Strangauslegung für Solarmodule berechnen

Warum werden Module in Reihe und parallel geschaltet?

In Reihe addieren sich die Modulspannungen, während der Strom dem eines einzelnen Moduls entspricht. Eine solche Reihenschaltung heißt Modulstrang. Bei parallelen Strängen addieren sich die Ströme bei gleichbleibender Spannung. Für den Betrieb des Wechselrichters muss die Strangspannung innerhalb eines bestimmten Bereichs bleiben und darf die maximale Eingangsspannung niemals überschreiten.

Warum ist die Temperatur entscheidend?

Mit sinkender Temperatur steigt die Modulspannung. Die Datenblattwerte gelten für 25 °C Zelltemperatur. An einem kalten Wintermorgen liegt die Leerlaufspannung deutlich darüber, im Sommer zur Mittagszeit die Betriebsspannung deutlich darunter.

V(T) = V_STC × (1 + β × (T − 25))

β ist der negative Temperaturkoeffizient aus dem Datenblatt.

Drei Spannungsprüfungen

Leerlaufspannung bei Kälte: S × V_oc(T_min) darf die maximale Eingangsspannung nicht überschreiten.

Betriebsspannung bei Wärme: S × V_mp(T_max) muss oberhalb der Mindestspannung am MPPT liegen.

Betriebsspannung bei Kälte: S × V_mp(T_min) darf die Höchstspannung am MPPT nicht überschreiten.

Beispiel

V_oc = 49,5 V, Koeffizient −0,27 % je °C, Mindesttemperatur −10 °C. Die Modulspannung beträgt dann 49,5 × (1 + 0,0027 × 35) = 54,18 V. Ein Wechselrichter mit 1000 V Eingangsgrenze erlaubt höchstens 1000 / 54,18 = 18 Module in Reihe. Neunzehn Module ergeben 1029 V und überschreiten die Grenze. Eine Rechnung allein mit dem Datenblattwert (1000 / 49,5 = 20 Module) ist deshalb irreführend.

Stromprüfung

Die Kurzschlussströme paralleler Stränge werden addiert und mit einem Sicherheitsfaktor multipliziert. Das Ergebnis darf den zulässigen Kurzschlussstrom je Wechselrichtereingang nicht überschreiten.

Grenzen

Dies ist eine Vorbemessung. Auslegungstemperatur, Sicherheitsfaktor, Sicherungen, Kabel und Schutzkonzept richten sich nach der geltenden Norm. Ein Fehler auf der Gleichstromseite kann Brand und tödlichen Stromschlag verursachen. Die endgültige Auslegung muss durch eine qualifizierte Ingenieurfachkraft erfolgen.

Häufige Fragen

Wie berechne ich die maximale Modulzahl je Strang?

Die temperaturkorrigierte Stranggleichung erlaubt für ein Beispielmodul mit 49,5 V, einem Koeffizienten von -0,27 %/°C bei -10 °C und einer Eingangsgrenze von 1000 V höchstens 18 Module in Reihe. Diese Vorbemessung prüft nur die Leerlaufgrenze. Betriebsspannung und Strom müssen gesondert geprüft werden. Kabelauslegung und Schutzauslegung sind nicht enthalten.

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