Erstellt von Marcus | 02.08.2019
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Je nach Solarmodul, Wechselrichter und Einsatzzweck, wird die richtige Verschaltung benötigt. In der Reihenschaltung gibt es verschiedene Probleme, die ich mit meinem Online Rechner zeigen möchte. Ebenso geht es um Schottky Bypass Dioden.

Schauen wir uns erstmal die Schaltung von mehreren Solarmodulen miteinander an.

Inhaltsverzeichnis:Vorab wichtige Links zu Themen auf unserer Seite:

Solarmodule Parallelschaltung

Für Insel Solaranlagen mit Kleinspannung, kommt meist die Parallelschaltung zum Einsatz. Dabei werden alle Plusleitungen miteinander verbunden, ebenso wie alle Minusleitungen.
Die Spannung (in Volt) bleibt dabei gleich bzw. richtet sich nach dem Solarmodul, welches die geringste Spannung hat. Die Stromstärke (in Ampere) wird dabei addiert.
Mehr dazu in der Solar FAQ und hier.

Solarmodule Reihenschaltung

Die Reihenschaltung wird auch als Serienschaltung oder String bezeichnet. Dabei erhöht sich die Spannung und die Stromstärke bleibt gleich bzw. richtet sich nach dem schwächsten Modul.

Hier ist die Verschattung sehr problematisch und dies schauen wir uns in diesem Beitrag einmal genauer an.

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Verschattung, Teilverschattung und Verschmutzung von Solarpanele

Wir unterscheiden zwei verschiedene Arten von Solarmodulen. Die ganz kleinen, wie diese für Garten LED Lampen und andere Kleingeräte genutzt werden, haben meist keine Dioden integriert.

Richtige Solarmodule zur Stromgewinnung haben meist zwei, drei, vier oder auch sechs Dioden integriert.
Solarmodule mit integrierten Dioden schauen wir uns genauer an.

Mehr über Schottky-Dioden liest du in der Wikipedia: Schottky-Dioden

Auch hilfreich zum Thema Freilaufdioden bei Solarmodulen in der Wikipedia:
Freilauf-Dioden

Unser Schaubild. Linke Seite: Normal arbeitendes Solarmodul. Rechte Seite: Solarmodul mit defekten, verschmutzten oder verschatteten Zellen.

 Solarmodul mit integrierten Bypass-Dioden Stromfluss  Es werden zwei Solarmodule mit integrierten Bypass Dioden gezeigt. Auf der linken Seite liefern alle Zellen Strom. Es wird keine Bypass Diode genutzt. Auf der rechten Seiten ein Modul mit Teilverschattung. © Wohnen-Heimwerken.de

Solarmodul mit integrierten Bypass-Dioden Stromfluss
Es werden zwei Solarmodule mit integrierten Bypass Dioden gezeigt. Auf der linken Seite liefern alle Zellen Strom. Es wird keine Bypass Diode genutzt. Auf der rechten Seiten ein Modul mit Teilverschattung.

Das Bild als Vollbild anschauen (öffnet im neuen Fenster/Tab).

Informationen zum rechten Solarmodul:
Im Schaubild nutze ich die vereinfachte Darstellung eines Solarmoduls mit integrierten Bypass Dioden. Da im zweiten und dritten String eine Verschattung auftritt, liefern die jeweiligen Strings keinen Strom mehr. Dieser fließt über die Bypass Dioden. Die Modulleistung halbiert sich somit um die Hälfte.

Benötige ich eine Bypass-Diode in meiner Serienschaltung?

Moderne, große Solarmodule benötigen meist keine Bypass-Diode, da jeder Strang innerhalb des Moduls mit Dioden bestückt ist und oft im Anschlusskästchen, hinten am Modul, eine Freilauf Diode integriert ist. Das können meist auch mehrere sein, je nachdem, wieviel Einzelstrings im Solarmodul verbaut sind. Das ist aber nicht immer der Fall. Vorallem kleine Mini-Module haben oft gar keine Schottky integriert. Hier ist es Ratsam das Datenblatt der Solarmodule im Internet zu suchen. Meist findet man auch Informationen auf der Webseite des Herstellers oder kann diesen auch einfach anrufen. Andernfalls kann auch der Händler der Module weiter helfen.

