Auswahl von PV Modulen

Arten / Vor- und Nachteile

Wir sprechen nur noch von Paneelen mit monokristallinen Solarzellen:

Diese Paneele bestehen aus einzelnen Siliziumkristallen und bieten eine hohe Effizienz, sind jedoch teurer in der Herstellung als die früher verwendeten polykristallinen Solarzellen.

Bei modernen Modulen sprechen wir von Wirkungsgraden über 20%.

Die neueren Modelle wie Tongwei, Trina oder Canadian haben sogar Wirkungsgrade von 22-24%. Damit lassen sich bei gleicher Fläche höhere Leistungen verwirklichen.

 

Begriffserklärung:

Sie werden immer wieder auf folgende Begriffe stoßen, welche wir hier kurz erläutern möchten:

1. PERC-Technologie (Passivated Emitter Rear Cell): PERC-Technologie verwendet eine zusätzliche Schicht auf der Rückseite der Solarzelle, um die Reflektion von Licht zu nutzen und die Effizienz zu steigern.
2. Bifaziale Module: Diese Module können Licht von beiden Seiten aufnehmen, indem sie das reflektierte Licht von Oberflächen wie Wasser oder Schnee nutzen. Dies erhöht die Energieausbeute.
3. Glas/Glas Module: Dies beschreibt den Aufbau des Paneels. Daher, es ist auf der Vorder- und auf der Rückseite Glas im Gegensatz zu den Glas / Folien Modulen (Welche vorne Glas und hinten eine Kunststoff-Folie haben) Eine Qualitätswertung lässt sich damit ableiten.
4. Halbzellen-Photovoltaikmodule: Halbzellen-Photovoltaikmodule sind eine Weiterentwicklung herkömmlicher monokristalliner oder polykristalliner Photovoltaikmodule. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Solarzellen in diesen Modulen in zwei Hälften geteilt sind, wodurch kleinere Zellen entstehen. Diese kleineren Zellen haben mehrere Vorteile: kleinere Leistungsverluste, bessere Wärmeableitung und längere Lebensdauer.
5. Shingled-Technologie: Die Shingled-Technologie ist eine innovative Methode zur Anordnung von Solarzellen in Photovoltaikmodulen. Bei dieser Technologie werden die Zellen nicht wie bei herkömmlichen Modulen flach angeordnet, sondern überlappen sich wie Schindeln auf einem Dach. Durch die weitere Unterteilung der Zellen gegenüber den Halbzellen Modulen ergeben sich noch bessere Verschattungseigenschaften. Jedoch ist der Produktionsaufwand höher und damit auch der Preis. Die Shingled Technologie weist folgende Vorteile auf: höhere mechanische Stabilität, bessere Verschattungseigenschaften und besseres Schwachlichtverhalten – somit auch eine bessere Ausbeute am Morgen und am Abend.
6. N-Typ; P-Typ Zellen: Der Unterschied zu den herkömmlichen P-Typ Modulen liegt in der Dotierung. Bei P-Typ-Zellen ist der kristalline Siliziumwafer mit Bor positiv dotiert, bei N-Typ mit Phosphor negativ. N-Typ-Zellen haben eine längere Lebensdauer und auch ein besseres Schwachlichtverhalten. Also ebenso wie bei Shingled Modulen mehr Leistung bei geringer Sonneneinstrahlung, wie etwa in den frühen Morgenstunden und abends bei Sonnenuntergang.
7. TopCon Technologie: Diese Technologie wurde 2013 vom Frauenhofer-Institut (ISE) vorgestellt. Die Technologie besteht aus n-type-Solarzellen mit passivierenden Kontakten. Die Module verfügen über eine starke Oberflächenpassivierung und einen effektiven Ladungsträgertransport, die zu einer hohen Leerlaufspannung und einem hohen Wirkungsgrad beitragen. Es wird also der Metallkontakt zur Siliziumschicht minimiert.
8. Bypass Dioden: Praktisch in jedem modernen PV-Modul verrichten diese Bypass Dioden ihre Arbeit bei Verschattung. Weit verbreitet hält sich noch die Meinung, dass die Verschattung von Modulen oder auch nur von Teilen der PV-Zellen zu einem Leistungseinbruch der ganzen Anlage führt. Dies war früher tatsächlich der Fall. Seit Aufkommen der günstig herzustellenden Bypass Dioden ist das jedoch Geschichte. Wo früher mit Leistungsoptimierern gearbeitet werden musste, übernimmt diese Arbeit nun die Diode (meist 3 oder mehrere). Dabei schaltet die Diode den Teil des Moduls weg, der Verschattet ist. Natürlich kommt es dabei zur Leistungseinbuße (aber nur um den Teil, der von der Diode weggeschaltet ist).
9. Optimierer: Leistungsoptimierer werden meist direkt an die PV Module gebaut und dienen der Optimierung bei ungünstigen Bedingungen. Früher in erster Linie bei Verschattung in Verwendung werden sie jetzt sinnvollerweise nur noch bei Zusammenschluss von unterschiedlichen Ausrichtungen von Modulen verwendet.

Beispiel: für einen String sollen in diesem Beispiel mindestens 5 Module mit je 40 V(mpp) in Serie geschaltet werden, um die Mppt-Start-Spannung des Wechselrichters von 200 Volt zu erreichen. Reicht der Platz jedoch nur für 2 Module östlich und 3 im Süden, so kann man diese nicht einfach zusammenschalten. Die südlichen Module würden die östlichen Module am Morgen ausbremsen und die östlichen Module die südlichen ab dem späteren Vormittag.

