Wohnmobil Solaranlage: Reihen- oder Parallelschaltung?

Solarmodule werden parallel angeschlossen - so ist die weitläufige Empfehlung für eine Wohnmobil-Solaranlage. Aber diese Meinung kommt aus einer Zeit, als es noch keine MPPT Solarladeregler gab. Bis auf wenige Sonderfälle schalten wir jedoch Solarmodule in Reihe.

Aufbau und Funktion eines Solarmoduls

Ein Solarmodul besteht aus vielen einzelnen Zellen. Früher waren es oft 36, da man damit gut 12V Batterien mit einfachen PVM-Solarladereglern laden konnte. Heute haben die Solarmodule gerne auch mehr Zellen, um eine höhere Leistung zu erzeugen. Jede Solarzelle für sich liefert eine Spannung von ca. 0,5V. Und wenn man alle Zellen in Reihe schaltet, ergibt sich die MPP Spannung, mit der der Solarregler arbeiten kann. In diesem Artikel werde ich beispielhaft mit 36-zelligen Modulen rechnen, die eine MPP Spannung von ca. 18V haben.

Verschaltung der Solarzellen im Paneel

Damit ein Solarmodul bei der Verschattung einer einzelnen Zelle nicht gleich komplett ausfällt, wurde die interne Verschaltung der Zellen meist auf zwei Kreise, "Strings" genannt, aufgeteilt. Diese zwei Strings sind auch in Reihe geschaltet, um die Spannung von 18V zu erreichen.

Auswirkung von Verschattung auf das Solarmodul

Würde man jetzt eine Solarzelle auf dem Modul abdecken, würde der Stromfluss im ganzen Modul stoppen. Weil der Strom bei Reihenschaltung immer in jedem Teil der Kette gleich sein muss. Wie damals bei der Weihnachtsbaum-Lichterkette: Hat man eine Kerze herausgedreht, waren alle Kerzen dunkel.

Damit das beim Solarmodul nicht passiert, befinden sich in der Anschlussbox auf der Rückseite des PV-Paneels Dioden. Die sorgen dafür, dass der Strom auch bei Verschattung einer Hälfte oder auch nur einer einzelnen Zelle weiter fließen kann. Ein derartig verschattetes Solarmodul liefert immer noch den gleichen Strom, aber nur noch die halbe Spannung - also 9V.

Ein derart verschattetes Solar-Modul kann keine 12V Batterie mehr laden. Der MPPT Solarregler benötigt immer mindestens 1V mehr Modulspannung als Batteriespannung um arbeiten zu können.

Sind mehrere Module parallel geschaltet, wird das verschattete Modul ausfallen und die anderen Module werden weiterarbeiten.

Beachten Sie bitte Folgendes: Wenn die Verschattung beide Strings im Modul betrifft, ist das Modul komplett stillgelegt.

Was passiert bei Reihenschaltung und teilweiser Verschattung?

Ein 12V Solarmodul mit 36 Zellen ist, elektrisch betrachtet, nichts anderes als zwei 6V Module mit je 18 Zellen in Reihe geschaltet - nur eben in einem Gehäuse. Wenn wir jetzt zwei Solar-Module in Reihe schalten würden, sind das elektrisch gesehen vier einzelne Module mit je 18 Zellen in Reihe.

Jeder String hat eine Diode, die bei einer Verschattung den Strom durchleitet. Jeder String kann einzeln ausfallen, ohne die anderen zu beeinflussen.

2 Solarmodule in Reihe geschaltet

Was passiert bei der Reihenschaltung im Detail?
Wenn zwei Module in Reihe geschaltet werden, addiert sich die Spannung. Die MPP Spannung wird also von 18V auf 36V ansteigen. Es sind ja jetzt 72 Zellen in Reihe verbunden.