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Die Anschlussdose hinten am Solarmodul, wo die MC4 Kabel eingesteckt werden, sollten zwischen dem Plus und Minus eine Bypass-Diode integriert haben. Ist das nicht der Fall, solltest du eine einklemmen bzw. anlöten. Diese wird mit dem Kopf (wo ein Strich der Diode die Kathode markiert) zum Pluspol zeigend verbaut. Diese wird Freilaufdiode bezeichnet und der Strom der anderen Module fließt darüber, wenn das schadhafte Modul keine/wenig Leistung bringt. Ohne diese Diode, würde die Spannung durch die Zellen des Solarmoduls fließen. Hier würde es dann zu einem Hotspot kommen.

 Bypass Dioden: Photovoltaikmodule in Serienschaltung  Die Diode wird meist im Anschlusskasten hinten am Solarmodul integriert. So können Module ohne zusätzliche Bauteile einfach in Reihe gesteckt werden. © Wohnen-Heimwerken.de

Bypass Dioden: Photovoltaikmodule in Serienschaltung
Die Diode wird meist im Anschlusskasten hinten am Solarmodul integriert. So können Module ohne zusätzliche Bauteile einfach in Reihe gesteckt werden.

Update April 2019:
Als Freilaufdiode wird oft eine Schottky verwendet, da der Spannungsabfall geringer ist und so mehr Solarleistung genutzt werden kann. Verwechsel die Freilaufdiode (Bypass-Diode) nicht mit der Sperrdiode, die Rückstrom verhindert.
In den Kommentaren gab es kürzlich das "aneinander vorbei reden". Die Bypass-Diode wird parallel zum Solarmodul geschaltet, die Gleichrichterdiode/Sperrdiode gegen Rückstrom hingegen in Reihe geschaltet.
Dioden mit einer hohen Sperrspannung (z.b. 1000V) werden meist gegen Rückstrom verwendet. Beachte die Stromstärke im Modulstring für den Kauf der Diode! Als Bypass Diode wird meist der Richtwert der Leerlaufspannung genutzt, um die richtige Diode als Bypass zu verwenden, da diese weniger Spannungsabfall hat.
Brennt diese jedoch durch und das Modul liefert durch defekte oder Verschattung keinen Strom, fließt der Strom nicht über die Diode, sondern durch das Solarmodul. Dies führt wieder zu einem Hotspot.
Es kann ebenfalls mehr als eine Diode verbaut werden. Es ist nicht unüblich, Dioden parallel zu schalten. Dies erhöht aber nicht deren Festigkeit sondern ist eher aus Sicherheitsgründen üblich.
Die Bypass-Diode wird erst bei Verschattung oder Moduldefekt aktiv, hingegen ist die Sperrdiode (in Reihe) Dauerhaft bestromt (wenn die Module Strom erzeugen). Ein niedriger Spannungsabfall ist hier sehr wichtig.

Anschlussdosen am Solarmodul mit mehreren Pins:
Einzelne Pins hinten am Solarmodul, stellen die Enden von Einzelstrings der Zellen innerhalb des Solarmoduls dar (Substring). Es muss vom einem zum anderen Ende keine Diode verbaut werden, wenn dazwischen bereits welche verbaut sind. Beachte jedoch, das der Spannungsabfall durch eine Schottky mit je 0,1-0,4V sich summiert.

Problematische Verschattung - Solarmodul horizontal oder vertikal aufstellen?

Durch das Bild siehst du nun, dass eine kleine Verschattung ausreicht, damit das Modul nur noch einen Teil des Strom liefert.
Betrachtest du die einzelnen Zellen das gezeigte Modul nicht als einzelnes Modul, sondern als Reihenschaltung von Modulen auf einem Dach, siehst du die Problematik.
Schornsteine, Satellitenschüsseln, Bäume oder andere Häuser könnten einen Teil beschatten. Wer also keine Bypassdioden für einzelne Solarmodule nutzt, hat deutlich geringere Stromausbeute.

Meine Solarmodule habe ich senkrecht (90 Grad) eingebaut und diese somit horizontal nach der langen Seite ausgerichtet. Das nachfolgende Bild ist die Wand meines Gartenunterstandes mit zwei Solarmodulen.

 Teilverschattete Solarmodule  Mein Gartenhaus mit zwei Solarmodulen. Diese sind Parallel geschaltet und exakt senkrecht angebracht. Im Sommer gibt es fast permanente Teilverschattung, im Winter, wenn die Sonne nicht im Zenit steht, dafür rund 30% mehr Strom. © Wohnen-Heimwerken.de

Teilverschattete Solarmodule
Mein Gartenhaus mit zwei Solarmodulen. Diese sind Parallel geschaltet und exakt senkrecht angebracht. Im Sommer gibt es fast permanente Teilverschattung, im Winter, wenn die Sonne nicht im Zenit steht, dafür rund 30% mehr Strom.

