Je nach Modell und gewünschter Leistung sind im Lieferumfang von Balkonkraftwerken gleich zwei oder mehr Solarmodule enthalten. Damit die Solarmodule ihre Funktion erfüllen können, müssen sie mit dem Wechselrichter und jeweils miteinander verbunden werden.
Um zwei oder mehr Solarpanels miteinander zu verkabeln, gibt es zwei Varianten: die Parallelschaltung und die Reihenschaltung. Doch welche Option ist die Bessere? Wo liegen die Unterschiede? Und geht vielleicht sogar beides gleichzeitig?
Stromfluss, Widerstand, Spannung – Was ist das eigentlich?
Um diese Fragen beantworten zu können, sollten vorab einige Begrifflichkeiten erklärt werden.
Was ist ein Stromfluss?
Ein Stromfluss ist die Bewegung von Elektronen (elektrische Ladungsträger) von einem Punkt zu einem anderen. Das geschieht üblicherweise durch ein stromleitendes Medium wie beispielsweise einen Kupferdraht. Ein solcher Stromfluss entsteht in der Regel, wenn eine Spannungsquelle Energie erzeugt. Dann fließen die Elektronen von dem verbundenen Minuspol (zum Beispiel von einer Batterie) zum Pluspol. Strom misst man meist in Ampere.
Was versteht man unter Spannung?
Die Spannung gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um die Elektronen vom einen zum anderen Pol zu bewegen. Spannung kann durch verschiedene Methoden erzeugt werden. In einer Batterie wird sie durch chemische Reaktionen hervorgerufen. Gemessen wird Spannung üblicherweise in Volt.
Was versteht man unter Widerstand?
Einerseits beschreibt der Widerstand, wie gut oder schlecht ein Material Strom leitet. Das Ganze wird dann in Ohm gemessen. Widerstände können aber auch Bauteile in elektrischen Systemen sein.
Neben dem natürlichen Widerstand eines Stromkabels, der durch die Materialzusammensetzung erzeugt wird, werden teilweise auch Widerstände in ein System eingebaut, damit nachfolgende Bauteile nicht durch zu hohe Spannung beschädigt werden.
Was ist eine Reihenschaltung?
Bei einer Reihenschaltung werden zwei elektrische Komponenten, in diesem Fall Solarmodule, in einer Reihe miteinander verbunden. Der Pluspol des einen Panels wird mit dem Minuspol des anderen verbunden. Das bedeutet, dass es zwischen den einzelnen Komponenten nur einen Stromfluss gibt. Fällt also eine Komponente in der Reihe aus, funktionieren die nachfolgenden Komponenten nicht mehr.
Strom, Spannung und Widerstand bei einer Reihenschaltung
Wie oben erklärt, durchfliest bei der Reihenschaltung ein Stromfluss alle Solarmodule. Der Strom (Menge der Elektronen) bleibt also gleich.
Die Spannung allerdings addiert sich. Denn jedes Solarpanel trägt dazu bei, die Elektronen von einem Panel zum nächsten zu befördern. Das kann man sich wie einen kleinen Schub vorstellen, um die Elektronen in Bewegung zu halten. Und diese kleinen Schübe addieren sich von Panel zu Panel.
Jedes weitere in Reihe geschaltete Modul erhöht den Gesamtwiderstand, da jedes Modul seinen eigenen Widerstand hat und nur ein Strom durch alle Module fließt.
Was ist eine Parallelschaltung?
Bei der Parallelschaltung gibt es nicht nur einen, sondern mehrere parallel verlaufende Stromflüsse. Hier werden die Pluspole und auch die Minuspole der einzelnen Module miteinander verbunden. Die parallel angeschlossenen Komponenten sind so voneinander unabhängig. Das bedeutet: Fällt eine Komponente aus, hat das keinen Einfluss auf die anderen.
