Stringplanung: wie viele Module an einen Strang gehören

Die drei harten Grenzen

1. Maximale Systemspannung — der Kältefall

Die kritische Grösse ist nicht die Spannung im Betrieb, sondern die Leerlaufspannung eines kalten Strings am frühen Morgen. Der Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung ist negativ: Je kälter das Modul, desto höher die Spannung. Bei der tiefsten am Standort zu erwartenden Temperatur muss die Summe der Leerlaufspannungen aller Module eines Strings unter zwei Werten bleiben — der maximalen Eingangsspannung des Wechselrichters und der Systemspannung des Moduls (in der Regel 1000 oder 1500 Volt).

Diese Grenze ist die einzige, deren Überschreitung unmittelbar zu Geräteschäden führen kann; massgebend sind die Vorgaben der Hersteller von Modul und Wechselrichter, die einzuhalten sind. Sie wird mit der Auslegungstemperatur des Standorts gerechnet, nicht mit einem runden Wert. Für Schweizer Lagen bedeutet das je nach Höhe deutlich unter minus zehn Grad.

2. MPP-Spannungsfenster — der Hitzefall

Am anderen Ende steht der heisse Sommernachmittag: Die Modultemperatur liegt weit über der Lufttemperatur, die Spannung sinkt. Fällt der String unter die untere Grenze des MPP-Spannungsfensters, kann der Wechselrichter den Arbeitspunkt nicht mehr halten und arbeitet ausserhalb des Optimums. Der String verliert dann nicht spektakulär, sondern still — was die Fehlersuche später schwierig macht.

Ein zu kurzer String ist deshalb kein sicherer, sondern ein schlechter String.

3. Strom je MPP-Tracker

Parallel geschaltete Strings addieren ihre Ströme. Der maximale Eingangsstrom je Tracker und der maximale Kurzschlussstrom stehen im Datenblatt des Wechselrichters; moderne Module mit grossen Zellformaten erreichen die Grenze schneller, als die Modulzahl vermuten lässt.

Die Startspannung: der übersehene Wert

Ein Wechselrichter beginnt erst zu arbeiten, wenn die Eingangsspannung die Startspannung überschreitet. Bei kurzen Strings verschiebt das den Betriebsbeginn in den Morgen hinein und das Betriebsende in den Abend vor. Über das Jahr summiert sich das — besonders bei Ost-West-Anlagen, deren Flanken ohnehin bei niedriger Einstrahlung arbeiten. Der Wert steht im Datenblatt und wird in vielen Auslegungen schlicht nicht geprüft.

Das DC/AC-Verhältnis: eine Abwägung, keine Regel

Das Verhältnis der installierten Modulleistung zur Wechselrichter-Nennleistung (Auslegungsfaktor) ist die einzige Grösse in der Stringplanung, bei der es kein Richtig gibt, sondern ein Optimum. Eine leichte Überbelegung ist üblich, weil die Anlage die Nennleistung ohnehin nur in wenigen Stunden im Jahr erreicht: Der Wechselrichter arbeitet dann länger im wirkungsgradstarken Bereich, und die Kosten je Kilowattstunde sinken.

Zu weit getrieben führt sie zu Abregelung in den ertragreichsten Stunden. Wo das Optimum liegt, hängt an Ausrichtung, Neigung, Standort und Verschattung — eine flach geneigte Ost-West-Anlage verträgt deutlich mehr Überbelegung als eine steile Südanlage mit ausgeprägter Mittagsspitze. Wer dieselbe Zahl auf jedes Dach anwendet, verschenkt auf dem einen Ertrag und kauft auf dem anderen Wechselrichterleistung, die nie gebraucht wird.

Was Verschattung mit der Verschaltung zu tun hat

Alle Module eines Strings führen denselben Strom. Ein verschattetes Modul bremst die anderen mit — die Zusammenstellung der Strings ist damit auch eine Verschattungsentscheidung. Zwei Grundsätze:

• Module gleicher Ausrichtung und Neigung gehören in denselben String. Wer Ost- und Westfläche mischt, hat zu keiner Tageszeit einen sauberen Arbeitspunkt — es sei denn, jede Fläche bekommt ihren eigenen MPP-Tracker.
• Module gleicher Verschattungssituation gehören zusammen. Was hinter dem Kamin liegt, bildet lieber einen eigenen kurzen String als die freie Fläche mitzuziehen.

Die Prüfliste vor der Bestellung

1. Leerlaufspannung bei minimaler Standorttemperatur × Modulzahl < kleinerer Wert aus maximaler Eingangsspannung und Systemspannung
2. MPP-Spannung bei maximaler Modultemperatur × Modulzahl > untere MPP-Grenze
3. MPP-Spannung bei Auslegungstemperatur innerhalb des Fensters, mit Abstand zu beiden Rändern
4. Summe der Strangströme < maximaler Eingangsstrom je Tracker
5. Startspannung im normalen Betrieb sicher überschritten
6. Auslegungsfaktor zur Ausrichtung passend, Abregelverluste gerechnet
7. Strings gleicher Ausrichtung, Neigung und Verschattung
8. Grenzwerte aus dem Datenblatt der zutreffenden Revision, nicht aus einer Händlerliste

PV-Pro prüft diese Grenzen beim Zeichnen der Strings mit und meldet, welcher String warum ausserhalb liegt — nicht erst im Prüfbericht am Ende, sondern während der Zuordnung. Die Kennwerte stammen dabei aus der Bauteilbibliothek, die Datenblattangaben je Modell führt.