Poly- vs. Mono- vs. flexible Solarmodule und Reihen- vs. Parallelschaltung

Bei der Auswahl der Solarmodule, die Ihren Anforderungen am besten entsprechen, müssen Sie zahlreiche Variablen berücksichtigen: monokristallin oder polykristallin, harte oder flexible Module, Reihen- oder Parallelschaltung der Solarmodule oder eine Kombination aus beidem.

Dieser Artikel hilft Ihnen, Klarheit bei den anstehenden Entscheidungen zu schaffen. Beginnen wir mit den Solarmodulen. Wir besprechen den Unterschied zwischen monokristallinen und polykristallinen Modulen, den bewährten Solarmodulen mit Herzrahmen. Außerdem besprechen wir den Unterschied zwischen diesen traditionellen Modulen und den neueren, flexiblen Solarmodulen. Abschließend besprechen wir die Verkabelung Ihrer Solarmodule, ob sie in Reihe oder parallel geschaltet werden sollten, sowie die Vor- und Nachteile der beiden Optionen.

Monokristallin vs. Polykristallin

Schauen wir uns gleich monokristalline und polykristalline PV-Module an. Die Hauptunterschiede zwischen diesen Modulen liegen in der Haltbarkeit und Optik, der Effizienz und Größe sowie den Kosten pro Watt.

Haltbarkeit

Beide PV-Module sind extrem langlebig. Sie verfügen über einen Aluminiumrahmen mit einer Abdeckung aus gehärtetem Glas, die alle energieerzeugenden Solarzellen abdeckt. Die Hersteller gewähren für diese Photovoltaikmodule in der Regel eine Garantie von etwa 25 Jahren, was angesichts der Produktgarantien recht lange ist. Auch wetterbeständig sind diese Module extrem widerstandsfähig, selbst gegen starke Winde und mittelgroßen Hagel. Als Faustregel gilt: Wenn das Wetter Ihr Dach beschädigen kann, kann es auch Ihre Solarmodule beschädigen.

Effizienz und Größe

Lassen Sie uns nun über die Effizienz und Größe der einzelnen PV-Module sprechen. Monokristalline Solarmodule werden aus hochwertigeren Silizium-Wafer hergestellt. Daher sind sie im Allgemeinen effizienter als polykristalline Module (der Wirkungsgrad bezeichnet den Prozentsatz der Energie, der in Strom umgewandelt wird). Bei monokristallinen Modulen im oberen Preissegment, die in Massenproduktion hergestellt werden, liegt der Wirkungsgrad bei etwa 20% (z. B.: Couleenergy Solarmodul, CLM-330M-60 Serie, bestehend aus 158,75 mm × 158,75 mm großen quadratischen Mono-PERC-Zellen); und bei polykristallinen Solarmodulen im oberen Preissegment liegt die Leistung bei etwa 17%. Da Mono-Solarmodule effizienter sind, ist ihr Platzbedarf nur geringfügig geringer als bei Poly-Solarmodulen. Wenn Sie ein 330-Watt-Mono-Solarmodul (1665 mm) haben1002mm=1,67m²) im Vergleich zu einem 330 Watt Poly Solarpanel (1956mm992 mm = 1,94 m²), das Mono-Solarpanel ist einfach kleiner und nimmt nicht ganz so viel Platz ein wie das Poly-Panel.

PS: Die Effizienz von Solarmodulen wird durch zwei Hauptfaktoren bestimmt: die Effizienz der Solarzelle, basierend auf dem Zelldesign und dem Siliziumtyp, und die Gesamteffizienz des Moduls, basierend auf dem Zelllayout, der Konfiguration und der Größe des Solarmoduls.

Kosten pro Watt

Betrachten wir nun die Kosten pro Watt für jedes dieser Solarmodule. Im Allgemeinen sind sie ungefähr gleich, aber monokristalline Solarmodule werden mit hochwertigerem Silizium hergestellt, was wiederum den Herstellungsprozess etwas teurer macht, sodass der Verbraucher etwas mehr dafür bezahlen muss.

Vor zehn Jahren, als wir unsere monokristallinen Solarmodule produzierten, war es noch recht günstig, Solarmodule für etwa einen Dollar pro Watt zu kaufen. Doch im Laufe der Zeit und mit der steigenden Nachfrage nach Solarenergie sind die Kosten bzw. der Preis für Solarmodule gesunken. Heute sollten sowohl Mono- als auch Poly-Solarmodule (hocheffiziente Solarmodule) problemlos für etwa 20 bis 25 Cent pro Watt erhältlich sein.