Strom, Spannung und Widerstand bei einer Parallelschaltung
Durch die oben beschriebene Art der Verbindung der Panels, fließt der Strom jedes einzelnen Solarmoduls direkt in den Stromkreis. Die Summe des Stroms der einzelnen Panels ist der Gesamtstrom. Im Gegensatz zur Reihenschaltung addiert sich hier also der Strom.
Allerdings bleibt die Spannung, ebenfalls im Gegensatz zur Reihenschaltung, bei der Parallelschaltung gleich. Ein Beispiel zum besseren Verständnis: Wenn an ein Wasserrohr mehrere Wasserhähne parallel angeschlossen werden, ist der Wasserdruck bei jedem Hahn gleich hoch. Genauso verhält es sich bei der Spannung in einer Parallelschaltung.
Der Widerstand verringert sich, da jedes Solarmodul einen eigenen Stromweg hat. Zum besseren Verständnis kann man sich den Stromfluss als Elektronenautobahn vorstellen. Hat diese Autobahn nur eine Spur, müssen die Elektronen alle hintereinander her. Es kommt schnell zu immer mehr Stau, der hier sinnbildlich für den Widerstand steht. Gibt es mehrere Spuren, können die Elektronen nebeneinander „fahren“. Der Stau minimiert sich.
Reihenschaltung oder Parallelschaltung: Worauf sollte man beim Balkonkraftwerk setzen?
Pauschal lässt sich diese Frage nicht beantworten. Dabei kommt es nämlich immer auf die individuellen Ansprüche an die Anlage und auch auf die Standortgegebenheiten des Balkonkraftwerks an. Zudem gilt: beide Varianten haben ihre Vor- und Nachteile.
In jedem Fall sind die Herstellerangaben des Mikrowechselrichters und der Solarmodule zu beachten. Beispielsweise sollte bei Hoymiles- und EcoFlow-Wechselrichtern die Eingangsspannung von 60 Volt nicht überschreiten. Derzeit liegt die Spannung eines üblichen Solarmoduls bei mehr als 30 V. Das bedeutet, bei zwei Solarmodulen wäre die Eingangsspannung bereits überschritten. Daher ist bei dieser Kombination keine Reihenschaltung empfehlenswert, da sich die Wechselrichter bei Überschreitung abschalten und auf Dauer Schaden nehmen.
Vorteile und Nachteile bei der Reihenschaltung für Solarmodule
| Vorteile Reihenschaltung | Nachteile Reihenschaltung | |
| Spannung | Durch die addierte Spannung wird die Mindestspannung, die der Wechselrichter zum Arbeiten benötigt, schneller erreicht. Gerade bei kleineren Anlagen ist das von Vorteil. | Wird die addierte Spannung zu hoch, schaltet sich der Wechselrichter ab und wird auf Dauer beschädigt. Achte deswegen unbedingt auf die auf dem Wechselrichter vermerkte, maximale Eingangsspannung. |
| Widerstand | Der durch den Widerstand begrenzte Stromfluss dient als Schutz vor Überlastung für die einzelnen Komponenten. | Der höhere Gesamtwiderstand kann die Effizienz reduzieren, da der Stromfluss mit jedem Widerstand verringert wird. |
| Stromfluss | Die Direktverbindung der Module miteinander bedeutet weniger Verkabelungsaufwand. | Bei der Reihenschaltung gibt es nur einen Stromfluss. Ist ein Panel defekt, fallen meistens gleich mehrere oder alle Solarmodule aus. |
| Sonneneinstrahlung | Auch bei geringerer Sonneneinstrahlung wird durch die addierte Spannung eine gute Gesamtspannung erzeugt. | Gleiches gilt für die Sonneneinstrahlung. Ist ein Modul verschattet, funktionieren die folgenden Panels durch den unterbrochenen Stromfluss meistens auch nicht mehr. |
Vorteile und Nachteile bei der Parallelschaltung für Solarmodule
| Vorteile Parallelschaltung | Nachteile Parallelschaltung | |
