Solarmodule mischen: Regeln und Verluste

Ja, Sie können Solarmodule mit unterschiedlicher Leistung, Marke oder Alter mischen — aber wie Sie sie verdrahten, entscheidet, ob Sie fast nichts oder ein Fünftel Ihrer Leistung verlieren. Die Regel ist einfach: In einem Reihenstrang werden alle Module gezwungen, einen Strom zu teilen, deshalb zieht eine Fehlanpassung beim Strom alle nach unten. In einer Parallelschaltung teilen sich alle Module eine Spannung, deshalb ist es eine Fehlanpassung bei der Spannung, die schadet.

Der sicherste Weg, sehr unterschiedliche Module zu kombinieren, ist, sie getrennt zu halten — an separaten MPPT-Eingängen oder an Mikrowechselrichtern — damit ein schwaches Modul niemals ein starkes nach unten ziehen kann. Hier ist das ganze Thema auf einen Blick.

Ein Solarmodul ist keine Batterie, die einfach ihre Nennleistung auf eine Leitung abgibt. Seine Leistung wird durch die Stelle bestimmt, an der es auf seiner Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V) sitzt, und wenn Sie Module miteinander verbinden, zwingt die Verdrahtung sie alle auf einen gemeinsamen Arbeitspunkt. Dieser gemeinsame Punkt ist selten der beste Punkt für jedes Modul zugleich.

In einem Reihenstrang fließt durch jedes Modul derselbe Strom — wie Autos in einem einspurigen Tunnel bewegt sich die ganze Reihe mit dem Tempo des langsamsten Autos. Der Strangstrom kann also nie den Strom des schwächsten Moduls übersteigen. In einer Parallelschaltung sitzt jeder Zweig auf derselben Spannung, und ein Modul, das von seiner idealen Spannung weggezwungen wird, gibt Leistung auf. Je größer die Fehlanpassung, desto größer der Verlust.

Das ist auch der Grund, warum unser Kompatibilitätsrechner nach einem Modul fragt und es mit der Anzahl der Module multipliziert: Er nimmt an, dass jedes Modul im Strang identisch ist. Diese Annahme hält die einfache Rechnung (Spannungen addieren, Ströme addieren) ehrlich. Sobald Ihre Module nicht identisch sind, müssen Sie überlegen, welcher Kennwert geteilt wird — und genau darum geht es in diesem Leitfaden.

Wenn Module in Reihe verdrahtet sind (eines nach dem anderen, die häufigste Anordnung für netzgekoppelte Stränge), addieren sich ihre Spannungen, aber sie führen alle denselben Strom. Der Strang kann nur so viel Strom liefern, wie es sein Modul mit dem geringsten Strom zulässt. Ein stärkeres Modul darf nicht mit vollem Strom laufen — es wird gedrosselt, um sich dem schwächsten anzupassen.

Hier ist, was das kostet, wenn die Fehlanpassung groß ist. Stellen Sie sich vor, Sie setzen ein 400-W-Modul und ein 550-W-Modul — gleiche Spannungsklasse, sehr unterschiedlicher Strom — in einen Reihenstrang.

Wenn ein Modul stark stromhungrig ist, können sich seine Bypass-Dioden einschalten und den Strom komplett um es herumleiten, sodass das schwache Modul in Extremfällen fast nichts beiträgt. Die Lehre: In Reihe halten Sie die Stromwerte der Module (Impp und Isc) innerhalb weniger Prozent zueinander.

Parallelschaltungen sind das Spiegelbild. Wenn Sie Module (oder ganze Stränge) parallel verbinden, addieren sich ihre Ströme, aber sie sind alle an dieselbe Spannung gebunden. Stromunterschiede werden toleriert — Sie addieren sie einfach. Spannungsunterschiede sind der Killer, weil der Regler nur eine Spannung halten kann und jedes Modul, dessen ideale Spannung weit von diesem Punkt entfernt ist, Leistung verliert.

Der klassische Parallelfehler ist, zwei Stränge unterschiedlicher Länge an denselben MPPT-Eingang anzuschließen — etwa einen 10-Modul-Strang (etwa 410 V) und einen 12-Modul-Strang (etwa 492 V). Der Eingang kann nur eine Spannung verfolgen, daher wird der längere Strang um rund 80 V unter seinen besten Punkt gezogen und verliert den ganzen Tag Leistung. Zwei Module mit gleicher Spannung, aber unterschiedlichem Strom lassen sich dagegen problemlos parallel schalten: Die Spannungen passen und die Ströme addieren sich einfach.