Jetzt im Sommer, wenn die Sonne im Zenit steht, wirft das Dach etwa 20% Schatten auf die Module. Mein Ertrag ist etwa 30% geringer als im Winter. Das ist auch ok so, da ich gerade im Winter auf tiefstehende Sonne angewiesen bin und hier auch mehr Strom nutze.

Wären die Solarplatten 90 Grad gedreht, also hochkant eingebaut, gäbe es nahezu 100% Verluste. Wie in meiner oberen Zeichnung sind die Einzelstrings der Länge nach angeordnet. Da man das an den Solarplatten selbst oft nicht sieht, sollte man es testen! Schatte das Modul mit einer großen Pappe in verschiedenen Positionen einfach ab und messe Leerlaufspannung und auch einmal den Kurzschlusstrom (Ampere-Messung). Daraus ergeben sich einige "Aha"-Effekte.
Zur Demonstration hier ein Beispielbild. Die Zellen sind der Länge nach in Reihe geschaltet - in unserem Bild also 3 Strings.

 Solarmodul hochkant oder längs stehend verbauen?  Die Frage ist, ob lieber hochkant oder längs. Die Verschmutzung (und damit Teilverschattung) an der Unterkante ist bei längs stehenden Modul zwar höher, die Teilverschattung von oben aber nicht so problematisch, insofern die Strings der Zellen auch längs angeordnet sind. Hier solltest du vorher testen! © Wohnen-Heimwerken.de

Solarmodul hochkant oder längs stehend verbauen?
Die Frage ist, ob lieber hochkant oder längs. Die Verschmutzung (und damit Teilverschattung) an der Unterkante ist bei längs stehenden Modul zwar höher, die Teilverschattung von oben aber nicht so problematisch, insofern die Strings der Zellen auch längs angeordnet sind. Hier solltest du vorher testen!

Eine richtige Lösung gibt es nicht, da es individuell vom Ort abhängt. Wirft ein Schornstein (oder andere senkrechte Bauten) auf dem Dach Schatten, so kann ein Hochkant-Einbau besser sein.
Bei Solarparks, wo durch tiefstehende Sonne eine Verschattung durch andere Solarmodule der Reihe zuvor entsteht, ist oft die Einbaulage in Längsrichtung besser.

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Rechner für Solarmodule und Solarzellen in der Reihenschaltung

Info: Der Online-Rechner wird am Wochenende zur Verfügung stehen, da ich noch etwas daran arbeiten muss. Speichere dir also diese Seite!
Mein Online-Rechner für Solarzellen in der Reihenschaltung kann vor allem zum testen der Stromausbeute bei Verschattung genutzt werden. Optional kannst du das Ergebnis berechnen lassen, wenn du Dioden integrierst, oder eben nicht.

Die richtigen Bypass Dioden finden

Die Suche muss nicht wie die Nadel im Heuhaufen sein, wenn du nach den richtigen Bypass Dioden suchst.
Im Grunde werden Schottky Dioden verbaut, welche für eine bestimmte Durchbruchsspannung ausgelegt sind. Ist die Spannung höher als die Sperrspannung der Schottky Diode, lässt diese Strom durch.

Meine Dioden kaufe ich meist bei Pollin oder bei anderen Elektronikshops. Das kostet meist nur ein paar Cent und führt zu deutlich mehr Ertrag. Siehe dazu meine ganzen anderen Solarprojekte.

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Innerhalb eines Solarmoduls:
Die Durchbruchsspannung entspricht etwa der Leerlaufspannung des Strings einzelner Solarzellen. Jede Zelle liefert etwa 0,5 Volt. Ein Solarmodul mit 12 Zellen (die in Reihe schaltet wurden), liefert damit 6V Leerlaufspannung.

Solarmodule im String:
Schaltest du mehrere Solarmodule in Reihe (z.b. auf deinem Dach), wird die Leerlaufspannung eines Solarmoduls benötigt, um eine passende Freilaufdiode zu finden. Die Durchbruchsspannung der Diode sollte also etwas über der Leerlaufspannung des Moduls betragen. Ebenso muss diese die Stromstärke des einzelnen Solarmoduls aushalten. Übliche Größenordnung der Schottky Dioden sind 45V, 50V, 60V oder 100V, meist 3-15 Ampere.

