Ob ein Modul zum Wechselrichter passt, ist keine Frage der Marke. Es ist eine Frage der Spannung, und die schwankt mit der Temperatur. Je kälter die Zellen, desto höher die Spannung. Die kritische Größe ist die Leerlaufspannung bei Kälte: An einem klaren Wintermorgen, bevor der Wechselrichter einschaltet, liegt sie an seinen Eingängen an. Überschreitet sie die maximale DC-Spannung des Geräts, kann der Eingang Schaden nehmen. Dieser Artikel zeigt die Rechnung mit echten Datenblattwerten aus unserem Sortiment, von der Obergrenze über den MPP-Bereich bis zum Strom je Tracker.
Die drei Grenzen eines Wechselrichtereingangs
Jedes Wechselrichter-Datenblatt nennt für die PV-Seite mindestens drei Werte:
- die maximale DC-Eingangsspannung, die nie überschritten werden darf,
- den MPP-Spannungsbereich, in dem der Wechselrichter den besten Arbeitspunkt sucht,
- den maximalen Eingangsstrom je MPP-Tracker, oft ergänzt um einen maximalen Kurzschlussstrom.
Beim Modul brauchen Sie Leerlaufspannung (Voc), MPP-Spannung (Vmpp), Kurzschlussstrom (Isc) und den Temperaturkoeffizienten der Leerlaufspannung. Dieser Koeffizient ist negativ, bei den Modulen in unserem Sortiment liegt er zwischen −0,20 und −0,25 Prozent je Kelvin. Alle Datenblattwerte gelten bei 25 Grad Zelltemperatur.
Leerlaufspannung bei Kälte berechnen
Die Formel ist kurz: Voc bei Kälte = Voc × (1 + TK × (T − 25 °C)). Wir rechnen in der Planung mit −10 Grad, in Alpenlagen mit −20 Grad.
Ein Beispiel mit dem Gokin GK-3-54HGFDB-495M: Voc 40,74 Volt, Temperaturkoeffizient −0,22 Prozent je Kelvin. Bei −10 Grad ergibt das 43,88 Volt je Modul, bei −20 Grad 44,77 Volt.
Jetzt der Wechselrichter. Der Fronius Primo GEN24 5.0 Plus verträgt höchstens 600 Volt. Vierzehn Gokin-Module kommen bei 25 Grad auf 570,4 Volt. Auf dem Papier passt das. Bei −10 Grad sind es aber 614,3 Volt, also zu viel. Mit dreizehn Modulen bleibt der Strang auch bei −20 Grad mit 582,1 Volt unter der Grenze.
Dasselbe mit einem Hochvoltmodul: Das Trina TSM-460NEG9R.28 hat 53,8 Volt Leerlaufspannung. Am Huawei SUN2000-8K-MAP0 mit 1.100 Volt Grenze ergeben neunzehn Module bei 25 Grad 1.022 Volt, bei −10 Grad aber 1.108 Volt. Achtzehn Module sind das Maximum, mit 1.073 Volt bei −20 Grad.
Die Lehre aus beiden Fällen: Wer nur mit den Werten bei 25 Grad rechnet, plant ein Modul zu viel in den Strang.
Der MPP-Bereich: oben und unten
Die Obergrenze ist die eine Seite. Die andere ist der MPP-Bereich. Im Sommer sinkt die Spannung. Wir rechnen dafür mit 70 Grad Zelltemperatur auf dem Dach. Fällt die MPP-Spannung des Strangs unter die untere MPP-Grenze, arbeitet der Wechselrichter nicht mehr im besten Punkt oder startet gar nicht.
Beim Gokin-Modul sinkt die MPP-Spannung bei 70 Grad von 35,44 auf 31,93 Volt. Der Deye SUN-10K-SG05LP3-EU-SM2 hat einen MPP-Bereich von 200 bis 650 Volt. Sechs Module ergeben heiß nur 191,6 Volt, das ist zu wenig. Ab sieben Modulen, mit 223,5 Volt, ist der Strang lang genug.