Die Parallelregel ist also die Umkehrung der Reihenregel: Passen Sie die Spannung an (Anzahl der Module pro Strang und deren Vmpp/Voc) und lassen Sie den Strom abweichen. Wenn sich zwei parallele Stränge einen Eingang teilen müssen, geben Sie ihnen die gleiche Anzahl identischer Module.

Fast alles über das Mischen von Modulen lässt sich in einem Satz zusammenfassen: Passen Sie den Strom für die Reihe an, passen Sie die Spannung für die Parallelschaltung an. Der Kennwert, den Sie anpassen, ist der, der geteilt wird; der Kennwert, der abweichen darf, ist der, der sich addiert.

Eine Fehlanpassung von wenigen Prozent ist normal — selbst identische Module aus derselben Fertigungslinie weichen leicht voneinander ab, und eine gut gebaute Anlage verliert nur 1-2 % durch Mismatch. Das Ziel ist nicht Perfektion; es ist, in diesem schmalen Bereich zu bleiben, damit Sie nicht die Leistung ganzer Module verschenken.

Das Mischen unterschiedlicher Leistungen ist der Fall, nach dem die Leute am häufigsten fragen, und es ist oft unproblematisch — denn zwei Module aus derselben Produktfamilie (zum Beispiel eine 430-W-, 440-W- und 450-W-Version einer Serie) haben meist fast denselben Strom und unterscheiden sich hauptsächlich in der Spannung, oder umgekehrt. Die Wattzahl auf dem Karton sagt für sich allein nichts aus; Sie müssen sehen, wie diese Wattzahl auf Volt und Ampere aufgeteilt ist.

Passen Sie also nicht nach Wattzahl an — passen Sie nach dem Kennwert an, der für Ihre Verdrahtung zählt. Öffnen Sie beide Datenblätter und vergleichen Sie Impp und Isc, wenn die Module in Reihe kommen, oder Vmpp und Voc, wenn sie parallel kommen. Zwei Module mit der Bezeichnung „400 W“ und „410 W“ können eine perfekte Reihen-Übereinstimmung sein (nahezu identischer Strom) oder eine schlechte (sehr unterschiedlicher Strom), und nur das Datenblatt sagt Ihnen, welche.

Elektrisch ist die Marke auf dem Rahmen unerheblich — zwei Module verschiedener Hersteller mit passendem Strom (für Reihe) oder passender Spannung (für Parallel) funktionieren problemlos zusammen. Das Etikett fließt nicht durch die Leitung; die I-V-Kennwerte tun es. Vergleichen Sie Datenblätter, nicht Logos.

Die Zelltechnologie ist eine feinere Sache. PERC-, TOPCon- und HJT-Module haben unterschiedliche Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass ihre Spannungen mit wechselndem Wetter auseinanderdriften. Mischen Sie ein PERC- und ein HJT-Modul in einem Strang, dann passen sie bei 25 °C vielleicht zusammen, weichen aber an einem frostigen Morgen voneinander ab, wenn die Spannungen am höchsten sind und die Strangspannungsreserve für Ihren Wechselrichter am meisten zählt.

Für die meisten Installationen ist der Unterschied im Temperaturkoeffizienten ein Effekt zweiter Ordnung, aber er summiert sich in kalten Klimazonen und bei langen Strängen. Wenn Sie Zelltypen mischen, ist der sauberste Ansatz, jede Technologie auf ihrem eigenen Strang zu halten, damit ihre Spannungen gemeinsam steigen und fallen.

Solarmodule verlieren pro Jahr rund 0,4-0,6 % ihrer Leistung, daher liefert ein acht Jahre altes Modul vielleicht 5-6 % weniger Strom als sein Typenschild. Das ist wichtig, weil das Hinzufügen eines brandneuen Moduls in einen bestehenden Reihenstrang den Strang nicht anhebt — der Strang wird weiterhin durch den Strom des schwächsten, ältesten Moduls begrenzt, und das neue Modul wird einfach gedrosselt, um sich anzupassen.

Ein Ersatzmodul mit etwas höherem Stromwert zu wählen, kann helfen, einen gealterten Strang auszugleichen, aber es kann nicht die Grenze überschreiten, die die ursprünglichen Module in Reihe setzen. Die ehrliche Wahrheit ist, dass ein frisches Modul die müden Module, mit denen es sich einen Strang teilt, niemals übertreffen kann.

