Verschaltung

Reihenverschaltung oder Parallelverschaltung der Solarmodule - zwei unterschiedliche Anlagenkonzepte mit dem selben Ziel

Für Solargeneratoren in netzgekoppelten Solarstromanlagen werden viele Solarmodule zusammengeschaltet, entweder in Reihe oder parallel oder in einer Kombination aus beiden.

Aufgrund der vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten lassen sich ganz verschiedene Anlagenkonzepte realisieren, die wegen ihrer Vor- und Nachteile für bestimmte Anwendungsfälle geeignet sind. Dementsprechend wurden zu den verschiedenen Anlagenkonzepten passende Netzeinspeisegeräte entwickelt.

Wechselrichter für Reihenschaltung
Verbindet man jeweils den Minuspol des einen mit dem Pluspol des nächsten Moduls und so weiter, erhält man eine Reihenschaltung, wobei sich die Spannung zwischen dem verbleibenden Plus- und Minuspol entsprechend der Anzahl der Module erhöht. Dies bedeutet im Normalfall sehr hohe DC-Spannungen (Gleichstromspannungen) Schalten Sie 25 Module a´ 35 V/DC in eine Reihe (String) erhalten Sie eine DC Spannung von 875 V/DC.

Wechselrichter für Parallelverschaltung
Bei der Parallelschaltung werden dagegen jeweils alle Pluspole und alle Minuspole miteinander verbunden, so dass die Gesamtspannung der Spannung eines Moduls entspricht und der Gesamtstrom der Summe der Einzelströme aller Module entspricht. Die Parallelschaltung von Solarmodulen bringt oft höhere Erträge als die Reihenverschaltung. Grund dafür sind die unterschiedlichen elektrischen Kennwerte typengleicher Solarmodule aufgrund von Fertigungsstreuungen. Außerdem sind parallel geschaltete Solarmodule deutlich weniger empfindlich gegenüber Verschattung. Nachteilig ist dagegen der höhere Installationsaufwand.

Wechselrichter für Paarmodulverschaltung
Im Grunde ist dies eine Kombination aus Reihe und Parallelverschaltung die die Vorteile beider Systeme vereint und die Nachteile beseitigt. Hier werden zwei Module zu einem Modulpaar in Reihe geschaltet. Dieses Modulpaar wird dann mit einem separaten Anschlusskabel mit dem Wechselrichter verschaltet.

Bevor Sie mit der Errichtung Ihrer PV-Anlage beginnen, sollten Sie sich auch über die möglichen, wenn auch geringen, Risiken informieren um die Möglichkeit zu haben, diese Gefahren von vorneherein ausschließen zu können.

Dazu möchten wir Ihnen zunächst einige Hinweise geben.

Grundsätzliches:

Bei reihenverschalteten (Stringverschaltung) PV-Anlagen entstehen hohe Gleichspannungen von mehreren hundert Volt!

Zur Verdeutlichung ein Beispiel:

Legen Sie 100 Batterien ( 9 V Batterien) hintereinander (Reihenverschaltung), liegt zwischen dem verbleibenden Plus- und Minuspol der jeweils letzten Batterie eine Spannung von 900 V/DC an.
(Achtung Lebensgefahr! Versuch nicht nachbauen!)

Stellen Sie hingegen die 100 Batterien auf ein Stahlblech mit dem Minuspol nach unten und verbinden die Pluspole auf der oberen Seite der Batterien ebenfalls mit einem Stahlblech, haben Sie zwischen den beiden Stahlblechen immer noch lediglich eine Spannung von 9 V/DC anliegen. Die vorhandene elektrische Energie ist aber in beiden Fällen dieselbe, - einmal allerdings sehr gefährlich und nur mit erhöhter Vorsicht zu genießen.

Ab 120 Volt Gleichspannung besteht bei Kontakt Lebensgefahr!

Bei Defekten oder Störungen im System (z. Bsp. Anschlussdosen, Kabel, Wechselrichter, Zelloberfläche...) kann es ausserdem zu gefährlichen Lichtbögen kommen!