• Wenn nun eine einzelne Zelle verschattet wird, fällt wie oben beschrieben ein halbes Modul aus. Das hat zur Folge, dass die MPP Spannung um 9V einbrechen wird. Also von 36V auf 27V. Der MPPT Solarladeregler erkennt diesen Umstand und passt die Arbeitsspannung entsprechend an und arbeitet dann wie gewohnt weiter. Der Leistungsverlust wird bei 25% liegen.
• Verdeckt man jetzt zusätzlich eine Zelle auf dem zweiten Modul, werden die Dioden dieses Strings ebenfalls den Strom weiterleiten und die Spannung sinkt um weitere 9 Volt. Der Solarregler wird auch diesen Umstand erkennen und mit 18V weiterarbeiten. Verstanden? Jedes Modul liefert noch 9 Volt, was durch die Reihenschaltung in der Summe 18V ergeben und damit kann der Regler arbeiten.

Trotzdem raten sogenannte "Solarprofis" zur Parallelschaltung. Angeblich würde es bei teilweise Verschattung der Zellen zu weniger Leistungseinbruch kommen.

Schauen wir, was passiert bei Parallelschaltung wirklich passiert:

Was passiert bei der Parallelschaltung im Detail?

Wenn zwei Module parallel geschaltet werden, addiert sich nur der Strom, die MPP Spannung bleibt bei 18V. Es sind ja zweimal 18 Zellen parallel verbunden.

• Wenn nun eine einzelne Zelle verschattet wird, fällt wie oben beschrieben ein halbes Modul aus. Das hat zur Folge, dass die MPP Spannung des verschatteten Moduls um 9V einbrechen wird. Also von 18V auf 9V. Das andere Modul wird mit 18V weiter arbeiten. Dem MPPT Solarladeregler ist das egal, er arbeitet einfach mit der halben Leistung weiter, denn mit den 9V vom verschatteten Modul kann er nichts anfangen. Der Leistungsverlust wird also bei 50% liegen. Bei der Parallelschaltung von zwei Modulen würde jetzt nur noch 1 Modul über der Batteriespannung liegen und weiterarbeiten können. Die Leistung bricht also um 50% ein.
• Verdeckt man jetzt zusätzlich eine Zelle auf dem zweiten Modul, werden die Dioden dieses Strings ebenfalls den Strom weiterleiten und die Spannung sinkt auch bei diesem Modul auf 9 Volt ab. Dem Solarregler stehen jetzt nur noch 9V zur Verfügung und damit kann er nicht arbeiten. Verstanden? Jedes Modul liefert noch 9 Volt, was bei Reihenschaltung in der Summe 18V ergeben würde, reicht bei der Parallelschaltung nicht mehr aus und die Solaranlage ist außer Betrieb!

Krass, oder? Ich habe diese Werte selbst gemessen und auch bei der Firma SolarSwiss am Prüfstand nachstellen können.

Das waren jetzt die harten Fakten, die jeder selbst nachprüfen kann. Darum empfehle ich auch all meinen Kunden schon seit mehreren Jahren, wenn sinnvoll, die Module in Reihe zu schalten. Sinnvoll heißt aber, dass es trotzdem Fälle gibt, wo eine Parallelschaltung der Paneele sinnvoller ist.

Pro und Kontra zur Verschaltung von PV-Paneelen

Schaltbild für Solarmodule in Reihenschaltung

Schaltbild für Solarmodul in Parallelschaltung

Keine Regel ohne Ausnahmen. Auch wenn alles auf Reihenschaltung deutet, hat die Parallelschaltung schon auch ihre Berechtigung:

• Man kann zum Beispiel auch trotz mehrerer Module noch Votronic Geräte benutzen. Der VBCS Triple lässt nur 36V Eingangsspannung zu, die reinen MPPT Regler nur 50V. Wer also noch solche Geräte nutzt, muss bei Parallelschaltung bleiben.
• Wer das faltbare Solarmodul mit der Solaranlage auf dem Wohnmobil an einem gemeinsamen Solarregler betreiben möchte, dem bleibt nur Parallelschaltung als Lösung. Wobei ich bei den faltbaren Modulen immer zum separaten Laderegler rate, damit es keine Probleme mit unterschiedlichen Arbeitsspannungen gibt.
• Wenn Sie etwa das 40-zellige Solarmodul mit 220Wp aus meinem Shop mit einem 120Wp Modul, welches ebenfalls 40 Zellen hat, kombinieren möchten, bleibt wegen der unterschiedlichen hohen Modul-Ströme ebenfalls nur die Parallelschaltung übrig.