Bypass-Dioden Spannung (Durchbruchspannung) nicht zu hoch, nicht zu klein:
Die Durchbruchsspannung der Diode sollte etwas höher als die Leerlaufspannung des Solarmoduls sein. Dioden mit höherer Durchbruchsspannung und der benötigten Leistung (Ampere) sind teuer und groß. Es ist nicht unüblich, zwei verschiedene Bypass-Dioden im Anschlusskasten parallel zu verbauen.

Rückstrom: Diode, damit der Strom nicht zurück ins Solarmodul fließt
Einfache Sperrdioden den Rückstrom. D.h. ohne Diode fließt der Strom vom Akku ins Solarmodul. Laderegler haben in den meisten Fällen aber eine Diode bereits integriert. Die Diode muss mindestens die Gesamtspannung und -stromstärke des Photovoltaikverbundes aushalten. Überdimensionierung der Diode ist besser, da hier auch weniger Wärme entsteht.
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Hochspannung und Stromstärke:
Bei der Reihenschaltung addieren sich die Spannungen. Am letzten Modul liegt somit die höchste Spannung an. Bei der Reihenschaltung mehrerer Module kann die Spannung sehr hoch sein! Verletzungsgefahr!

Versuchsaufbau machen:
Für meine Basteleien habe ich mir einige 2V Solarzellen bei Pollin gekauft, mit denen ich Reihen- und Parallelschaltungen testen kann. Wenn man dann mit Bypass Dioden und Abschattungen experimentiert, kann man seine Dachfläche als logisches Modell nachbauen. Es geht schließlich zum einen darum, Verluste zu minimieren, zum anderen die Solarmodule bei Abschattung (vor einem Hotspot) zu schützen.

Das nachfolgende Bild vereinfacht die Denkweise einer Bypass Diode in der Reihenschaltung.

 Solarmodul: Bypass-Dioden Schaltplan  Zum Schutz der Solarmodule bei Abschattung in der Reihenschaltung eine Bypass-Diode nutzen © Wohnen-Heimwerken.de

Solarmodul: Bypass-Dioden Schaltplan
Zum Schutz der Solarmodule bei Abschattung in der Reihenschaltung eine Bypass-Diode nutzen

Nach bestem Wissen und Gewissen.
Sonnige Grüße, dein Marcus

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Neuste Kommentare erscheinen oben. Kommentare sind Meinungen der Nutzer.
Ingrid Hufnagl am 18.05.2019#11
Hallo Markus,

finde ich ziemlich gut erklärt, interessant und aufschlussreich. Quäle mich schon etliche Monate mit Akku, Modulen und Co. herum und mir qualmt der Kopf, weil ich mir schon zuviel reingepaukt habe. Es ist hier gut gegliedert, klar ausgedrückt, bei den Dioden war es sehr lehrreich.
-Ein Danke-
Marcus am 17.04.2019#10
Sehr schön Paul, nun bin ich auch zufrieden :). Toll, dass du dir ein so großes System bauen willst. Scheue dich nicht bei weiteren Dingen eine E-Mail (unten Impressum) an mich zu senden, um die fachlichen Kommentare möglichst in den Beiträgen spezifisch zu halten. Wünsche dir eine tolle, erfolgreiche und sonnenreiche Woche.
Paul am 17.04.2019#9
Hallo Marcus.
Danke für Deine nochmalige Erlärung und das Update,nun ist das für mich verständlich geworden.
Zu Deiner Seite kann ich nur sagen weiter so.
Paul
Marcus am 17.04.2019#8
Kleines Update. Im Artikel haben ich nocheinmal zwischen Freilaufdiode und Sperrdiode differenziert. Im Grunde kann hier nicht viel falsch gemacht werden, außer eine Diode geht kaputt. Im Artikel gab es leichte Korrekturen für das bessere Verständnis und den Abschnitt "April Update". Interessant sind natürlich auch die anderen Beiträge der Leser. Auch kann ich dir das Photovoltaikforum ans Herz legen - dort gibt es sehr viel mehr langjährige Expertise.

Sonnige Grüße
Marcus am 16.04.2019#7
Hallo Paul,

die Bypass Diode (Schottky) muss mindestens der Leerlaufspannung des Moduls betragen. Also Beispielsweise 45V 6A. Nur die Diode gegen den Rückstrom des Moduls (falls vorhanden) sollte die maximale Gesamtspannung (1000V) und Stromstärke aushalten.