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(Lichtbogen bei 300 V und 5 A)

V I D E O S

(Bericht über Brand in Schwerinsfurth)

[Fernsehbericht in der SWR-Sendung "im Grünen"]

22.Symposium Photovoltaische Solarenergie Staffelstein:

Gefahrenquelle Lichtbögen

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[Photovoltaikanlage gerät in Brand]

[Brand im Kinderland]

[Brand in Gräfelfing]

[Artikel Gefahr vom Dach]

[Brand in Ohlenhof]

Weitere Schlagzeilen


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Wechselrichter:

Auch bei der Auswahl des Wechselrichter, gilt es potenzielle Gefahren zu erkennen und auszuschliessen!

Unser Lösungsvorschlag = Kleinspannung!

Verschalten Sie die Module einzeln oder maximal paarweise und führen Sie diese dann direkt und parallel (Parallelverschaltung) an die Wechselrichter.

Damit reduzieren Sie die Gleichspannung erheblich auf nur noch ca. 70 Volt (Kleinspannung) und damit unter die nach DIN VDE 0100, als lebensgefährlich eingestufte DC-Spannung von 120 Volt!

Aufgrund dieser niedrigen Gleichspannung reduzieren Sie die Gefahren aus dem Betrieb einer Photovoltaikanlage erheblich (Lichtbogenzündung, Stromschläge ect.)

Das bedeutet zwar einen Mehraufwand in der Anschaffung und Montage, aber im Gegenzug dafür erhalten Sie die maximale Sicherheit und Ertragsausbeute (siehe nächster Abschnitt "Ertragssicherheit") und damit ist der Mehraufwand in den meisten Fällen wieder kompensiert!

Allerdings ist das mit herkömmlichen Stringwechselrichtern nicht möglich! Dafür hat die Solarconsult AG die Wechselrichter der Baureihe "Solarinvert PPI - Professional Protecting Inverter" entwickelt und erfolgreich in mittlerweile mehr als 2500 PV-Anlagen eingesetzt!

Bei unserem ELV*-Niederspannungs-System mit PPI-Wechselrichtern (Professional Protecting Inverter) besteht keine Gefahr einer gefährlichen Lichtbogenentzündung (da max. Spannung von ca. 70 Volt).

Das verstehen wir unter maximaler Sicherheit!

* (Extra Low Voltage = Kleinspannung)

Hinweis:

Die Feuerwehren werden in aller Regel löschen und dabei die einschlägigen Vorschriften einhalten. Das ist ihr Auftrag und den nehmen Sie auch immer ernst. Allerdings kann niemand garantieren, dass im Zweifel, aus Eigenschutzgründen und wie schon mehr als einmal geschehen, die verantwortliche Einsatzleitung sich nicht doch für das "kontrollierte Abbrennen" entscheidet. Die Wahrscheinlichkeit, dass das geschieht, kann aber deutlich verringert werden, wenn der Feuerwehr bekannt und klar ist, dass die Gefahren durch hohe DC-Spannungen nicht vorhanden sind!

Ein weiterer Aspekt in Punkto Sicherheit, ist die Ertragssicherheit:

Denn Sie erhalten Ihre garantierte Einspeisevergütung nicht für gekaufte KWpeak, sondern für tatsächlich damit produzierte KWh!

Und da kann es schon mal vorkommen, dass Anlagen mit gleicher KWpeak-Leistung bei exakt gleicher Ausrichtung, Neigung und Verschattungssituation, in der Realität doch deutlich unterschiedliche Erträge bringen! Das liegt dann zum Beispiel an den verwendeten Zellen, den eingesetzten Wechselrichtern, der Verkabelung, der Systemtechnik usw.

Durch die Parallelverschaltung oder Paar-Verschaltung, verkleinen Sie die Strings und begrenzen die gegenseitige Abhängigkeit auf maximal zwei Module.

