Photovoltaikanlage
Wer seine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) optimal nutzen möchte, der muss grundsätzlich eine Vielzahl von Faktoren beachten. Dazu gehört unter anderem auch die leistungsgerechte Verschaltung der Solarmodule. Um den größtmöglichen Strom- oder Spannungsertrag der PV-Anlage zu erreichen, muss hier die Frage gestellt werden, ob die einzelnen Module mit einer Serien- oder Parallelschaltung angeschlossen werden.
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Um es noch einmal klar und deutlich zu sagen: Für Solarstromanlagen gelten generell die Regeln der Elektroinstallation. Ab dem Netzanschluss sind Arbeiten an der gesamten Elektroinstallation für Laien grundsätzlich tabu! Grundlage dafür ist §13 Abs. 2 Satz 4 der „Niederspannungsverordnung“ (NAV) sowie die DIN VDE 0100-1000. Elektrische Anlagen hinter dem Netzanschluss des Hauses dürfen, deshalb, einmal vom Netzbetreiber selbst abgesehen, nur durch ein im Installateur-Verzeichnis des Netzbetreibers eingetragenes Installationsunternehmen durchgeführt werden. Also: Finger weg von der Verkabelung der eigenen PV-Anlage!
Reihen- und Parallelschaltung
Um den optimalen Anschluss der Solarmodule zu verdeutlichen, sollte man den Unterschied zwischen Reihen- und Parallelschaltung kennen. Als Reihenschaltung wird in der Elektroinstallationstechnik eine Schaltung bezeichnet, bei der zwei oder mehrere elektrische Komponenten (R) hintereinander angeschlossen werden. Dabei werden Plus- und Minuspol verdrahtet. Die Stromstärke (I0) ist dabei für alle angeschlossenen Komponenten identisch. Die elektrische Spannung (U) der einzelnen Komponenten, die sogenannte Teilspannung (U1 und U2), addiert sich letztendlich zur Gesamtspannung (U0) des gesamten Systems.
Als Parallelschaltung wird in der Elektroinstallationstechnik eine Schaltung bezeichnet, bei der zweipolige elektrisch Komponenten (R) so verkabelt werden, dass jeweils nur die Plus- und Minuspole miteinander verbunden werden. Hier ist die elektrische Spannung (U0) an allen angeschlossenen Komponenten identisch. Die Stromstärke (I) der einzelnen Komponenten, die sogenannten Teilströme (I1 und I2), addieren sich zum Gesamtstrom (I0) des gesamten Systems.
Reihen- oder Parallelschaltung einer Photovoltaikanlage
Einen Favoriten bei der Verkabelung einer PV-Anlage gibt es nicht. Sowohl die Reihen- als auch die Parallelschaltung haben bei identischer Leistung Vorteile wie Nachteile.
In Reihe angeschlossene Solarmodule ermöglichen eine hohe nutzbare elektrische Spannung. Nachteil: Ein technischer Ausfall oder die Verschattung eines Moduls wirkt sich auf die Leistung der gesamten PV-Anlage aus.
In einer Parallelschaltung angeschlossene Solarmodule ermöglichen hingegen eine höhere nutzbare elektrische Stromstärke. So kann auch ein sehr intensiver Stromverbrauch im Hausnetz durch die PV-Anlage bedient werden. Technische Ausfälle oder Verschattungen einzelner Module haben nur geringe Auswirkungen auf den Ertrag der Anlage. Nachteil: Die hohe Gesamtstromstärke erfordert bei der Verkabelung einen höheren Leitungsquerschnitt und damit einen preislich höheren Materialeinsatz.
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Berechnung der Reihen- und Parallelschaltung
Um diesen Unterschied der Reihen- und Parallelschaltung bei elektrischer Spannung und Stromstärke zu verstehen, sollen die folgenden Beispielrechnungen dienen. Dazu muss man wissen, dass die elektrische Leistung (P) in Watt [W] einer PV-Anlage sich durch die Multiplikation der Stromstärke (I) in Ampere [A] und der Spannung (U) in Volt [V] aus den einzelnen Solarmodulen zusammensetzt.
P = I x U
Weiter muss man wissen, dass die Leistung (P) der einzelnen Solarmodule in Watt-peak [Wp] angegeben werden. Da die Leistung der Module stets von den herrschenden Witterungsbedingungen und sonstigen äußeren Einflüssen abhängt, erfolgt die Angabe der Leistung immer unter der Prämisse von Standardtestbedingungen. Deren Parameter sind: Die Temperatur der einzelnen Solarzellen beträgt 25 °C. Die Bestrahlungsstärke der Module beträgt 1.000 W/m². Und der Wert des einstrahlenden Sonnenlichtspektrums (das Verhältnis von Luftmasse zu Wellenlänge des Lichts) ist 1,5. Das sind die Rahmenbedingungen.
Beim Anschluss einer in Reihe geschalteten Photovoltaikanlage entsteht eine hohe, nutzbare elektrische Spannung, bei der die Stromstärke stets gleichbleibt. Für eine Schaltung von drei Solarmodulen mit einer Leistung von 350 Watt-peak [Wp] in Reihe mit je 35 Volt und 10 Ampere ergibt sich hier folgende Berechnung für die elektrische Spannung:
35 V + 35 V + 35 V = 105 V
Die elektrische Gesamtleitung berechnet sich wie folgt:
105 V x 10 A = 1.050 Wp = 1,05 kWp
Beim Anschluss einer parallel geschalteten Photovoltaikanlage entsteht hingegen eine hohe, nutzbare Stromstärke, bei der die elektrische Spannung stets gleichbleibt. Für eine Schaltung von drei Solarmodulen mit einer Leistung von 350 Watt-peak [Wp] in Reihe mit je 35 Volt und 10 Ampere ergibt sich hier folgende Berechnung der Stromstärke:
10 A + 10 A + 10 A = 30 A
Die elektrische Gesamtleitung berechnet sich wie folgt:
30 A x 35 V = 1.050 Wp = 1,05 kWp
Die Entscheidung ob Reihen- oder Parallelschaltung der Solarmodule liegt also an der Maßgabe, was bei den elektrischen Verbrauchern im Hausnetz eher gebraucht wird: Eine stabile Spannung oder eine stabile Stromstärke.
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