| Spannung | Die Spannung bleibt bei einer Parallelschaltung gleich – egal, wie viele Module miteinander verbunden werden. Dadurch wird eine stabile und konsistente Spannung im gesamten System gewährleistet. | Bei der Parallelschaltung ist die Spannung geringer als bei der Reihenschaltung. In manchen Fällen kann das dazu führen, dass der Wechselrichter nicht auf die benötigte Mindesteingangsspannung kommt. Daher sollte man vor dem Kauf darauf achten, dass der Wechselrichter auch mit niedrigerer Spannung funktioniert. |
| Widerstand | Ein geringerer Widerstand sorgt dafür, dass der Strom leichter fließen kann. Das steigert die Effizienz. | Durch den geringeren Gesamtwiderstand und den gesteigerten Gesamtstrom braucht es bei einer Parallelschaltung meist dickere Kabel, um den Anforderungen standzuhalten. Das steigert die Kosten. |
| Stromfluss | Bei der Parallelschaltung hat jedes Modul seinen eigenen Strompfad. Fällt ein Modul wegen eines Fehlers aus, bleiben die anderen Panels davon unbeeinflusst. | Wird der Gesamtstrom zu hoch, kann das ähnlich wie bei zu hoher Spannung dem Wechselrichter schaden. Auch hier gilt: Achte unbedingt auf den maximalen Kurzschlussstrom, der auf dem Wechselrichter angegeben ist. |
| Sonneneinstrahlung | Dadurch, dass jedes Modul seinen eigenen Strompfad hat, fällt bei einer Teilverschattung nur das betroffene Modul aus. | Sind die Solarmodule bei einem parallel geschalteten Balkonkraftwerk unterschiedlicher Sonneneinstrahlung ausgesetzt (beispielsweise durch Teilverschattung), kann das die Gesamteffizienz verringern und auch zu einer schwankenden Gesamtleistung führen. |
Grundsätzlich gilt also: Eine Reihenschaltung lohnt sich gerade bei kleineren Anlagen, bei denen keine Gefahr besteht, dass einzelne Module im Schatten liegen könnten.
Eine Parallelschaltung ist dann sinnvoll, wenn es zu einer Teilverschattung der Solarmodule kommen könnte und du die Module in verschiedene Himmelsrichtungen ausrichten möchtest.
Du solltest jedoch unbedingt die Herstellerangaben beachten. Sowohl die maximale Eingangsspannung als auch der maximale Kurzschlussstrom dürfen nicht überschritten werden. Sonst kann dein Wechselrichter Schaden nehmen. Außerdem kann im Schadensfall die Garantie des Herstellers erlöschen, wenn die Werte nicht eingehalten werden.
Kann ich mein Balkonkraftwerk sowohl parallel als auch in Reihe schalten?
Eine Mischung aus Parallel- und Reihenschaltung ist durchaus möglich. Bei Balkonkraftwerken ist das allerdings nicht üblich. Die Mischform wird eher bei großen Solaranlagen genutzt.
Dabei werden mehrere Solarmodule in Reihe geschaltet und dann parallel mit dem Wechselrichter verbunden. Alternativ ist es auch möglich, mehrere Solarmodule jeweils in Zweier-Paaren parallel zu schalten. Diese Paare werden anschließend in Reihe verbunden.
Eine solche Mischform bietet sich gerade dann an, wenn die Module in verschiedene Himmelsrichtungen zeigen.
Fazit
Die Parallel- und auch die Reihenschaltung haben ihre Vor- und Nachteile. Du solltest immer nach deinen persönlichen Bedürfnissen entscheiden. Während eine Reihenschaltung eher bei kleinen Anlagen ohne Schatten sinnvoll ist, eignet sich eine Parallelschaltung meistens, wenn es zu einer Teilverschattung kommen kann, oder wenn du die Module in verschiedene Himmelsrichtungen ausrichten willst. Wichtig ist es, dass du die vom Hersteller angegebenen Grenzwerte nicht zu überschreitest.
Ob parallel- oder in Reihe geschaltet, Hauptsache Solar: Unser Service-Team berät dich gerne, wenn du dich für ein eigenes Balkonkraftwerk interessierst.