Fällt dann ein Modul zum Beispiel durch Verschattung/Verschmutzung/Degradation in der Leistung ab, wirkt sich das maximal auf ein zweites Modul aus während alle anderen weiterhin volle Leistung erbringen!

Tipp: Lesen Sie auch unsere Ausführungen unter Grundlagen/EEG

Warum ist Verschattung so kritisch?

Der „Gartenschlaucheffekt“! Wird eine Solarzelle verschattet, kann sie keinen Strom mehr produzieren. Sie verhält sich dann wie eine in Sperrichtung geschaltete Diode.

Fließt aber durch eine einzige Zelle kein Strom mehr, kann durch sämtliche mit ihr in Reihe geschalteten Zellen kein Strom mehr fließen. Man spricht hier auch vom sogenannten „Gartenschlaucheffekt“: Wird ein Schlauch an einer einzigen Stelle zugedrückt, kommt am Ende weniger Wasser raus.

Weil die Zelle bei Beschattung als Diode in Sperrichtung wirkt, liegt dann an der Solarzelle eine Spannung (die Summe der übrigen in Reihe geschalteten Solarzellen) an, die höher ist als die Durchbruchspannung der Diode. Der Strom "bricht" bei hoher Spannung "durch", die Zelle wird extrem heiß und kann dadurch (stellenweise) dauerhaft beschädigt werden ("Hotspot").

Die Verschattung einer Zelle hat somit direkte Auswirkungen auf den Anlagenertrag, denn durch die Reihenschaltung der Module innerhalb eines Strings bestimmt die am geringsten bestrahlte Solarzelle die Stromstärke (und damit die Leistung) des gesamten Strangs.

Welche Verschattungsarten gibt es?

Temporäre Verschattungen

Diese treten typischerweise durch Schnee, herabfallendes Laub, Vogelkot und sonstige Verschmutzungen auf. Verschmutzungen sind umso geringer, je besser die Selbstreinigung der Moduloberfläche funktioniert. Unter Selbstreinigung versteht man das Lösen der Verschmutzung durch abfließendes Regenwasser. Eine Modulneigung von 15° ist für den Selbstreinigungseffekt von Glasscheiben ausreichend. Bei größeren Neigungswinkeln fließt das Regenwasser schneller ab und verbessert damit den Abtransport der Schmutzpartikel. Kanten von Rahmen oder Montagesystem behindern gelegentlich das Abfließen des Regenwassers. So können z.B. durch zu hohe Kanten eines Modulrahmens mit der Zeit aus temporären Schmutzrändern dauerhafte Verschattungen entstehen.

Dauerhafte Verschattungen

Dies sind Verschattungen die durch die Umgebung des Gebäudes, auf dem sich die Photovoltaikanlage befindet, entstehen oder durch Bestandteile des Gebäudes selbst, wie Schornsteine, Dach– und Fassadenvorsprünge, versetzte Baukörper, Dachaufbauten etc. ( Dachgauben und Erker ). Auch Nachbargebäude, Bäume etc. können den Standort der Anlage verschatten oder zumindest zur Horizontverdunkelung führen. Ertragsmindernd wirken sich auch Freileitungen aus, die über die Photovoltaikanlage führen. Blitzfangstangen, besonders wenn sie zu hoch, zu dick, zu dicht am Modul und zu zahlreich zum Einsatz kommen, wirken überproportional ertragsmindernd. Sie werfen einen zwar schmalen, aber scharfen, wandernden Schatten.

Siehe unsere Ausführungen zum Thema [schwächstes Glied]

Gerade, wenn eine PV-Anlage finanziert wird, ist es wichtig, langfristig, seriös ermittelte,
zuverlässige und hohe Erträge zu haben, denn die Bank will Ihre Zinsen regelmäßig und pünktlich!