Traditionelle vs. flexible Solarmodule

Wir besprechen nun die Unterschiede zwischen den herkömmlichen Solarmodulen und den neueren, flexiblen Solarmodulen (Solarschindeln). Dabei geht es auch um Haltbarkeit, Optik, Effizienz, Größe und Kosten pro Watt.

Haltbarkeit

Erstens: Haltbarkeit. Die herkömmlichen Hartglas-Panels sind wirklich sehr langlebig. Flexible Panels hingegen sind nicht so langlebig. Es kann zu Problemen wie Kratzern, Mikrokratzern und Rissen an den Solarzellen kommen, da die Oberfläche nicht durch Hartglas geschützt ist. Außerdem gibt es keine 25-jährige Herstellergarantie. Flexible Solarpanels haben in der Regel eine Garantie von etwa 5 Jahren, da die meisten Hersteller, darunter auch einige führende Solarunternehmen, nicht mit einer so langen Lebensdauer rechnen.

Effizienz und Größe

Was Effizienz und Größe angeht, sind diese flexiblen Solarmodule möglicherweise nicht so effizient wie herkömmliche Solarmodule. Im oberen Bereich liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad dieser flexiblen Module bei etwa 15–16%. Und das ist nicht sehr gut, wenn man es mit 17% der polykristallinen Photovoltaikmodule und 20% der monokristallinen PV-Module vergleicht. Der Unterschied in der Effizienz führt dazu, dass Sie mehr PV-Module kaufen müssen. Oder jedes PV-Modul wird größer sein und einen größeren Platzbedarf und eine größere Oberfläche haben, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen. Sprechen wir nun über die Größenunterschiede zwischen den beiden Arten von Solarmodulen. Die herkömmlichen PV-Module sind erheblich sperriger und schwerer als die flexiblen PV-Module. Das ist offensichtlich einer der Hauptvorteile der flexiblen Module gegenüber den herkömmlichen.

Ein Beispiel: Ein 180-Watt-12-V-Mono-Solarmodul, das wir auf unserem Wohnmobil haben, wiegt 11,5 kg und ist etwa 7,5 bis 10 cm dick (einschließlich Halterungen). Zum Vergleich: Es gibt ein flexibles 180-Watt-Solarmodul, das vielleicht 2,4 kg wiegt und weniger als einen halben Zoll dick ist. Das ist wirklich eine erstaunliche Leistung.

Kostenunterschiede

Beachten Sie nun die Kostenunterschiede zwischen herkömmlichen und flexiblen Modulen. Wie Sie wissen, kosten herkömmliche PV-Module zwischen 20 und 25 Cent pro Watt und sind somit qualitativ hochwertig. Wir haben online schnell nach den Preisen für flexible Module gesucht und ein flexibles 180-Watt-Modul für über $200 gefunden, das mit etwa $1,1 pro Watt deutlich teurer ist. Das ist mehr als das Fünffache aller anderen Solarmodule. Sie werden ein Vermögen kosten. Und ja, wenn Sie über ein dickes Budget verfügen, sollten Sie sich unbedingt für flexible Solarmodule entscheiden.

Aber keine Sorge, Sie bekommen vielleicht einen guten Preis für die bestmögliche Flexibilität Mono-PERC-Solarmodule mit Shingled-Technologie bei Couleenergy.

Reihen- und Parallelschaltung von Solarmodulen

So, Leute, jetzt kommen wir zum letzten Thema: der Reihen- und/oder Parallelschaltung von Solarmodulen. Dieses Thema kann sehr verwirrend sein. Unser Ziel in diesem kurzen Abschnitt ist es, es so klar und verständlich wie möglich zu gestalten. Bevor wir loslegen, möchten wir unser Gedächtnis an die Beziehung zwischen Watt, Volt und Ampere auffrischen. Wie Sie sich vielleicht erinnern, haben wir besprochen, dass Watt gleich Volt mal Ampere ist. Diese Gleichung wird in unseren heutigen Szenarien sehr wichtig sein. Wenn wir die Reihen- und Parallelschaltung veranschaulichen, verwenden wir unser eigenes System als Referenz. Wir haben also vier 330-Watt-Mono-PV-Module für eine Gesamtleistung von 1320 Watt. Wir wissen, dass wir 330-Watt-Mono-Solarmodule mit 33,8 Volt haben, und das ergibt eine Stromstärke von etwa 9,77 Ampere auf jedem dieser monokristallinen Solarmodule.

