Nord, Ost, Süd, West – Solaranlagen auf komplexen Dächern auslegen

Eure Solaranlage soll aus mehreren Teilgeneratoren bestehen? Dann solltet ihr unbedingt Polystrings kennenlernen. Denn mit diesem besonderen Anlagen-Design könnt ihr die Anzahl der benötigten Wechselrichter in der Anlage geschickt reduzieren. Das spart Kosten und verringert den Installationsaufwand. Im Planungstool Sunny Design Web ist das Polystring-Design ganz einfach. Wir zeigen, wie´s geht.

Betreiber von Solaranlagen haben das Ziel, sich maximal unabhängig mit Solarstrom zu versorgen. Der Fachhandwerker installiert dafür möglichst viele Module auf dem Dach, die in unterschiedliche Himmelsrichtungen – nach Süden, Osten, Westen und sogar nach Norden –ausgerichtet sein können.

Abb. 1. Screenshot aus Sunny Design Web

Wir planen beispielhaft ein Szenario mit drei Teilgeneratoren unterschiedlicher Ausrichtung (siehe Abbildung 1). Hier würde man zunächst davon ausgehen, dass zwei Wechselrichter benötigt werden (z. B. einen STP8.0 und einen SB1.5), um für jede Ausrichtung einen eigenen MPP-geregelten DC-Eingang einzusetzen.
Nicht jedoch mit einer Polystring-Auslegung. Hier wird der zweite Wechselrichter gar nicht benötigt. So lassen sich bei einem vergleichbaren jährlichen Energieertrag Aufwand und Kosten einsparen (siehe Abb. 2). Aber wie geht das?

Vorteile von Polystrings

Der Begriff „poly“ (griechisch polýs) bedeutet „viel“. Das Installieren von Polystrings meint die parallele Verschaltung von mehreren, unterschiedlich ausgerichteten PV-Generatoren mit identischer Modulanzahl und Leistung an einem gemeinsamen DC-Eingang.

Abb. 2. Screenshot Sunny Design. Hinweis: Wer zwei alternative Designs vergleichen möchte, nutzt in Sunny Design die Registerkarten „Alternative hinzufügen“ und „Alternativen vergleichen“ rechts oben im PV-Anlagenabschnitt.

Weitere wirtschaftliche Vorteile können sich durch die Begrenzung der Wirkleistung ergeben. In Systemen mit nur einem Wechselrichter ist der SMA Energy Meter die kostengünstigste Möglichkeit. Sind mehrere Wechselrichter im Einsatz, nutzt man den Sunny Home Manager 2.0. Liegt der Fokus des Anlagenbetreibers auf intelligentem Energiemanagement und optionalen Erweiterungsmöglichkeiten für Speichersysteme oder Ladeinfrastruktur, wird auch in Anlagen mit nur einem Wechselrichter der Sunny Home Manager installiert.

Visuelle Dachplanung

Das Planungstool Sunny Design ist eine gute Alternative zur manuellen Konfiguration der PV-Generatoren. Die visuellen Planungsmöglichkeiten des Tools sind dank satellitengestützter Google-Bilder sehr präzise und berücksichtigen auch mögliche Hindernisse wie Schornsteine und Dachfenster.

Abb. 3. Screenshot Sunny Design

So legt man eine Polystring-Anlage in Sunny Design aus

1. Zur Konfiguration der mit dem Wechselrichter verbundenen Teilgeneratoren im Designabschnitt für PV-Anlagen im Projekt einfach auf die unten abgebildete Kachel klicken: PV-Anlage -> Wechselrichterauslegung -> Wechselrichter.

2. In der angezeigten Registerkarte lassen sich die Strings dann wie unten gezeigt konfigurieren.

Abb. 4. Screenshot Sunny Design Web

3. Um einen Polystring zu Eingang A hinzuzufügen bitte auf „Weiteren PV-Generator mit dem Eingang verbinden (Polystring)“ klicken (siehe Markierung in Abb. 4). Sunny Design Web zeigt automatisch für beide Polystrings dieselbe Anzahl an Modulen an. Über das i-Symbol könnt ihr euch weitere Informationen zur Verbindung von Polystrings anzeigen lassen.

4. Nach der Auswahl des Polystrings könnt ihr prüfen, ob der Wechselrichter mit den ausgewählten Elementen kompatibel ist.

Anforderungen an Polystrings

Polystrings sind generell erlaubt, solange die anderen Anforderungen aus Richtlinien, Normen und Vorgaben erfüllt werden. Hier die wichtigsten Grundlagen zu Polystrings:

• Parallel verschaltete Strings müssen dieselbe Anzahl an in Reihe geschalteten PV-Modulen mit derselben Technologie und der gleichen MPP-Spannung aufweisen.
• Wir empfehlen, dass nur PV-Module desselben Modells mit demselben MPPT verbunden werden.
• Die in Reihe geschalteten PV-Module in einem bestimmten String müssen gleich ausgerichtet sein.

Warum können unterschiedlich ausgerichtete Strings parallel verschaltet werden?

Wie bereits erwähnt, müssen die parallel verschalteten Generatoren eine ähnliche elektrische Spannung aufweisen, damit die Polystring-Auslegung funktioniert. Fälschlicherweise wird oft angenommen, dass Generatoren mit verschiedenen Ausrichtungen auch stark abweichende Spannungen aufweisen und daher nicht parallelgeschaltet werden dürfen. Die Abweichung der Spannung ist allerdings gering und hat keine großen Auswirkungen. Es ist deshalb akzeptabel, dass die parallel verschalteten Generatoren in verschiedene Richtungen weisen, da die PV-Module nur sehr wenig Sonnenlicht benötigen, um eine vergleichbare Spannung zu erzeugen. Vielmehr schwankt die Stromstärke sehr, was aber bei parallel verschalteten Strängen wiederum nicht relevant ist. Die Spannungsunterschiede resultieren im Wesentlichen aus Temperaturunterschieden zwischen den Strings auf Grund der unterschiedlichen Einstrahlung.

Abb. 5. Leistungs-Spannungs-Kurve eines PV-Modulstrings unter Annahme der identischen Zelltemperatur. Dargestellt ist das Erreichen der Spitzenleistung bei vergleichbarer elektrischer Spannung (ca. 200 V) und unterschiedlicher Sonneneinstrahlung. Daraus ist ersichtlich, dass die Verwendung von Polystrings zur Kombination von PV-Generatoren mit unterschiedlichen Ausrichtungen und somit voneinander abweichenden Sonneneinstrahlungen keine nennenswerten Auswirkungen auf das Ergebnis hat.

Fazit

Polystring-Anlagen bieten Anlagenbetreibern wie Installateuren Vorteile. Sie sparen die Kosten für zusätzliche Wechselrichter und erhöhen die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage. Gleichzeitig vereinfacht eine Polystring-Auslegung die Planung komplexer Dachanlagen, indem nur ein Wechselrichter für Generatoren mit unterschiedlicher Modulausrichtung installiert werden kann.

Ihr wollt eine Polystring-Anlage auslegen?

Installateure können die Polystring-Anlagenauslegung in kostenfreien Webinaren der Solar Academy lernen. Die Webinare werden regelmäßig angeboten. Dazu einfach im Trainingsangebot nach „Sunny Design: Anlagenauslegung für komplexe Dachstrukturen“ suchen.

Wer tiefer in das Thema Polystring-Auslegung einsteigen möchte, findet im Beitrag „Auslegung von PV-Anlagen im Polystring-Betrieb – Eigenverbrauchsoptimierung vs. Mismatch-Verlust“ hilfreiche Infos.