Balkonkraftwerk-Module richtig verschalten – parallel oder in Reihe?
Solarenergie gewinnt immer mehr an Bedeutung, besonders in Wohnungen und Häusern mit begrenztem Platz. Balkonkraftwerke sind dabei eine beliebte Lösung, um auf begrenztem Raum und für eine sehr geringe Starinvestition erneuerbare Energie selbst zu erzeugen. Bei der Installation von Solarmodulen in Deinem Balkonkraftwerk stehst Du vor der wichtigen Entscheidung: Solltest Du mehrere Photovoltaikmodule in Reihe schalten oder besser parallel schalten? In Reihe? Parallel? In diesem Artikel werden wir den Aufbau, die Vor- und Nachteile beider Schaltungsarten sowie Empfehlungen für verschiedene Anwendungen besprechen.
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Die Grundlage dieses Artikel bildet ein Video von Marc testet. In diesem Video erklärt Marc Niemann eben genau das. Was Parallelschaltungen und was Reihenschaltungen sind und wie diese bei Photovoltaikmodulen und Wechselrichtern wirken.
Grundlagen: Gleichstrom und Wechselrichter
Photovoltaikmodule erzeugen Gleichstrom (DC). Um diesen Gleichstrom in das Hausnetz einzuspeisen und nutzen zu können, benötigst Du einen Wechselrichter. Der Wechselrichter ist ein wesentliches Element in jedem PV-System, da er den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom (AC) umwandelt, den wir in unseren Häusern verwenden. Mit Gleichstrom lassen sich keine Geräte im Haus betreiben. Ob Fernseher, Waschmaschine, Backofen oder die Heizwasserumwälzpumpe deiner Zentralheizung, all diese Haushaltsgeräte brauchen Wechselstrom und zwar in der Regel 230 Volt.
Reihenschaltung: Konstante Spannung, variierte Stromstärke
Bei der Reihenschaltung – auch Serienschaltung genannt – von Photovoltaikmodulen werden die Module in einer Kette hintereinandergeschaltet. Dabei wird der Pluspol eines Moduls an den Minuspol des nächsten gesteckt und so weiter. In dieser Konfiguration addiert sich die Spannung der einzelnen Module, während die Stromstärke konstant bleibt.
Parallelschaltung: Konstante Spannung, variierte Stromstärke
In der Parallelschaltung von Solarmodulen werden die Module parallel geschaltet. Das bedeutet, der Pluspol eines Moduls wird an den Pluspol des nächsten angeschlossen. Und dementsprechend Minuspol an Minuspol. Hier bleibt die Spannung konstant, während sich die Stromstärken der einzelnen Module addieren.
Vorteile der Reihenschaltung:
- Einfache Installation: Die Reihenschaltung ist relativ einfach zu installieren, da nur wenige Kabel und Stecker benötigt werden.
- Geringere Kabelverluste: Durch die geringere Stromstärke können dünnere Kabel verwendet werden, was zu geringeren Kabelverlusten führt.
- Geringere Installationskosten: Die geringere Anzahl an Kabeln und Steckern führt zu geringeren Installationskosten.
Nachteile der Reihenschaltung:
- Leistungsverlust bei Verschattung: Wird ein Modul in einem String verschattet, verringert sich die Gesamtleistung des Strings.
- Überlastung des Wechselrichters: Bei einer zu hohen Spannung kann der Wechselrichter überlastet werden.
- Defekte schwer zu finden: Bei Defekten in einem Modul ist es schwierig, den defekten Modul zu identifizieren.
Einsatzbereiche der Reihenschaltung bei Balkonkraftwerken:
Die Reihenschaltung wird in der Regel bei Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von mehr als 10 kWp eingesetzt. Bei kleineren Anlagen ist die Parallelschaltung in der Regel die wirtschaftlichere Lösung.
Vorteile der Parallelschaltung:
- Gleiche Leistung bei Verschattung: Wird ein Modul in einem String verschattet, verringert sich die Leistung dieses Moduls, aber die Leistung der anderen Module bleibt gleich.
- Keine Überlastung des Wechselrichters: Die Spannung der Module bleibt bei der Parallelschaltung gleich, so dass der Wechselrichter nicht überlastet werden kann.
- Defekte leicht zu finden: Bei Defekten in einem Modul wird der Stromkreis unterbrochen, so dass der defekte Modul leicht identifiziert werden kann.
Nachteile der Parallelschaltung:
- Komplexere Installation: Die Parallelschaltung ist komplexer zu installieren, da mehr Kabel und Stecker benötigt werden.
- Höhere Kabelverluste: Durch die höhere Stromstärke müssen dickere Kabel verwendet werden, was zu höheren Kabelverlusten führt.