Entschuldige bitte, wenn ich mich da etwas falsch ausgedrückt habe. Ich werde weitere Dioden noch ergänzen und es etwas differenzieren. Freilaufdioden sind auch Sperrdioden, habe aber einen anderen Zweck. Im Grund könnten immer Schottkys verbaut werden.
Die Bypass Dioden hinten am Kästchen des Solarmoduls werden zwischen Plus und Minus angeschlossen, sperren in eine Richtung und muss, wie oben erwähnt, mindestens die Leistungswerte des jeweiligen Solarmoduls aushalten.

tollen Abend,
Marcus
Paul am 16.04.2019#6
Hallo Marcus.
Vielen Dank für die schnelle Auskunft und den Link.
Ich verstehe aber nicht die 1000V,Du schreibst oben die Bypassdioden müssten in etwa der Leerlaufspannung des Moduls entsprechen und bei 12 Modulen komme ich nur auf max.545V.
Die max. zulässge Spannung der Module ist 1000V.
(Die Bypass Diode muss jedoch nur die Leerlaufspannung eines Moduls haben und die gelieferten Ampere der anderen Module aushalten können.)
Denke ich jetzt völlig falsch?
Gruss Paul
Marcus am 16.04.2019#5
Hallo Paul, auch auf dem Datenblatt sind sicher maximal 1000V für die Serienschaltung genannt, richtig? Habe dir im Beitrag oben die 10A 1000V Dioden verlinkt. Ähnliche Dioden, jedoch mit den selben Angaben, benutze ich auch bei mir nach den Modulen.
Als Bypass/Freilaufdiode solltest du die Modulspannung als Wert der Bypass-Diode wählen. Die lässt bei Durchbruchsspannung durch und ist damit dann defekt. Daher größer wählen.
Paul am 16.04.2019#4
Sehr schöne und Interesante Seite.
Ich plage mich zur Zeit die Richtigen Bypassdioden für Ein PV Modul zu finden.
Leerlaufspannung lt.Datenblatt:45,4V
Kurzschlusstrom " " :5,69A
Spannung i.MPP " " :36,6V
Strom i.MPP " " :5,33A
Welche Dioden wären da die Richtigen?
Besten Dank im Voraus.
Paul
Marcus am 04.04.2019#3
Hallo Andrée, klingt nach einem tollen und sinnvollen Projekt! Ein Zwischenspeicher ist zwar teuer, aber eine sehr angenehme Sache. Es gibt auch Netzumschalter (Wechselrichter mit Lastschalter), die bei unzureichender Leistung auf Netzstrom umschalten - das vielleicht auch mal überdenken. Gern kannst du dich per E-Mail bei mir mal melden. Ganz unten auf Impressum klicken, da findest du dann meine E-Mail Adresse. Schreibe mir bitte auch wo du wohnst.
Danke für das Kompliment.

Sonnige Grüße,
Marcus
Andree Lenhard am 03.04.2019#2
Hallo Marcus,

deine Beiträge zu den einzelnen Themen sind absolut Top. Danke dafür.
Habe eine Frage:

Besteht die Möglichkeit, das du für mich eine bzw. zwei Inselanlagen planen könntest ?

Habe kürzlich 26 gebrauchte Monokristallin 180 Wp günstig gekauft. Das ist im Moment alles was ich habe.

Ich möchte eine Anlage auf das Carport ( 10 ° Dach ) setzen und damit zwei Pumpen von Speck betreiben. Wenn möglich bei Bedarf eine Wärmepumpe von Zodiac ohne Speicherbatterie.

Alle drei haben benötigen 2.2 KW. Auf dem Dach passen ca. 16 Stück drauf.

Die restlichen 10 Stück plane ich auf dem Wohnhaus zu platzieren.

Aber erstmal generell die Frage ob eine komplette Planung, was die technischen Dinge angeht für dich vorstellbar ist ?

Würde mich freuenvon dir gehört.

Grüße Andreé
Michael am 15.07.2018#1
Bei Abschattung liefert ein Solarmodul weniger Spannung, deswegen fliesst der Strom der anderen Solarmodule nun durch die Diode. Grund für Schottky_Dioden:

"Silicium-Schottky-Dioden haben eine kleinere Schwellenspannung von ca. 0,4 V. Bei sehr kleinem Betriebsstrom kann der Spannungsabfall sogar bis unter 0,1 V sinken. Das ist deutlich weniger als bei einem Silicium-p-n-Übergang mit ca. 0,7 V. "

Man könnte auch jede andere geeignete Diode verwenden, dann aber hat man einen höheren Spannungsabfall.
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