Leistungsverluste durch hohe Systemspannungen

Kaum einer hat bisher was davon gehört aber die Nichtbeachtung dieser Tatsache kann aus Ihrem Photovoltaik-Investment eine echte Fehlinvestition machen! Die Rede ist von einem Phänomen, das die Wissenschaftler mit "High Voltage Stress" (HVS) oder "Potential Inducted Degradation" (PID) bezeichnen. Frei übersetzt also ein spannungsbedingter Leistungsverlust!

"PID" tauchte erstmals 2006 in der breiten Öffentlichkeit auf. Es betraf Hochleistungsmodule eines US-amerikanischen Solarkonzerns, welcher gerade mit "Weltrekordwirkungsgraden" geworben hat und dessen Kunden eben genau deshalb diese Module gekauft haben! Es traten Ertragsverluste von 20 Prozent und mehr auf!

Es sind Fälle bekannt und dokumentiert, in denen bei Hochleistungsmodulen in Serienschaltung und Einsatz von trafolosen Wechselrichtern, Leistungsverluste von bis zu 30 Prozent auftraten!

Hintergrund dafür ist eine Potenzialbildung und sogenannte Leckströme im Solarmodul, die eben nur bei hohen Spannungen jenseits der Kleinspannungsgrenze von 120 Volt auftreten können. Bei herkömmlichen und aktuellen Photovoltaik-Anlagen in Reihenschaltung kommen DC-Spannungen von teilweise bis zu 1000 Volt und mehr vor!
[Pressemeldung PID]

Leistungsverluste durch Wärmeentwicklung im Wechselrichter

Bei der herkömmlichen Reihenverschaltung werden nicht selten Wechselrichter mit mehreren tausend Watt Leistung und mehreren hundert Volt DC-Eingangsspannung eingesetzt um letztlich auch Kosten zu sparen. Dabei muss aber darauf geachtet werden, dass diese Geräte, eben weil sie so viel Leistung verarbeiten müssen von sich aus schon sehr viel Wärme produzieren und sehr empfindlich auf hohe Umgebungstemperaturen reagieren.

Betrachtet man dann noch die recht kompakte Bauweise (möglichst viel Leistung auf möglichst wenig Gehäuse) wird einem schnell klar, dass hier hohe Betriebstemperaturen entstehen können. Aus diesem Grund werden diese Wechselrichter meistens im kühlen Keller installiert. Was dann aber wieder dazu führt, dass die komplette DC-Verkabelung mit mehreren hundert Volt durch das ganze Haus bis zum Montageort der Wechselrichter geführt werden muss.

Es gibt auch Stimmen, vor allem bei der Feuerwehr, die den Montageort Keller, aus Sicherheitsgründen,
eher kritisch betrachten (Stichwort: vollgelaufene Keller bei Überschwemmung). Aber das nur am Rande.

Wenn Sie nun aber lediglich ca. 70 Volt Eingangsspannung und zum Beispiel nur 2000 Watt (2 kWp) verarbeiten müssen und die WR über ein vernünftiges Kühlsystem verfügen, können sie auch mal im Dachboden installiert werden, ohne dass allzugrosse Ertragseinbußen zu befürchten sind.

Leistungsverluste durch mismatching und Messtoleranzen

Unter mismatch sind Leisungsverluste von in Reihe geschalteten Photovoltaik-Modulen zu verstehen, wenn diese Module ein unterschiedliches Leistungsvermögen besitzen. Auch hier begrenzt dann das schwächste Modul die Leistung des gesamten Strings. Daher ist es wichtig, möglichst gleich starke Module im String zu vereinen, was entweder durch eine sehr geringe herstellerseitige Streuung oder durch Sortieren anhand der Flashliste (nach Strom) ermögicht werden kann. Leider ist aber auch das keine Garantie dafür, dass nicht mal ein "Ausrutscher" dabei ist. Denn was vielen nicht klar sein dürfte:

Auch die sogenannten Flasher [siehe Fertigung und Kontrolle] unterliegen einer Messtoleranz von bis zu 5%. Weitere mismatching-Verluste können entstehen, durch unterschiedliche Bedingungen im Strang, wie beispielsweise unterschiedliche Modulneigung, Ausrichtung oder Fabrikate.

