Reihen- und Parallelschaltung von Solarmodulen

Bei Solarmodulen gibt es, wie auch bei Batterien, die Möglichkeit diese miteinander zu verschalten, sodass man mehrere Module auf das Dach des Wohnmobils montieren kann. Welche Vorteile mehrere Module mit sich bringen und welche Art der Verschaltung wann sinnvoll ist, klären wir in diesem Kapitel.

Ein erster Vorteil – unabhängig davon, ob ihr euch für eine Reihen- oder Parallelschaltung entscheidet – ist die bessere Nutzung der verfügbaren Fläche auf dem Dach. In den meisten Fällen habt ihr neben den Solarmodulen noch weitere Komponenten auf dem Dach, wie Fenster, Ventilatoren, usw. Wenn ihr jetzt eure Fläche optimal nutzen möchtet, ist es oft hilfreich mehrere Module auf dem Dach zu platzieren.

Kommen wir als nächstes zu den verschiedenen Varianten der Verschaltungen. Wie auch bei Batterien, können Solarmodule entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden.

Bei der Parallelschaltung von 2 oder mehreren Modulen werden alle Pluspole miteinander verbunden und alle Minuspole der Solarmodule. Daraus folgt, dass die Spannung des Gesamtsystems gleich bleibt, während sich die Stromstärken der einzelnen Module addieren.

Um die gleichen Module in Reihe zu schalten, wird jeweils der Minuspol mit dem Pluspol des nächsten Moduls verbunden. Dadurch bleibt der Strom gleich und die Spannung summiert sich entsprechend auf.

Welche Art der Verschaltung ist jetzt die bessere? Grundsätzlich ist es erst mal wichtig zu verstehen, dass die gleiche Menge an Energie bzw. Leistung für deine Batterie zur Verfügung gestellt wird, wenn sich alle Solarmodule in der Sonne befinden, unabhängig davon wie du die Solarmodule miteinander verschaltest.

Unterschiede ergeben sich erst, wenn es zu Teilverschattungen einzelner Module oder einzelner Zelle kommt.

Eine Grundvoraussetzung für das Laden deiner Batterie ist, dass die erzeugte Spannung der Solarmodule höher als deine Batteriespannung ist, damit der Strom vom Modul zur Batterie fließen kann. Wenn du dich zurück an das Wasserfallmodell erinnerst, wird dir auch schnell klar warum dies der Fall ist. Damit Strom (Wasser) von den Solarmodulen zu den Batterien fließen kann, müssen die Solarmodule “höher” sein als die Batterien.

Schauen wir uns einmal unser Beispielmodul im Einzelnen an. Dieses Modul hat eine Spannung von 21,6 V und liefert 5 A. Damit erzeugt ein einzelnes Modul eine Leistung von 108 W.

Da das Modul eine Bypass Diode besitzt, sorgt diese für eine Abkürzung an einem Strang vorbei, sodass trotz einer Teilverschattung noch Strom fließen kann. Ein Problem bleibt jedoch bestehen: Wenn ein Strang durch Verschattung ausfällt, halbiert sich die Spannung (=10,8 V) während der Strom konstant bleibt. Die Spannung des Moduls liegt damit unterhalb der Spannung der Batterien (Annahme: 12 V Batteriesystem). Damit würde dieses einzelne Modul deine Batterie, trotz der Bypass Diode, nicht mehr laden können.

Nehmen wir jetzt zwei dieser Module und schalten diese in Reihe, erhalten wir eine Gesamtspannung von 43,2 V und einen maximalen Stromfluss von 5 A. Die erzeugte Leistung liegt damit bei 216 W.

Fällt jetzt ein Strang durch eine Teilverschattung aus, haben wir weiterhin eine Spannung von 32,4 V und der Strom bleibt konstant (Reihenschaltung!) bei 5 A.

Das Ergebnis ist dann folgendes:

32,4 V * 5 A = 162 W

Die Spannung ist damit hoch genug, um die Batterien mit 162 W zu laden und die Leistungseinbußung bei einer Teilverschattung eines Strangs und einer Reihenschaltung liegt bei 25%.

Als nächstes schauen wir uns eine Parallelschaltung der gleichen Module an. Als Ausgangssituation hätten wir dann zwei Module, die eine Gesamtspannung von 21,6 V und einen maximalen Stromfluss von 10 A haben. Die erzeugte Leistung liegt damit ebenfalls bei 216 W.

Wenn dort ebenfalls ein Strang im Schatten liegt, halbiert sich die Spannung des teilverschatteten Moduls auf 10,8 V. Da das gesamte System (beide Module) die gleiche Spannung liefern muss (Parallelschaltung!), fällt das teilverschattete Modul komplett aus und liefert keinen Strom mehr. Die erzeugte Leistung sieht damit folgendermaßen aus:

21,6 V * 5 A = 108 W

Die Spannung bleibt damit zwar hoch genug, um die Batterien mit 108 W zu laden, allerdings liegt die Leistungseinbußung bei einer Teilverschattung eines Strangs und einer Parallelschaltung bei 50%.

Auf Grund dieser Systematik, würden wir immer eine Reihenschaltung der Solarmodule empfehlen. Allerdings gibt es auch hier Grenzen:

In dem Kapitel – Auswahl Solarmodule & Solarladeregler werden wir die folgende Thematik noch etwas genauer erklären, aber hier ist bereits wichtig zu wissen, dass der Solarladeregler die Spannung der Module auch verarbeiten muss. Bis 100 V ist das meist kein Problem. Regler bis 150 V gibt es auch, allerdings sind diese im Vergleich zu kleineren Reglern bereits deutlich teurer. Alles darüber ist eher unüblich im Wohnmobil Bereich, sodass man diese praktische Grenze bei der Wahl der Verschaltung beachten muss.

Zusätzlich schreibt eine Norm ab einer Gleichspannung über 50 V den Einsatz von doppelt isolierten Kabeln vor – was aber in der Praxis selten ein Problem ist, da PV-Kabel standardmäßig doppelt isoliert sind.

Unsere Empfehlung lautet damit, eine Reihenschaltung bis zu einer Gesamtspannung von 100 V zu bevorzugen. Falls ihr noch weitere Module installieren möchtet, könnt ihr auch Reihen- und Parallelschaltungen kombinieren – so wie bei Batterien.

Im nächsten Kapitel – Solarmodul Arten & Leistung erfährst du, welche Bauformen und Technologien es gibt – und welche Vor- und Nachteile sie mit sich bringen.