- Höhere Installationskosten: Die höhere Anzahl an Kabeln und Steckern führt zu höheren Installationskosten.
Einsatzbereiche der Parallelschaltung bei Balkonkraftwerken:
Die Parallelschaltung wird in der Regel bei Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von weniger als 10 kWp eingesetzt. Bei größeren Anlagen ist die Reihenschaltung in der Regel die wirtschaftlichere Lösung.
Beachten beim Anschluss an einen Wechselrichter deines Balkonkraftwerkes
Beim Anschluss von Photovoltaikmodulen an einen Wechselrichter ist es wichtig, die Stromstärke und Spannung der Module zu beachten. Die Stromstärke der Module darf die maximale Stromstärke des Wechselrichters nicht überschreiten. Die Spannung der Module darf die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters nicht überschreiten. Beide Werte sind auf Wechselrichtern üblicherweise z.B. auf dem Typenschild angegeben. Dort steht dann beispielsweise zu lesen: „Max. input current: 4 × 14A“ und „Max. input voltage: 65V“. Das bedeutet hier, dass an vier Eingängen jeweils maximal 14 Ampere Stromstärke angeschlossen werden dürfen. Und die Spannung darff 65 Volt nicht übersteigen.
Nochmal: Bei der Reihenschaltung addiert sich die Spannung der Module, während die Stromstärke gleich bleibt. Die Stromstärke der Module darf also die maximale Stromstärke des Wechselrichters nicht überschreiten. Die Spannung der Module darf die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters nicht überschreiten.
Auch nochmal: Bei der Parallelschaltung addiert sich die Stromstärke der Module, während die Spannung gleich bleibt. Die Spannung der Module darf also gleich sein. Die Stromstärke der Module darf die maximale Stromstärke des Wechselrichters nicht überschreiten.
Risiken bei falscher Installation:
Wenn die Stromstärke oder Spannung der Module die jeweils maximale zulässige Grenze des Wechselrichters überschreitet, kann es zu folgenden Risiken kommen:
- Beschädigung des Wechselrichters: Der Wechselrichter kann überlastet werden und sogar beschädigt oder zerstört werden.
- Brandgefahr: Bei einer Überlastung des Wechselrichters heizt sich dieser eventuell auf und es kann es zu einem Brand kommen.
- Stromschlaggefahr: Bei unsachgemäßer Installation besteht die Gefahr eines Stromschlags.
Sicherheitshinweise:
Beim Anschluss von Photovoltaikmodulen an einen Wechselrichter sollten daher folgende Sicherheitshinweise beachtet werden:
- Die Installation sollte nur von einem qualifizierten Elektriker durchgeführt werden.
- Es dürfen nur zugelassene Kabel und Stecker verwendet werden.
- Die Module und der Wechselrichter müssen vor der Installation geerdet werden.
- Es ist wichtig, die technischen Daten und Sicherheitshinweise des Wechselrichters zu beachten.
Zusammenfassung:
Beim Anschluss von Photovoltaikmodulen eines Balkonkraftwerkes an einen Wechselrichter ist es wichtig, die Stromstärke und Spannung der Module zu beachten. Wenn die Stromstärke oder Spannung der Module die maximale zulässige Grenze überschreitet, können schwerwiegende Schäden und Verletzungen entstehen.
Fazit und Empfehlung
Die Wahl zwischen Reihen- und Parallelschaltung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die Reihenschaltung ist sicherer für Balkonkraftwerke, erfordert jedoch Wechselrichter mit höherer Eingangsspannung und kann zu Überlastung führen, wenn die Module nicht ideal ausgerichtet sind. Die Parallelschaltung ist einfacher und kostengünstiger, aber anfälliger für Stromschwankungen.
Unsere Empfehlung lautet: Für Balkonkraftwerke mit einer Leistung von bis zu 3 kW ist die Parallelschaltung ideal. Für größere Balkonkraftwerke sollte die sicherere Reihenschaltung verwendet werden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters um etwa 10 Prozent unterschritten werden sollte, um eine Überlastung zu vermeiden.
Wenn Sie planen, ein Balkonkraftwerk zu installieren, ist es ratsam, sich von einem Fachmann beraten zu lassen. Ein Experte kann Ihnen helfen, die richtige Schaltungsart und die passende Konfiguration für Ihr Balkonkraftwerk zu wählen, um die bestmögliche Leistung und Sicherheit zu gewährleisten. Denn die Wahl zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung hat direkten Einfluss auf die Effizienz und den Betrieb Ihres Balkonkraftwerks.
Solaranlagen sind eine nachhaltige Investition in die Zukunft und können erhebliche Energieeinsparungen und Umweltvorteile bieten. Daher ist es entscheidend, die richtigen Entscheidungen bei der Planung und Installation zu treffen.