Auch nach oben gibt es beim MPP-Bereich eine Grenze, und sie liegt beim Deye unter der Maximalspannung von 800 Volt. Bei −10 Grad passen siebzehn Module: Die MPP-Spannung liegt dann bei 648,9 Volt, knapp unter 650. Bei −20 Grad wären es 662,2 Volt. In Alpenlagen planen wir deshalb höchstens sechzehn Module je Strang, obwohl die Leerlaufspannung mit siebzehn Modulen noch weit unter 800 Volt bliebe.
Manche Datenblätter nennen zusätzlich eine Startspannung. Der SMA Sunny Tripower 10.0 Smart Energy startet ab 180 Volt, sein MPP-Bereich beginnt aber erst bei 280 Volt. Für die Auslegung zählt der höhere Wert.
Strom je MPP-Tracker
Moderne Module mit großen Zellen liefern viel Strom. Das Gokin-Modul hat 15,08 Ampere Kurzschlussstrom und knapp 14 Ampere im MPP. Am Deye SUN-10K mit 26 Ampere je Tracker ist das kein Problem.
Beim SMA Sunny Tripower 10.0 Smart Energy sieht es anders aus. Das Datenblatt erlaubt 20 Ampere Kurzschlussstrom, nutzt aber nur 12,5 Ampere Eingangsstrom je Tracker. Das Gokin-Modul liegt mit knapp 14 Ampere darüber. Der Wechselrichter begrenzt dann den Strom, ein Teil des Ertrags geht verloren. Unser Prüfwerkzeug lässt diese Kombination deshalb nicht durch. Liegt sogar der Kurzschlussstrom über der Grenze, ist die Kombination nicht zulässig.
Zwei Stränge parallel an einem Tracker verdoppeln den Strom. Bei Modulen mit 15 Ampere passt das nur an Wechselrichter mit 30 Ampere je Tracker oder mehr.
Die Rechnung in fünf Schritten
- Datenblattwerte von Modul und Wechselrichter heraussuchen.
- Leerlaufspannung bei −10 Grad (Alpenlage −20 Grad) mal Modulanzahl: unter der maximalen DC-Spannung?
- MPP-Spannung bei Kälte mal Modulanzahl: unter der oberen MPP-Grenze?
- MPP-Spannung bei 70 Grad mal Modulanzahl: über der unteren MPP-Grenze und über der Startspannung?
- Strom je Tracker: Kurzschlussstrom und MPP-Strom mal Zahl der parallelen Stränge unter den Grenzen?
Wer diese fünf Schritte für jede Kombination aufschreibt, findet Fehler, bevor das Gerüst steht.
Aus der Praxis: wenn Händlerseiten sich widersprechen
Für einen Sigenergy Energy Controller 8 kW brauchten wir die Startspannung und die Zahl der Strings je Tracker. Das Herstellerdatenblatt war zunächst nicht als Text lesbar, also suchten wir bei Händlern. Ein Händler nannte 160 Volt Startspannung, ein anderer 180 Volt. Bei den Strings je Tracker stand einmal eins, einmal zwei.
Erst das deutsche Herstellerdatenblatt am Produkt klärte beides: 180 Volt Startspannung und ein Eingang je MPP-Tracker. Mit dem Händlerwert „zwei Strings je Tracker“ hätte eine Auslegung mit zwei parallelen Strängen gültig ausgesehen, die sich am Gerät gar nicht anschließen lässt. Seitdem gilt bei uns: Für Strangdaten zählt nur das Datenblatt des Herstellers.
Passende Module finden Sie unter Paneele. Wie die Batterieseite zum Wechselrichter passt, erklärt der Artikel Welcher Speicher passt zu welchem Wechselrichter?.
Häufige Fragen
Warum steigt die Modulspannung bei Kälte?
Die Spannung einer Siliziumzelle hängt von der Temperatur ab. Je kälter die Zelle, desto höher die Spannung. Der Temperaturkoeffizient im Datenblatt gibt an, um wie viel Prozent je Grad.
Was passiert, wenn die Leerlaufspannung die Grenze des Wechselrichters überschreitet?
Die Eingangsstufe kann beschädigt werden. Deshalb wird mit der tiefsten zu erwartenden Temperatur gerechnet und nicht mit 25 Grad.
Mit welcher Mindesttemperatur soll ich rechnen?
Wir setzen −10 Grad an, in Alpenlagen −20 Grad. Für sehr kalte Standorte nehmen Sie den tiefsten Wert, der dort zu erwarten ist.
