Solarzellen sind Gleichspannungsquellen. Das bedeutet, eine Solarzelle erzeugt Gleichspannung, so wie auch Batterien. Wird eine Solarzelle in einen geschlossenen Stromkreis eingebaut, treibt sie den elektrischen Strom in nur eine Richtung an. Es fließt Gleichstrom.

6 - Photovoltaikanlagen - Verschaltung FlierichtungGenauso wie eine Batterie, besitzt eine Solarzelle immer einen Pluspol und einen Minuspol. Der elektrische Strom fließt in einem geschlossenen Stromkreis vom Minuspol der Solarzelle durch einen Verbraucher (z.B. eine Lampe) zum Pluspol der Solarzelle durch die Solarzelle hindurch zurück zum Minuspol der Solarzelle.

 

Reihenschaltung von Solarzellen

6 - Photovoltaikanlagen - Verschaltung ReihenschaltungBei der Reihenschaltung von Gleichspannungsquellen werden immer unterschiedliche Pole miteinander verbunden. Möchte man also Solarzellen in Reihe schalten, so verbindet man den Minuspol einer Solarzelle mit dem Pluspol der nächsten Solarzelle. Eine Reihenschaltung führt dazu, dass sich die Spannungen der einzelnen Solarzellen addieren. Die Gesamtspannung wird somit höher. Sind die in Reihe geschalteten Solarzellen gleichartig, so bleibt die Gesamtstromstärke so hoch wie die Stromstärke einer einzelnen Solarzelle.

 

Parallelschaltung von Solarzellen

6 - Photovoltaikanlagen - Verschaltung ParallelschaltungBei der Parallelschaltung von Gleichspannungsquellen werden immer gleiche Pole miteinander verbunden. Möchte man also Solarzellen parallel schalten, so verbindet man alle Minuspole der Solarzellen und alle Pluspole der Solarzellen. Eine Parallelschaltung führt dazu, dass sich die elektrischen Ströme der einzelnen Solarzellen addieren. Die Gesamtstromstärke wird somit höher. Sind die in Reihe geschalteten Solarzellen gleichartig, so bleibt die Gesamtspannung so hoch wie die Spannung einer einzelnen Solarzelle.

 

Wozu diese Zusammenschaltungen?

Eine Reihenschaltung mehrerer Gleichspannungsquellen führt also zu einer Erhöhung der Gesamtspannung. Das wird z.B. bei Taschenlampen genutzt, in denen sich mehrere Batterien hintereinander in Reihe befinden, um eine höhere Spannung zu erreichen. Eine Parallelschaltung mehrerer Gleichspannungsquellen erhöht die Gesamtstromstärke.

Möchte man einen Verbraucher betreiben, z.B. ein Radio oder eine Lampe, ist es gut wissen, welche Spannung und welche Stromstärke der Verbraucher benötigt, um bestmöglich zu funktionieren. Diese Werte sind in der Regel auf dem Gerät aufgedruckt. 6 - Photovoltaikanlagen - Verschaltung Reihen- und ParallelschaltungMan schaltet dann erst einmal so viele Solarzellen in Reihe, bis die benötigte Spannung erreicht wird. Anschließend schaltet man mehrere solcher Reihen parallel, bis die benötigte Stromstärke erreicht wird.

 

Ein Beispiel

Eine herkömmliche kristalline Solarzelle mit einer Größe von etwa 15 cm x 15 cm, erzeugt eine elektrische Spannung von etwa 0,5 V und eine elektrische Stromstärke von etwa 5 A. Die Leistung der Solarzelle ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke und wird in der Einheit Watt (W) gemessen: 0,5 V x 5 A = 2,5 W

Reihenschaltung

Werden zum Beispiel drei dieser Solarzellen in Reihe geschaltet, so addieren sich die Spannungen der einzelnen Solarzellen. Die Gesamtspannung beträgt nun 0,5 V + 0,5 V + 0,5 V = 1,5 V. Die elektrische Stromstärke bleibt 5 A. Die Leistung der Solarzellen beträgt 1,5 V x 5 A = 7,5 W.

