Lernfeld 11 · Prüfung Teil 2
Photovoltaikanlagen
Photovoltaikanlagen planen und errichten: Strings, MPP, Leerlaufspannung bei Kälte, DC-Verkabelung, Spannungsfall und Jahresertrag kurz erklärt.
Darum geht es
Eine PV-Anlage wandelt Sonnenlicht in Gleichstrom, der Wechselrichter speist ihn als Wechselstrom ins Hausnetz. Module werden zu Strings in Reihe geschaltet: Die Spannungen addieren sich, der Strom bleibt gleich. Parallele Strings addieren die Ströme bei gleicher Spannung. Der Wechselrichter sucht laufend den Punkt größter Leistung, den MPP (Maximum Power Point).
Bei der Auslegung prüfst du die Stringspannung gegen die zulässige Eingangsspannung des Wechselrichters. Maßgeblich ist die Leerlaufspannung bei tiefer Temperatur, denn Module liefern bei Kälte eine höhere Spannung als unter Standard-Testbedingungen. Der Jahresertrag ergibt sich aus der installierten Leistung in kWp mal dem spezifischen Ertrag des Standorts.
Die DC-Seite verlangt besondere Sorgfalt. Gleichstrom-Lichtbögen erlöschen nicht von selbst im Nulldurchgang, deshalb dürfen PV-Steckverbinder nie unter Last getrennt werden; erst wird der Wechselrichter bzw. der DC-Trennschalter abgeschaltet. Die Leitungen müssen UV- und witterungsbeständig sein und erd- und kurzschlusssicher verlegt werden, Plus- und Minusleitung eng beieinander, damit keine großen Leiterschleifen entstehen. Nur Steckverbinder desselben Typs und Herstellers werden zusammengesteckt.
Teilverschattung kostet viel Ertrag, weil das schwächste Modul den Strom im String begrenzt; Bypassdioden und eine passende Stringaufteilung oder Moduloptimierer mildern das. Anlagen werden beim Netzbetreiber angemeldet und im Marktstammdatenregister eingetragen. Für Steckersolargeräte gelten vereinfachte Regeln.
Das solltest du dir merken
- In Reihe addieren sich die Spannungen, parallel die Ströme.
- Die höchste Stringspannung tritt im Leerlauf bei Kälte auf.
- PV-Steckverbinder nie unter Last trennen, DC-Lichtbögen erlöschen nicht von selbst.
- DC-Leitungen erd- und kurzschlusssicher und ohne große Schleifen verlegen.
- Verschattung eines Moduls begrenzt den Strom des ganzen Strings.
Formeln
- Stringspannung
- Zahl der Module in Reihe, Spannung je Modul in V (für die Höchstspannung bei tiefster Temperatur)
- Leistung im MPP
- und Spannung in V und Strom in A im Punkt größter Leistung
- Jahresertrag
- Anlagenleistung in kWp, spezifischer Ertrag in kWh/kWp
- Spannungsfall auf der DC-Leitung
- einfache Leitungslänge in m, Strom in A, Leitfähigkeit (Kupfer ), Querschnitt in
Typische Fehler in der Prüfung
- Stringspannung mit der MPP-Spannung statt mit der Leerlaufspannung gegen das Wechselrichter-Maximum geprüft.
- Beim DC-Spannungsfall die einfache Länge eingesetzt und den Faktor 2 für Hin- und Rückleiter vergessen.
- Bei parallelen Strings die Spannungen addiert.
- Steckverbinder verschiedener Hersteller kombiniert.
Tipps aus der Werkstatt
- Module in Reihe addieren die Spannungen, Strings parallel addieren die Ströme. Leistung im MPP ist U_MPP · I_MPP je String mal Anzahl der Strings. Rechne mit Leerlaufspannung bei Kälte, wenn es um die Grenzen des Wechselrichters geht.
- Die DC-Seite steht bei Licht immer unter Spannung und lässt sich nicht abschalten. Darum: kurzschluss- und erdschlusssichere Verlegung, Steckverbinder nie unter Last trennen, erst den Wechselrichter freischalten. Jahresertrag ist einfach kWp mal spezifischer Ertrag.
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17 Aufgaben zu „Photovoltaikanlagen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.
Jetzt übenGrundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in (18.12.2020), Lernfeld 11 EGT; DIN VDE 0100-712; VDE-AR-N 4105. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.