Die Auswahl der PV-Panels: Spannung vs. Strom

 

Eine Sache, die ich durch die Inbetriebnahme meines Balkonkraftwerks bewusst wurde, ist die Bedeutung der Spannung und Stromwerte der Panels: Die in meinem Balkonkraftwerk verwendeten PV-Panels liefern eine sehr niedrige Spannung: 24,8 (Vmp) und dafĂŒr einen hohen Strom von bis zu 16,51A (Imp). Beim Vergleich der Leistungsdaten mit einigen Wechselrichtern habe ich festgestellt, dass aktuelle Wechselrichter grĂ¶ĂŸtenteils nicht mehr als 13A verarbeiten können und die maximale Peak-Leistung limitieren wĂŒrden. Der Fronius Gen24 als Beispiel kann zwar auf einem MPP-Tracker 25A, auf dem zweiten aber auch nur 12,5A, was die maximal mögliche Leistung beim Einsatz der Panels auf dem 2 Strings herabsetzen wĂŒrde.

Achtung: Die maximal mögliche Modulanzahl ist durch den Temperaturkoeffizient limitiert 

FĂŒr die Planung einer PV-Anlage ist die Spannung der Module entscheidend. Speziell bei niedrigen Temperaturen könnte die Spannung zum Problem werden, diese mit abnehmender Temperatur höher ist als die angegebe Spannung des Datenblatts. Konkret, ist fĂŒr den Fronius Gen24 ein Udc max von 1000 Volt angegeben.

Quelle: https://www.fronius.com/~/downloads/Solar%20Energy/Datasheets/SE_DS_Fronius_Symo_GEN24Plus_DE.pdf

Als Beispiel betrÀgt die Leerlaufspannung bei Verwendung von Meyer Burger White 390 PV-Panels: 44,5 V

Quelle: https://www.meyerburger.com/fileadmin/user_upload/PDFs/Produktdatenblaetter/DE/DS_Meyer_Burger_White_de.pdf

Die Spalte STC spiegelt die Standard Test Conditions wider: Eine Sonneneinstrahlung von 1000W/mÂČ, bei einer Zelltemperatur von 25°C.

FĂŒr meine Anlage habe ich 19 Modulen pro String geplant, ergibt eine Leerlaufspannung von 44,5Voc * 19 Panels = 845,5V, bei einer Umgebungstemperatur von 25°C (laut STC). Der Wechselrichter kann laut Datenblatt Udc max 1000V, also alles im grĂŒnen Bereich.

Sinkt die Temperatur, erhöht sich die Spannung um den Temperaturkoeffizient Voc ß: -0,234% / K

Umgerechnet auf eine Umgebungstemperatur von -10 °C (35°C weniger als die 25°C STC Temperatur), wĂŒrde die Spannung um 35 °C  x 0,234 %/K = 7,02 V höher sein als angegeben: 44,5 Voc + 7,02 V = 51,52Voc / Modul; Bei 19 Modulen: 1001,11V: Mit diesem Setup ĂŒbersteigt die Leerlaufspannung der Panels bei einer Temperatur von -10 °C die vom Wechselrichter vorgegebene Spannung von 1000 V Udc max. Wie tief die Temperatur im Winter sein kann, ist natĂŒrlich vom Standort der Anlage abhĂ€ngig. Ich schĂ€tze auch, dass die richtig tiefen Temperaturen mehr in der Nacht oder den frĂŒhen Morgenstunden erreicht werden und das Modul bei Sonnenschein schnell eine leicht höhere Temperatur als die gemessene Temperatur im Schatten besitzt? Zudem vermute ich, dass die Spannung der Module bei Sonnenaufgang zunĂ€chst langsam steigt und der Wechselrichter diese normalerweise belastet bevor die volle Leerlaufspannung erreicht wird. An dieser Stelle kann ich bestimmt nach dem nĂ€chsten Winter eine genauere Auskunft geben, entsprechend werde ich diesen Artikel dann updaten ... 

Zuletzt noch kurz ein Blick auf die Stromwerte:
Bei hohen Temperaturen sinkt die Spannung, dafĂŒr steigt aber der Strom. Der maximale Strom wĂŒrde entsprechend fĂŒr angenommene 70°C bei 10,3A + ((70°C-25°C) x 0,033α) liegen = 11,78 A. Der maximale Strom Idc max ist fĂŒr den Fronius GEN24 mit 12,5 A fĂŒr den zweiten MPPT angegeben. Zwar kann dieser Wert ĂŒberschritten werden, ohne den Wechselrichter zu zerstören, er kann dennoch nicht mehr als die 12,5A verarbeiten, was bei bestimmten Panels zu einer Leistungsminderung fĂŒhren kann.

Mit einem Multimeter und Thermometer nachgemessen

Ich habe die Spannung von 19 Panels in Serie mit einem Multimeter gemessen: diese betrĂ€gt 786 V bei 36°C unter dem Modul. FĂŒr die Temperaturmess habe ich einen Aquara Zigbee Sensor verwendet.

Laut dem Datenblatt sinkt die Spannung pro °C um 0,234 V. Bei 11°C Unterschied (36°C Paneltemperatur - 25°C STC Temperatur) um 11 °C x 0,234 %/K =2,574 V/Panel.
Die Leerlaufspannung pro Panel wĂŒrde bei 36°C also 44,5V (Leerlauf STC) - 2,574V (11°C x 0,234
ß Voc)  = 41,9 V betragen. 

Der errechnete Wert fĂŒr 19 Panels bei 36°C liegt bei 41,9V x 19 Panels = 796,6 V. Der Unterschied zur tatsĂ€chlich gemessenen Spannung von 786V liegt ziemlich in der NĂ€he. Die Abweichung lĂ€sst sich durch Messungenauigkeiten des Multimeters und Thermometers, sowie dessen Position erklĂ€ren, da die Zelltemperatur ev. leicht von der Temperatur unter dem Panel abweicht ...

Fazit

Die Auswahl des Wechselrichter und der passenden PV-Panels ist wesentlich fĂŒr einen optimalen Betrieb. Speziell bei PV-Modulen mit einem Strom höher 13A könnte die maximal mögliche Peak-Leistung beim Einsatz so mancher Wechselrichter niemals erreicht werden. Auf der anderen Seite limitieren hohe Spannungen die maximal mögliche Anzahl an PV-Panels in einem String. Seitens Spannung sollte unbedingt genĂŒgend Puffer eingeplant werden, damit der Wechselrichter bei tiefen Temperaturen nicht ĂŒberfordert wird. Zur generellen Planung einer PV-Anlage, siehe auch: PV - Überlegungen - Planung - Umsetzung und Fronius Gen24 Inbetriebnahme in der Praxis: Schritt fĂŒr Schritt

 

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