PV-Strings planen: So werden Module und Wechselrichter richtig verschaltet
PV-Strings planen bedeutet, Solarmodule so in Reihen zu verschalten, dass Spannung, Stromstärke und der DC-Eingangsbereich des Wechselrichters zusammenpassen. Entscheidend sind Modulspannung, Leerlaufspannung, Mpp-Voltage, Temperaturkoeffizient, Stringlänge und die zulässige DC-Überbelegung. Eine saubere Planung verhindert Ertragsverluste, Fehlermeldungen und Schäden.
PV-Strings zu planen ist der Prozess, bei dem die Module einer Photovoltaikanlage elektrisch zu Strängen verschaltet werden, sodass Spannung, Strom und Wechselrichter-Eingangsbereich technisch passend und sicher zusammenarbeiten.
Für die Stringplanung hilft ein Überblick zur Stringplanung in der Photovoltaikanlage. Die Planung beginnt immer mit den Moduldaten und endet mit einem Abgleich an den Eingängen des Wechselrichters.
Was sind PV-Strings und welche Aufgabe haben sie in der Anlage?
PV-Strings sind in Reihe geschaltete Solarmodule innerhalb einer Photovoltaikanlage. Ein String erhöht die Spannung der Module, während die Stromstärke im String gleich bleibt. Diese Verschaltung bringt die Modulspannung in einen Bereich, den der Wechselrichter verarbeiten kann.
Ein einzelnes Modul liefert meist nur eine relativ niedrige Gleichspannung. Erst mehrere Module in Serie erreichen einen nutzbaren Spannungsbereich für den Wechselrichter. Der String bildet damit die elektrische Grundstruktur auf der DC-Seite. Ohne passende Verschaltung arbeitet der Wechselrichter außerhalb seines optimalen Bereichs oder startet gar nicht.
In der Praxis gibt es oft mehrere Strings. Diese laufen getrennt auf einen oder mehrere MPP-Tracker des Wechselrichters. Verschiedene Dachflächen, verschiedene Ausrichtungen oder Verschattungen sprechen häufig für getrennte Strings. So bleiben die Arbeitsbedingungen eines Strings möglichst gleichmäßig.
Wie werden PV-Strings bei einer Photovoltaikanlage dimensioniert?
Die Stringlänge ergibt sich aus der Modulspannung, der Leerlaufspannung bei Kälte und dem zulässigen DC-Eingangsbereich des Wechselrichters. Ziel ist, dass der String bei niedriger Temperatur die Maximalspannung nicht überschreitet und bei hoher Temperatur noch sicher im Arbeitsbereich bleibt.
Zuerst werden die elektrischen Daten des Moduls geprüft: Leerlaufspannung, Mpp-Voltage, Stromstärke und Temperaturkoeffizient. Danach folgen die Standortbedingungen. Tiefe Außentemperaturen erhöhen die Spannung der Module. Der Temperaturkoeffizient der Spannung zeigt, wie stark sich die Modulspannung pro Grad Temperaturänderung verändert. Für die Planung zählt daher nicht nur der Standard-Testwert, sondern auch die Kälte im Winter.
Die Stringdimensionierung folgt dann drei Schritten: Erstens wird die maximale Stringspannung bei tiefster zu erwartender Temperatur geprüft. Zweitens wird die minimale Betriebsspannung bei hoher Modultemperatur geprüft. Drittens wird die Stromseite mit den Eingängen des Wechselrichters verglichen. Wenn die Werte nicht zusammenpassen, muss die Stringlänge angepasst werden.
Bei der Planung helfen konkrete Herstellerangaben. Für Module gelten in der Regel Standard-Testbedingungen mit 1000 W/m² Einstrahlung, 25 °C Zelltemperatur und AM 1,5. Diese Werte zeigen den Nennpunkt, nicht die reale Betriebssituation auf dem Dach. Für die Stringplanung sind deshalb Temperatur und Verschaltung mindestens genauso wichtig wie die Modulleistung.
Welche elektrischen Kennwerte sind bei der String-Planung entscheidend?
Wichtig sind vor allem Leerlaufspannung, Mpp-Voltage, Stromstärke, Temperaturkoeffizient und der zulässige Spannungsbereich des Wechselrichters. Diese Werte bestimmen, wie viele Module in einen String gehören und ob der String bei Hitze und Kälte stabil arbeitet.
Die Leerlaufspannung ist die Spannung eines Moduls ohne Last. Sie ist besonders wichtig für die Kälteprüfung, weil die Modulspannung bei niedrigen Temperaturen steigt. Die Mpp-Voltage beschreibt den Bereich, in dem ein Modul seine maximale Leistung abgibt. Der Wechselrichter muss diesen Punkt erfassen können, sonst sinkt der Ertrag.
Die Stromstärke ist vor allem bei parallelen Strings relevant. Mehrere Strings addieren ihren Strom auf der Eingangsseite des Wechselrichters. Deshalb muss der zulässige Eingangsstrom des Wechselrichters zu den geplanten Strängen passen. Zu hoher Strom führt zu Abschaltungen oder begrenzt die Leistung.