Reihenschaltung

Als Erstes sollten wir die Reihenschaltung besprechen. Bei der Reihenschaltung Ihrer Photovoltaikmodule müssen Sie sich die Module wie zu einem Strang zusammengeschaltet vorstellen. Sie nehmen jedes dieser 330-Watt-Module und verbinden sie zu einem einzigen 1320-Watt-Solarmodul. Dies geschieht im elektrischen, nicht im physikalischen Sinne. Natürlich bleiben es vier separate monokristalline Photovoltaikmodule, aber elektrisch gesehen werden sie zu einem einzigen 1320-Watt-Solarmodul zusammengeschaltet. Was ändert sich dadurch an der Photovoltaikanlage? Wenn Sie alle monokristallinen Photovoltaikmodule miteinander verbinden, verbinden Sie den Pluspol eines Modulkabels mit dem Minuspol, ein weiteres Kabel mit dem Minuspol des nächsten Moduls und so weiter und so fort. Was übrig bleibt, ist ein einzelnes 1320-Watt-Mono-PV-Panel, aus dem ein einzelnes Minuskabel und ein einzelnes Pluskabel herauskommen.

Was sich bei diesem Vorgang ändert, ist die Spannung Ihrer PV-Anlage. Denken Sie daran: Bei einer Reihenschaltung ändert sich nur die Spannung. Wenn Sie also vier 33,8-V-Couleenergy-Mono-PERC-Solarmodule miteinander verbinden, multiplizieren Sie diese 33,8 Volt mit vier und erhalten 135,2 Volt. Sie erhalten also ein 1320-Watt-Solarmodul mit 135,2 Volt. Mit der Gleichung, die wir gerade besprochen haben (Watt = Volt mal Ampere), erhalten Sie 1320 Watt in Watt und 135,2 V in Volt, aber nicht die Ampere. Um diese Gleichung ganz einfach zu lösen, nehmen Sie einfach 1320 Watt geteilt durch 135,2 V (V). Das ergibt 9,77 Ampere. Sie haben also eine 1320-Watt-Photovoltaikanlage mit 135,2 Volt und 9,77 Ampere.

Parallelverdrahtung

Damit ist die Serie abgeschlossen. Sprechen wir über die Parallelschaltung. Bei der Parallelschaltung dieser vier monokristallinen Solarmodule ist es fast genau umgekehrt. Jedes dieser 330-Watt-PV-Module bleibt ein separates Solarmodul. Sie sind einzelne Solarmodule, die unterschiedliche Energiemengen bei 33,8 Volt erzeugen. Das Einzige, was sich bei der Parallelschaltung ändert, ist, dass von einem PV-Modul ein Plus- und ein Minuspol ausgehen, vom nächsten ein Plus- und ein Minuspol und so weiter. Keines davon ist miteinander verbunden. Das Einzige, was sich ändert, ist die Amperezahl Ihrer Solaranlage. Sie haben also weiterhin eine 1320-Watt-Solaranlage mit 33,8 Volt. Und zurück zu unserer Gleichung: Watt = Volt mal Ampere. Um die Antwort für die parallel geschaltete PV-Anlage zu finden, nehmen wir diese 1320 Watt und teilen sie durch 33,8 Volt. Das Ergebnis sind 39,08 Ampere. Wie Sie vielleicht schon erraten haben, sind das 9,77 Ampere pro Modul multipliziert mit vier, da wir vier monokristalline Solarmodule haben. 9,77 mal vier ergibt also 39,08 Ampere. Das Einzige, was sich bei der Parallelschaltung einer Solaranlage ändert, ist die Amperezahl. Sie vervierfachen die Amperezahl.

Vorteile und Nachteile

Ok, jetzt wissen wir, wie man sowohl in Reihe als auch parallel verdrahtet. Jetzt müssen Sie nur noch die Vor- und Nachteile beider Schaltungen herausfinden. Wir gehen auf die Kabeldimensionierung, Schattenprobleme und die Größe des Ladereglers ein.