Parallelschaltung

Werden drei dieser Solarzellen parallel geschaltet, so addieren sich die elektrischen Ströme, die jeweils von den Solarzellen erzeugt werden. Die Gesamtstromstärke beträgt nun 5 A + 5 A + 5 A = 15 A. Die elektrische Spannung bleibt 0,5 V. Die Leistung der Solarzellen beträgt 0,5 V x 15 A = 7,5 W.

Leistung von zusammengeschalteten Solarzellen

Egal, ob Reihenschaltung oder Parallelschaltung, beide Schaltmöglichkeiten führen bei gleichartigen Solarzellen zu der gleichen elektrischen Leistung. Bei der Herstellung von Solarmodulen ist es üblich zwischen 36 und 144 Solarzellen in Reihe zu schalten, um die Gesamtspannung des Solarmoduls zu erhöhen. Ein solches Solarmodul erzeugt eine Gesamtspannung von 20 bis 80 V. Die Leistung eines solchen Solarmoduls beträgt zwischen 100 W und 300 W.

 

Reihen- und Parallelschaltung von Solarmodulen

Ein Solarmodul besteht aus vielen, meist in Reihe geschalteten Solarzellen (so wird eine höhere Gesamtspannung des Solarmoduls erreicht). Auch die Solarmodule werden wieder mit anderen Solarmodulen zusammengeschaltet.

Eine Reihenschaltung der einzelnen Solarmodule führt zu einer noch höheren Gesamtspannung. Wenn allerdings eines der Solarmodule z.B. verschattet wird, ist die „Kette“ dadurch unterbrochen und es kann kein elektrischer Strom mehr fließen. Die gesamte Photovoltaikanlage fällt aus.

Eine Parallelschaltung der einzelnen Solarmodule führt zu einer höheren Gesamtstromstärke. Wenn bei einer Parallelschaltung einzelne Solarmodule ausfallen, weil sie z.B. verschattet sind, kann durch die anderen Solarmodule immer noch elektrischer Strom fließen. Lediglich die Gesamtstromstärke wird geringer.

Häufig wird eine Kombination aus Reihenschaltung und Parallelschaltung der Solarmodule gewählt.

 

Eine Reihenschaltung mehrerer Solarzellen führt zu einer höheren Gesamtspannung. Eine Parallelschaltung mehrerer Solarzellen erhöht die Gesamtstromstärke.

 

Quellen:
F. Kliche, I. Draeger (2011): Schulpacket Solarsupport – Sekundarstufe, 2. Auflage, Unabhängiges Institut für Umweltfragen, Berlin
D. Cieplik (2005): Erlebnis Naturwissenschaft Physik 3, Ausgabe für Baden-Württemberg, Schroedel Verlag GmbH, Braunschweig

V. Wesselak, S. Voswinckel (2012): Photovoltaik – Wie Sonne zu Strom wird, Springer Verlag, Berlin Heidelberg

M. Barmeier, W. Bäurle, M. Bergau (2005): Prisma NWA Physik 4/5, Ausgabe für Baden-Württemberg, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart
http://www.engelhardtelektro.de/faq/FunktionPhotovoltaik
http://www.oeko-energie.de/produkte/solarstrom-photovoltaik/solarmodule/
http://de.wikipedia.org/wiki/Reihenschaltung
http://de.wikipedia.org/wiki/Parallelschaltung

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0812261.htm

Vorteile der Parallel- oder Reihenschaltung von Solarmodulen

Dauer:              2:47 Min

Herausgeber: Solarinvert GmbH


Schaltzeichen

In einem Schaltplan werden für eine Solarzelle (Fotoelement) häufig folgende Symbole verwendet:

6 - Photovoltaikanlagen - Verschaltung Schaltsymbol Solarzelle 2  >> mehr

6 - Photovoltaikanlagen - Verschaltung Schaltsymbol Solarzelle 1  >> mehr


Minus- und Pluspol

Der obere Kontakt, der in Richtung Sonne zeigt bildet meist den Minuspol einer Solarzelle.
Der untere Kontakt, der in Richtung Boden zeigt bildet meist den Pluspol einer Solarzelle.

4 - Schaltungen - Solarzelle


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