Der Temperaturkoeffizient gehört immer in die Rechnung. Ein negativer Temperaturkoeffizient bei der Spannung bedeutet: Bei Wärme sinkt die Spannung. Bei Kälte steigt sie. Genau dieser Effekt entscheidet darüber, ob der String im Sommer noch im MPP-Bereich liegt und im Winter die maximale Eingangsspannung nicht überschreitet.
| Kennwert | Funktion in der Stringplanung | Typische Folge bei Fehlplanung |
|---|---|---|
| Leerlaufspannung | Prüft die Maximalspannung bei Kälte | Überspannung am Wechselrichter |
| Mpp-Voltage | Prüft den optimalen Arbeitsbereich | Ertragsverlust bei falscher Stringlänge |
| Stromstärke | Prüft Eingangs- und Parallelgrenzen | Abregelung oder Abschaltung |
| Temperaturkoeffizient | Berechnet Spannungsänderungen durch Temperatur | Falsche Stringlänge bei Sommer- oder Winterbetrieb |
Wie hängt die Stringplanung mit dem Wechselrichter zusammen?
Die Stringplanung richtet sich immer nach dem Wechselrichter. Der Wechselrichter gibt den DC-Eingangsbereich, die maximale Eingangsspannung, die Anzahl der MPP-Tracker und den zulässigen Eingangsstrom vor. Die Module müssen in diesen Rahmen passen.
Bei der Auswahl hilft ein Blick auf den passenden Wechselrichter für die Photovoltaikanlage. Ein String kann nur dann effizient arbeiten, wenn die Mpp-Voltage des Modulfeldes mit dem Tracking-Bereich des Geräts harmoniert. Ein zu kurzer String unterschreitet oft die Start- oder MPP-Spannung. Ein zu langer String überschreitet die maximale Eingangsspannung.
Auch die DC-Überbelegung gehört zur Wechselrichterplanung. Bei der DC-Überbelegung bei PV wird die Modulleistung bewusst höher ausgelegt als die AC-Nennleistung des Wechselrichters. Das ist üblich, solange die Spannungs- und Stromgrenzen eingehalten werden. Eine größere Generatorleistung erhöht nicht automatisch die nutzbare Leistung, wenn der Wechselrichter zu stark begrenzt.
Mehrere MPP-Tracker vereinfachen die Planung bei verschiedenen Dachausrichtungen. Zwei Strings mit unterschiedlicher Ausrichtung sollten nicht ohne Prüfung auf denselben Tracker gelegt werden. Unterschiedliche Einstrahlung führt sonst zu Mismatch-Verlusten. Gleichartige Strings lassen sich dagegen oft gemeinsam führen, wenn Strom und Spannung identisch sind.
Welche typischen Fehler sollten bei der Planung von PV-Strings vermieden werden?
Die häufigsten Fehler sind zu kurze oder zu lange Stringlängen, das Mischen ungleicher Module, das Ignorieren des Temperaturkoeffizienten und das Verwechseln von DC-Eingangsbereich und Mpp-Bereich. Diese Fehler senken den Ertrag oder überlasten den Wechselrichter.
Ein klassischer Fehler ist die Planung nur mit der Modul-Nennspannung. Die Leerlaufspannung bei Frost liegt höher und muss in der Berechnung enthalten sein. Ein zweiter Fehler ist die Vernachlässigung der Stromstärke bei parallelen Strings. Ein dritter Fehler ist die gemeinsame Verschaltung von Modulen mit unterschiedlichen Kennlinien, etwa bei unterschiedlichen Leistungen oder Ausrichtungen.
Auch zu viele unterschiedliche Dachflächen an einem String verursachen Probleme. Verschattung, verschiedene Neigungen und verschiedene Himmelsrichtungen verändern die Arbeitspunkte der Module. Ein weiterer Fehler ist die Annahme, dass eine hohe DC-Überbelegung jede schlechte Stringplanung ausgleicht. Die DC-Überbelegung verbessert die Auslastung eines Wechselrichters nur innerhalb seiner Grenzen.
Wer eine komplette Auslegung plant, sollte die Stringdaten immer mit der Gesamtanlage abgleichen. Viele Anbieter übernehmen diesen Schritt im Rahmen der Projektierung. Die Leistungen reichen von Auslegung und Planung bis zur Montage. Für die Stringplanung bleibt aber entscheidend, dass jede Verschaltung technisch zu Modul, Dach und Wechselrichter passt.
Saubere PV-Strings entstehen aus drei Prüfschritten: Modulwerte lesen, Temperatur berücksichtigen und Wechselrichtergrenzen einhalten. Wer diese Punkte konsequent prüft, reduziert Fehlplanung, verbessert den Ertrag und erhöht die Betriebssicherheit der Photovoltaikanlage.
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