Drahtdimensionierung

Was die Kabeldimensionierung betrifft, so hängt diese, falls Sie es noch nicht wissen, direkt mit der durch das Kabel fließenden Amperezahl zusammen. Jedes Kabel ist also für eine bestimmte Amperezahl ausgelegt. Je kleiner also die Amperezahl, desto kleiner der Kabelquerschnitt. Bedenken Sie, dass unsere in Reihe geschalteten 1320-Watt-Mono-PV-Module 135,2 Volt bei 9,77 Ampere und parallel 33,8 Volt bei 39,08 Ampere hatten. Sie werden feststellen, dass die in Reihe geschalteten Mono-Solarmodule deutlich dünnere Kabel haben als die parallel geschalteten.

Schattierungsprobleme

Gerade bei Verschattung ist die Parallelschaltung ein großer Vorteil. Erinnern Sie sich an die Reihenschaltung von Solarmodulen? Sie schalten alle Module zusammen. Es handelt sich also um eine einzelne Einheit. Alle PV-Module arbeiten zusammen, um Energie zu erzeugen. Wird eines dieser monokristallinen Solarmodule beschattet, fällt die gesamte Anlage aus. Das liegt an der Funktionsweise von Solarmodulen. Wenn Sie ein einzelnes 330-Watt-Mono-PERC-Solarmodul haben und dieses beschattet wird, produziert es keine Energie mehr. Der einzige Grund für den Ausfall der gesamten PV-Anlage bei Reihenschaltung ist die gemeinsame Verschaltung. Jedes Modul ist also voneinander abhängig. Der Vorteil der Parallelschaltung von Solarmodulen liegt darin, dass alle monokristallinen Module Einzelmodule sind. Wird ein PV-Modul beschattet, fallen nur 25 % Ihrer PV-Anlage aus. Die verbleibenden drei Ihrer vier monokristallinen Solarmodule können weiterhin Energie erzeugen. Heute haben einige führende Hersteller (führende Solarunternehmen wie Jinko Solar, Risen Energy, Longi Solar, Canadian Solar, JA Solar, Couleenergy, Trina) die Parallelschaltung in ihren Halbzellen-Solarmodule.

Größe des Ladereglers

Als letztes möchten wir die Größe des Ladereglers besprechen. Wenn man die Stromstärke der Solarmodule betrachtet, stellt man fest, dass parallel geschaltete PV-Module mehr Ampere liefern als in Reihe geschaltete. Daher benötigt ein parallel geschaltetes Solarmodulsystem einen deutlich größeren Laderegler.

Serien-Parallele Hybridkonfiguration

Okay, Leute, ich hoffe, das war nicht so verwirrend und hat die Sache nicht noch komplizierter gemacht. Es gibt jedoch eine dritte Möglichkeit, die Sie bei der Verkabelung von Photovoltaikmodulen anwenden können. Sie können sie in Reihe und parallel schalten. Das heißt, wenn wir zwei monokristalline 330-Wp-Solarmodule und zwei weitere nehmen und diese in Reihe schalten, erhalten Sie monokristalline Solarmodule mit 660 Watt und 67,6 Volt. Denn wir wissen, dass sich die Spannung bei Reihenschaltung verdoppelt. Und dann nehmen Sie beide dieser 600-Watt-Monomodule mit 67,6 Volt und schalten sie parallel. Wie Sie wissen, verdoppelt sich bei Parallelschaltung die Stromstärke. Die Spezifikationen für dieses System wären also 1320 Watt bei 67,6 Volt und 19,54 Ampere. Das ist die dritte Möglichkeit, eine Art Mischung und in den meisten Fällen die beste Option.

Abschluss

Wir verwenden diese Abbildung natürlich nur als Beispiel, um Ihnen diese Konzepte zu erklären. Natürlich können Sie die Größe Ihrer Solarstromversorgung ändern. Sie können die Anzahl der PV-Module ändern. Sie können all das ändern. Erinnern Sie sich, als wir sagten, Solarenergie sei praktisch unbegrenzt. Genau das meinen wir. Es ist sehr verwirrend. Aber sobald Sie alle Konzepte verstanden haben, werden Sie erkennen, wie die Dinge miteinander verknüpft sind und Ihnen viel mehr Sinn ergeben.

Falls Ihnen dieser Artikel im Moment nicht weiterhilft, empfehlen wir Ihnen, weiter zu recherchieren, um unsere Inhalte später noch einmal gründlich zu vertiefen. Wir hoffen, Ihnen gefällt dieser Artikel. Wenn ja und Sie vielleicht etwas gelernt haben, geben Sie uns unten ein „Gefällt mir“. Vielen Dank!