Solarconsult empfiehlt den Einsatz von Wechselrichtern der Marke "SolarInvert PPI"

[Bericht in der Zeitschrift Gebäude Digital]

[Ertragsauswertung und Vergleich einer SolarConsult-Anlage
mit eher nicht optimalem Montageort der Wechselrichter]

Leistungsverluste durch Degradation der Zellen

Die Solarzellen unterliegen einer gewissen, wenn auch, in der Regel, sehr geringen Alterung und damit verbunden auch einer Leistungsabnahme. Aus diesem Grund werden ja auch Leistungsgewährleistungen (siehe weiter unten) abgeben. Wenn aber nun nur eine Zelle auf einem Modul, aus welchen Gründen auch immer, schneller als üblich altert und damit das ganze Modul und letztlich auch den ganzen String mit nach unten zieht, ist es wichtig, dass dieses eine Modul möglichst einfach und kostengünstig identifiziert werden kann. Je mehr Module aber in Reihe geschalten werden, desto schwieriger wird dieses Unterfangen. Denn der Betreiber bemerkt ja nur, dass der String deutlich in der Leistung nachlässt, aber nicht welches Modul das verursacht. Hier sind nun Messungen unter Standart-Test-Bedingungen (STC-Conditions 25°C Zelltemperatur, 1000 W/m² Einstrahlung, AM: 1,5) notwendig um einen Gewährleistungsfall nachzuweisen. Unter Umständen muss dann jedes Modul des Strings einzeln abmontiert und vermessen werden z. Bsp. beim Fraunhofer Institut ISE.
Was bei zwei Modulen pro String ja deutlich einfach und kostengünstiger ist, als bei zum Beispiel zehn oder mehr Modulen. Die Messung eines Modules kann schon mal mehrere hundert Euro ausmachen. Womit sich dann in den meisten Fällen der Nachweis und die Geltendmachung von Gewährleistungsansprüchen schon rein aus wirtschaftlichen Gründen erübrigt haben kann und sich mit dem Leistungsabfall des Strings abgefunden wird!
Doch auch wenn die Degradation noch keine Gewährleistung auslösen würde, weil die Zellleistung noch über der garantierten Mindestleistung liegt, wirkt sich eben stets die schwächste Zelle auf das Modul und den jeweiligen String aus. Das kann im Laufe der Jahre zu schleichenden Ertragseinbußen führen, die umso höher sind umso mehr Module miteinander verschaltet werden!

Vorsicht bei Installation auf Flachdächern

Auf Flachdächern müssen die Photovoltaikmodule aufgeständert werden. Kann die hierfür notwendige Unterkonstruktion nicht fest mit dem Dach verbunden werden, muss diese mit ausreichendem Zusatzgewicht (meist Kies oder Betonplatten) ballastiert werden. Das notwendige Gewicht hängt stark von der verwendeten Unterkonstruktion, Modulgrösse, Neigung, Dachhöhe und vom Montageort (Windlastzonen ab). Wir empfehlen dringend, die angebotene Unterkonstruktion und die angegebene Ballastierung durch einen Statiker individuell für Ihr Objekt bestätigen zu lassen! Windkanaltests die nur die Anströmung bei einem bestimmten Aufstellwinkel untersuchen, bieten keine Garantie dafür, dass Ihre PV-Anlage beim nächsten Sturm nicht doch "Flügel bekommt"! Siehe auch ---> [Orkan reisst Solaranlage vom Dach]

Leistungsgewährleistung:

Prüfen Sie auf jeden Fall die Gewährleistungsbedingungen des Herstellers, denn eine Aussage wie:

"25 Jahre Leistungsgewährleistung auf 80% der Erträge" klingt zwar gut, sagt aber zunächst noch gar nichts über die tatsächliche Garantie-Leistung und die Leistungsvoraussetzungen aus.

Hier gibt es gewaltige Unterschiede!