Kleine Fallen, in die man tappen kann

• Vorsicht bei Werbetricks: Es gibt 72 zellige Module, die trotzdem nur 18V MPP Spannung liefern. Hier wurden die Nachteile von geschnittenen Zellen mit den Nachteilen der niedrigen Spannung kombiniert. Bitte immer das Typenschild auf dem Modul beachten!
• 100Wp Module mit 72 Zellen sind vom Tagesertrag nicht besser als 100Wp Module mit 36 Zellen. Die beworbenen internen geringeren Verluste sind schon mit eingemessen beim 100Wp Modul. 100Wp bleiben auch mit 72 Zellen 100Wp und der Tagesertrag wird identisch sein. Wahr ist, dass man beim 72-zelligen Modul wegen der höheren Spannung dünnere Kabel verwenden kann.
• Schlecht ist: Bei Modulen mit hoher Zellenzahl und trotzdem geringer Leistung: Man muss sie parallel schalten, um die zulässige Eingangsspannung der Solarregler nicht zu überschreiten und hat so wieder die oben beschrieben Nachteile.
• Nicht jedes Modul mit dem Zusatz wie Hochleistungsmodul, Back-Contact, oder Fantasienamen wie Black-Contact ist automatisch das beste Modul. Der Modulwirkungsgrad Wp/m² trennt die Spreu vom Weizen!
• Schwarze Module haben weniger Leistung! Module werden bei 25°C vermessen. Da sich schwarz aber mehr aufheizt als weiß, werden schwarze Module immer weniger Leistung haben, als Module mit weißer Rückfolie.
• Achtung: Es gibt auch Solar-Module ohne Dioden - diese dürfen nur parallel angeschlossen werden!

Mischen von Reihen- und Parallelschaltung

2 Serie x 3 Parallel

Vorsicht bei einer Mischung aus Reihen- und Parallelschaltung. Hier ein Beispiel anhand von sechs Modulen: Es werden, wie auf dem Bild zu sehen, je zwei Module in Reihe angeschlossen und dann die drei Strings jeweils parallel. Einige machen das, um sich das Geld für einen Regler zu sparen, der für eine höhere Eingangsspannung ausgelegt ist. Ich rate davon ab, da hier die Leistung gleich um 1/3 einbricht, wenn nur eine einzige Zelle abgedeckt wird.

Mein Fazit

Ich würde die Reihenschaltung der Parallelschaltung vorziehen. Vier Module mit 36 Zellen oder drei Module mit 40 Zellen lassen sich an einem Victron MPPT Laderegler mit 100V Eingangsspannung anschließen. Victron Energy bietet auch MPPT Solarladeregler an, die mit 150V oder sogar 250V Eingangsspannung arbeiten. Diese sind jedoch entsprechend teurer. Daher lohnt es sich im Einzelfall verschiedene Möglichkeiten durchzurechnen. Oft kann man durch Splitten auf zwei Regler einiges an Geld einsparen.

Die Fotovoltaikanlage für unseren Allrad-Laster besteht aus 8 Modulen mit je 200Wp. Die Module haben 40 Zellen, was bei einer Reihenschaltung einer Leerlaufspannung von 220V entsprechen kann. Ein MPPT SmartSolar 250/60 wäre hier der richtige Regler gewesen. Aus Gründen der Redundanz, und um Hochspannung zu vermeiden, habe ich die Anlage gesplittet. Je vier Module sind in Reihe geschaltet und an einem SmartSolar MPPT 150/35 Regler angeschlossen (24V Bordnetzspannung).

Ach ja, haben Sie es bemerkt? Ich rede immer von Solarmodulen mit 36 Zellen. Auf den Bildern, wo ich die Reihenschaltung erkläre sind jedoch Solarmodule mit 40 Zellen. Das macht aber nichts, der Sinn meiner Aussage ändert sich dadurch nicht.