Solarstrom - Der Weg vom PV Modul bis in die Steckdose

Ein PV Modul besteht aus mehreren in Serie verschalteten Solarzellen. Eine herkömmliche Solarzelle besteht im Wesentlichen aus Silizium. Vereinfacht gesagt wird dafür gesorgt, dass bei Sonneneinstrahlung Elektronen freigesetzt werden. Zum Silizium werden gezielt Fremdatome hinzugefügt. Diese „Verunreinigung“ mit den Fremdatomen sorgt dafür, dass sich die Elektronen auf einer Seite und die Protonen auf der anderen Seite sammeln. So entsteht wie wir es z.B. von einer Batterie kennen ein Plus und ein Minuspol und es kann Gleichstrom fließen wenn ein Verbraucher angeschlossen wird.

Jede Solarzelle erzeugt bei Sonneneinstrahlung eine Spannung von etwa 0,6V. Da die Zellen in Serie verschaltet sind lässt sich die Spannung der einzelnen Zellen addieren. Bei einem Modul mit 60 Solarzellen ergibt das in dem Fall eine Modulspannung von 36V.


In Deutschland können wir im Durchschnitt mit einer Sonneneinstrahlung von 1000W/m² rechnen. Eine Solarzelle erzeugt bereits ab etwa 100W/m² die volle Spannung.


Die Spannung ist allerdings abhängig von der Temperatur. Bei hohen Temperaturen sinkt die Spannung, bei niedrigen Temperaturen steigt diese an.

Die Spannungen, die im Moduldatenblatt angegeben sind, werden bei Standard-Testbedingungen von 25°C gemessen.

Man unterscheidet hier zwischen Leerlaufspannung und MPP Spannung.

Die Leerlaufspannung ist die größte mögliche Spannung und liegt an wenn keine Last angeschlossen ist und somit kein Strom fließt.

Die MPP Spannung ist ist etwas kleiner als die Leerlaufspannung und liegt an wenn eine Last angeschlossen wird und somit auch Strom fließt.


Der Modulstrom selbst ist von der Einstrahlung abhängig. Je stärker die Einstrahlung, desto größer der Strom. Der im Datenblatt angegebene Kurzschlussstrom ist der maximale Strom, der vom Modul erzeugt werden kann wenn dieses kurz geschlossen wird.


Hier sehen wir eine Zell-Kennlinie. Man erkennt, dass die größte Leistung dann erzielt wird, wenn sich der Arbeitspunkt bei MPP Spannung und MPP Strom befindet. Diese Kennlinie kann auch für ein ganzes PV Modul übernommen werden, die Zahlen werden dann aufgrund der Zellen, die sich addieren einfach größer. Die Kennlinie an sich bleibt aber gleich.



Haben wir also ein Modul mit einer MPP Spannung von 36V und einem MPP Strom von 10A so ergibt sich im besten Fall eine Leistung von 360W. Hier handelt es sich um Gleichstrom, unsere haushaltsüblichen Verbraucher benötigen aber Wechselstrom. Für die Umwandlung Gleichstrom in Wechselstrom benötigt es einen PV Wechselrichter. Dieser ist auch zuständig, dass zu jedem Zeitpunkt der beste Arbeitspunkt herausgesucht wird.

Da dieser aber meist eine höhere Eingangsspannung benötigt als 36V werden Module in Serie geschaltet und die Spannungen werden somit addiert. Diese in Serie geschalteten Module nennt man dann einen PV String. So haben wir bei zehn in Serie geschalteten Modulen eine MPP Spannung von 360V, der Strom bleibt aber im gesamtes String gleich. Dieser verdoppelt sich nur dann wenn Module parallel geschaltet werden.


Merke:

In der Serienschaltung erhöht sich die Spannung

In der Parallelschaltung erhöht sich der Strom


Wenn nun am Wechselrichter ein String mit 10 Modulen angeschlossen wird, haben wir eine MPP Spannung von 360V und einen MPP Strom von 10A. Das bedeutet eine Anlagengröße von 3600Wp. Dieser Gleichstrom, der von den PV Modulen im String erzeugt wird kann nun vom Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt werden.