Was nützt Ihnen eine "Garantie", wenn Sie die Module zum Vermessen nach China schicken müssen oder Sie lediglich mit 10 Euro abgespeist werden können? Oder der Garantiegeber nicht mehr existiert?

Siehe auch Leistungsverluste durch Degradation der Zellen - voriger Absatz

Allerdings decken die Gewährleistungen in der Regel nicht die Montage- und Transportkosten ab, ebensowenig wie einen eventuellen Ertragsaufall. Hierfür empfiehlt sich in der Tat der Abschluss einer [PV-Police].

Haftpflichtversicherung:
Haftpflichtschäden, die durch die Anlage verursacht werden, müssen durch eine Haftpflichtversicherung des Betreibers abgedeckt werden die im Normalfall ohnehin vorhanden ist.

Gebäudebrandversicherung:

Grundsätzlich empfiehlt es sich, bei Ihrem Versicherer schriftlich nachzufragen, ob und in welchem Umfang ein Versicherungsschutz schon in bestehenden Verträgen (z.B. Gebäudeversicherung ) enthalten ist. Sachschäden, die an der Anlage entstehen (Sturm, Hagel, Blitz, Feuer), sind normalerweise durch die Gebäudeversicherung abgedeckt, da die Anlage baulich als Bestandteil des Gebäudes gilt. Bitte fragen Sie auch für diesen Fall konkret bei Ihrem Versicherer nach.

Eine parallel verschaltete Anlage lässt sich leicht, ohne größere Zusatzkosten in die Gebäudeversicherung integrieren,bei einer reihen (string) verschalteten PV-Anlage sollte eine ausdrückliche Bestätigung der Versicherungsgesellschaft eingefordert werden.

Die Installation der PV-Anlage sollte auf jeden Fall an die Gebäudeversicherung gemeldet werden, es erhöht sich der Gebäudewert und somit auch der Versicherungsschutz.

Um eventuelle Ertragsausfälle abzusichern, kann, wie oben schon erwähnt, eine entsprechende [PV-Police] abgeschlossen werden!

Sollten Sie also die Absicht haben, eine reihenverschaltete Solarstromanlage zu installieren, empfiehlt sich eine konkrete Nachfrage nach einem weiterhin gültigen Versicherungsschutz.

Verlangen Sie in diesem Fall explizit von Ihrem Versicherungsunternehmen einen Nachtrag zu Ihrem Versicherungsschein, in dem der Einschluss dieser Anlage eingeschlossen ist.

Auf Anfrage bei einem bekannten Versicherungsunternehmen erhielt ein Kunde folgendes Antwortschreiben: „....... Laut den Allgemeinen Gebäudebrandversicherungsbedingungen (FEVB 2001) müssen Gebäudeeigentümer lediglich alle gesetzlichen und behördlichen Auflagen erfüllen.
Sollte es für den Anbau einer Photovoltaikanlage keine Auflagen geben, so besteht der Versicherungsschutz in voller Höhe.
Daraus ergibt sich: Sollten die bestehenden Auflagen nicht erfüllt bzw. eingehalten werden, besteht auch kein Versicherungsschutz.........“


Es wird also dem Betreiber der PV-Anlage, - dem Kunden der Versicherung überlassen, zu klären ob Versicherungsschutz besteht oder nicht. Es war nicht möglich eine klare Antwort bei der Versicherung über die behördlichen Auflagen zu erhalten.

Nach entsprechenden Recherchen ist es gelungen, Auflagen und Vorschriften zu finden, die hier greifen und bei Nichteinhaltung den Versicherungsschutz gefährden könnten! Kunden der SolarConsult werden selbstverständlich darüber aufgeklärt!

Mehr Informationen zu den einzelnen Punkten geben wir Ihnen gerne bei einem persönlichen Gespräch.
Einfach hier klicken oder rufen Sie uns doch an: 07024/ 8 68 93 26.
Wir freuen uns auf Ihren Anruf!