Wenn Sie eine ältere Anlage erweitern oder reparieren, sind die besseren Schritte: die neuen Module an einen separaten MPPT-Eingang setzen, ihnen eigene Mikrowechselrichter geben oder den ganzen Strang auf einmal durch passende Module ersetzen. Ein einzelnes neues Modul zu einem alten Reihenstrang hinzuzufügen, ist die Konfiguration, die Menschen am häufigsten enttäuscht.

Jedes Mismatch-Problem oben entsteht dadurch, dass Module gezwungen werden, einen Arbeitspunkt zu teilen. Entfernen Sie das Teilen und das Problem verschwindet. Genau das lässt moderne Technik Sie tun.

Ein Wechselrichter mit mehreren MPPTs verfolgt jeden Eingang unabhängig, sodass Sie Marke A an Eingang eins und Marke B an Eingang zwei setzen können — unterschiedliche Leistung, unterschiedlicher Strom, sogar unterschiedliche Ausrichtung — und jeder läuft an seinem eigenen besten Punkt ohne Verlust zwischen ihnen. Das ist der einfachste Weg, auf einer netzgekoppelten Anlage zu mischen: identische Module pro Eingang gruppieren und die Eingänge sich unterscheiden lassen.

Mikrowechselrichter und Leistungsoptimierer gehen einen Schritt weiter und geben jedem einzelnen Modul seinen eigenen Tracker. Mit ihnen können Sie Leistungen, Marken, Alter und Ausrichtungen nahezu frei mischen — jedes Modul leistet nach seinem eigenen Können — solange jedes Modul innerhalb des Eingangsspannungs- und Strombereichs seiner Einheit bleibt. Diese Freiheit ist der Hauptgrund, warum Menschen für schwierige Dächer Elektronik auf Modulebene wählen.

Das Mischen von Modulen verstößt an sich nicht gegen die elektrischen Normen — aber jeder Strang muss weiterhin denselben Grenzen gehorchen wie jeder andere. Die Leerlaufspannung bei Kälte muss unter der maximalen Eingangsspannung Ihres Wechselrichters und unter der Systemspannungsbemessung der Module selbst bleiben, und der kombinierte Strom muss innerhalb der Grenzen des Wechselrichters und der Verdrahtung bleiben. Mischen ändert diese Prüfungen nicht; es macht sie nur leichter falsch durchzuführen, weil Ihre Module nicht mehr einen Satz Zahlen teilen.

Der Überstromschutz wird nach dem Kurzschlussstrom der Anlage bemessen, daher muss bei unterschiedlichen Strömen über parallele Zweige die Auslegung von Sicherung und Leiter auf der richtigen Worst-Case-Zahl beruhen. Wenn Sie unsicher sind, lassen Sie jede Gruppe durch den Rechner laufen und bemessen Sie den Schutz nach dem höchsten vorhandenen Strom.

Schließlich die Garantien. Produkt- und Leistungsgarantien werden je Hersteller festgelegt, und manche Bedingungen können davon beeinflusst werden, wie Module kombiniert werden oder durch das Hinzufügen von Modulen einer anderen Marke. Mischen schadet der Hardware nicht, aber prüfen Sie die Bedingungen jedes Herstellers, bevor Sie sich auf einen künftigen Anspruch verlassen.

Sie müssen nicht raten. Hier ist die praktische Methode, um zu entscheiden, ob zwei Module sich eine Schaltung teilen können — und um zu bestätigen, dass der ganze Strang noch zu Ihrem Wechselrichter passt.

1. Beide Datenblätter heranziehen

   Notieren Sie Vmpp, Impp, Voc und Isc für jedes Modul. Diese vier Zahlen, nicht die Wattzahl, entscheiden alles.

2. Die Verdrahtung festlegen

   Kommen diese Module in denselben Reihenstrang oder in parallele Zweige an einem Eingang? Das sagt Ihnen, welcher Kennwert übereinstimmen muss.

3. Den richtigen Kennwert anpassen

   Für die Reihe sollten die Ströme (Impp und Isc) auf etwa 5 % übereinstimmen. Für die Parallelschaltung sollten die Spannungen (Vmpp und Voc) auf etwa 5 % übereinstimmen.

4. Das begrenzende Modul eingeben

   Lassen Sie den Rechner mit dem schwächsten Modul laufen — niedrigster Strom für einen Reihenstrang, niedrigste Spannung für eine Parallelschaltung — plus Ihrer tatsächlichen Stranggröße und der örtlichen Temperaturen.

5. Jede Gruppe einzeln prüfen

   Wenn Sie mehrere Gruppen identischer Module haben, lassen Sie jede laufen. Die Anlage ist nur so kompatibel wie ihre schlechteste Gruppe.