Werden nun Optimierer an die Module angeschlossen, so tasten die Optimierer das Netz ab, um die vorhandene MPPT Spannung zu erfassen. Diese Spannung wird nun von den Optimierern erzeugt und ins System geliefert. Intern, also auf der Primär Seite zum Modul hin – wird jedoch die vom Modul als optimal empfundene Spannung gewählt, um ein Maximum an Leistung aus dem Modul zu generieren. Somit liefert jedes Modul seine mögliche Leistung ohne sich gegenseitig zu behindern.

MPP Tracking (Max Power Point Tracking): kurz umschreiben bedeutet MPPT einfach, dass der Wechselrichter sich den Punkt sucht, wo er vom Modul bzw. dem String aus PV-Modulen die maximale Leistung erhält. Dieser Punkt wird durch den Wechselrichter in gewissen Zeitabständen neu ermittelt, um auf den Sonnenstand, Temperatur, Wolken oder Verschattungen reagieren zu können.

Die Anpassung der MPPT Kurve erfolgt bei den meisten Herstellern in 2 Schritten. Einmal, um den optimalen MPPT und in größeren Abständen von 0V weg um z.B. Verschattungen zu erkennen. Dies wird als aktives Schattenmanagement bezeichnet.

Geregelt wird dies über ein Anheben der Spannung bis der maximale Strom und damit die max. Leistung erzielt wird.

Wie wähle ich jetzt das für mich optimale Modul aus?

Vorab wichtig zu verstehen ist, dass die Module die Leistung erzeugen, darum werden sie auch als Generator bezeichnet.

Alles, was die Module nicht erzeugen oder verschenken durch falsche Planung, kann kein System mehr richten. Und meistens sind die Module der größte Investitionsfaktor einer PV-Anlage.

Also sind durchaus die Module das Herzstück einer Anlage und nicht der Wechselrichter. Auch er ist wichtig, aber bei Falschauslegung relativ einfach zu wechseln – im Gegensatz zu den Modulen.

Werden die Module auf ein Dach montiert, so sind vor allem die Umwelteinflüsse zu beachten:

• Wie hoch sind die Windgeschwindigkeiten, wie hoch die Schneelasten?
• Gibt es Verschattungen, oder oft Frühnebel?

Freiflächenanlagen

• Wie können die Modulfelder montiert werden? Senkrecht oder Schräg?
• Mit Tracking oder in welcher Höhe Stichwort AGRI PV?

Fassaden oder Überkopfanlagen bei z.B. Carports

• Welche Bauvorschriften für Glas gibt es?
• Optische Aspekte

Generelle Aspekte:

• Wie viele Module kann man in Serie schalten, um die maximale Spannung des Wechselrichters nicht zu überschreiten?
• Wie hoch wird diese Spannung im Winter bei -15°C?
• Welche Leistung kann maximal erzielt werden je String = String Länge?
• Wie viele Strings können oder sollen ausgeführt werden?

Schnee- und Wind-Last: Hier gibt es die Angaben auf dem Datenblatt des Moduls unter dem Punkt „mechanische Parameter“.

Meistens sind hier 2400/5400 Pa zu lesen. Dies bedeutet, dass ein Winddruck von ca. 250 kg oder eine Schneelast von 550 kg/m² ausgehalten wird (1 Pascal = 1 N/m² → 1 kg = 9,81 N).

Ist dieses Modul jetzt 1770 mm x 1130 mm groß (also 2 m²), so kann dieses eine Schneelast von ca 1100 kg aufnehmen ohne zu brechen.

Welche Lasten anzunehmen sind, kann auf diversen Internetseiten ermittelt werden (z.B. OBO).

Hier erzielen die Glas/Glas Module oft Spitzenwerte. Jedoch ist zu beachten, dass in unseren Breiten selten das Schneegewicht (ausgenommen Tiroler Berge) ausschlaggebend ist, sondern extreme Umweltereignisse wie Hagelunwetter. Und da ist nicht die max. Flächenbelastung maßgebend, sondern eher kann aufgrund der Glasstärke der Vorderseite ein Rückschluss gegeben werden, welches Modul hier den Vorzug bekommt. Am besten natürlich, wenn man die Angaben über Hagelresistenz angegeben hat.

Ein bifaciales Glas/Glas Modul mit 1,6 mm Glas an der Vorderseite wäre hier eher gegenüber einem 3,2 mm Glas eines Glas/Folien Moduls im Nachteil.

Maximale Spannung (Uoc = Leerlaufspannung) = maximale Stranglänge: Um eine Fläche maximal zu belegen, ist neben der Größe der Module auch die Uoc zu beachten. Die Spannung wird im Winter mit bis zu +20% gerechnet (hier ist der Temperaturkoeffizient von VOC zu beachten). Es kann also bei einem Wechselrichter, der 1000 V maximale Eingangsspannung verträgt, und Modulen mit 50 V Voc mit maximal 800 V gerechnet werden. Es können somit maximal 16 Module in Serie geschaltet werden. Somit ist zu überlegen, ob man nicht auf Module umsteigt, die nur 40 V Voc haben und damit sind 20 in Serie möglich.