Kurzantwort: Ein PV-String ist eine Reihenschaltung mehrerer Solarmodule. Für die richtige Auslegung müssen vor allem drei Dinge zusammenpassen: die maximale Stringspannung bei Kälte, die MPP-Spannung im normalen Betrieb und der zulässige Eingangsstrom des Wechselrichters. Die reine Summe der Modul-Wattzahlen reicht für eine sichere Planung nicht aus.
Bei einer Photovoltaikanlage werden Module häufig nicht einzeln an den Wechselrichter angeschlossen, sondern zu Strings zusammengefasst. Dadurch addieren sich die Spannungen der Module. Der Strom bleibt bei einer Reihenschaltung im Wesentlichen auf dem Niveau eines einzelnen Moduls. Genau diese einfache Regel macht die Stringplanung verständlich – solange man Temperatur und Wechselrichtergrenzen mit einbezieht.
Was ist ein PV-String?
Ein String besteht aus mehreren Solarmodulen, die elektrisch in Reihe geschaltet werden. Plus eines Moduls wird mit Minus des nächsten verbunden. Am Anfang und Ende des Strings liegen die beiden Leitungen, die zum Wechselrichter führen.
Bei der Reihenschaltung gilt:
- Die Spannungen addieren sich.
- Der Strom bleibt ungefähr gleich.
- Die Leistungen addieren sich.
Bei zehn Modulen mit jeweils 450 Wp ergibt sich also ein Generatorabschnitt mit 4.500 Wp. Hat jedes Modul beispielsweise eine MPP-Spannung von 34 V, liegt der String unter Standardbedingungen ungefähr bei 340 V.
Die wichtigsten Moduldaten
| Kennwert | Bedeutung | Für die Stringplanung wichtig? |
|---|---|---|
| Voc | Leerlaufspannung | ja, für maximale Stringspannung bei Kälte |
| Vmp | Spannung am Maximum Power Point | ja, für den MPP-Bereich |
| Isc | Kurzschlussstrom | ja, für Grenz- und Schutzbetrachtung |
| Imp | Strom am Maximum Power Point | ja, für den Eingangsstrom |
| Pmax | Nennleistung | ja, für Gesamtgeneratorleistung |
Die Obergrenze: maximale DC-Spannung
Jeder Wechselrichter hat eine maximal zulässige DC-Eingangsspannung. Diese Grenze darf nie überschritten werden. Für die Berechnung ist die Leerlaufspannung Voc der Module entscheidend.
Der Haken: Die Leerlaufspannung steigt bei sinkender Zelltemperatur. Ein String, der bei 25 °C problemlos aussieht, kann an einem sehr kalten Wintermorgen deutlich höhere Spannung liefern.
Deshalb muss die Stringlänge mit einem Temperaturaufschlag berechnet werden. Der genaue Koeffizient steht im Moduldatenblatt.
Beispiel für die maximale Stringlänge
Ein Modul hat eine Leerlaufspannung von 42 V. Der Wechselrichter erlaubt maximal 600 V DC. Ohne Temperaturkorrektur würde man auf 14 Module kommen, denn 14 × 42 V = 588 V.
Das wäre gefährlich knapp. Steigt die Modulspannung bei Frost beispielsweise um mehrere Prozent, kann die 600-V-Grenze überschritten werden. Die korrekte maximale Modulzahl liegt dann niedriger.
Die Konsequenz ist einfach: Die maximale Stringlänge wird mit der kältebedingt erhöhten Voc berechnet, nicht mit dem Nennwert bei 25 °C.
Die Untergrenze: MPP-Spannungsbereich
Der Wechselrichter benötigt eine bestimmte Mindestspannung, damit sein MPP-Tracker sinnvoll arbeiten kann. Die relevante Größe ist hier die MPP-Spannung Vmp.
Im Sommer sinkt die Modulspannung bei hohen Zelltemperaturen. Ein zu kurzer String kann deshalb an heißen Tagen unter die untere Grenze des MPP-Bereichs rutschen.
Die Stringplanung hat also zwei Gegenspieler:
- bei Kälte darf die Spannung nicht zu hoch werden,
- bei Hitze darf die Betriebsspannung nicht zu niedrig werden.
Genau zwischen diesen Grenzen muss die Modulzahl liegen.
Wie berechnet man die minimale Stringlänge?
Dafür wird die warme MPP-Spannung des Moduls betrachtet. Aus dem Temperaturkoeffizienten lässt sich abschätzen, wie weit Vmp bei hoher Zelltemperatur sinkt. Anschließend wird geprüft, wie viele Module nötig sind, damit der String oberhalb der minimalen MPP-Spannung des Wechselrichters bleibt.
Ein vereinfachtes Beispiel: Der Tracker arbeitet ab 180 V sinnvoll. Ein heißes Modul fällt auf etwa 30 V MPP-Spannung. Sechs Module ergeben dann 180 V – das wäre rechnerisch gerade die Untergrenze. In der Praxis plant man nicht unnötig knapp, sondern mit ausreichender Reserve innerhalb der Herstellerangaben.
Wie viele Module gehören an einen MPP-Tracker?
Das hängt vom Wechselrichter ab. Wichtig ist nicht nur die Anzahl der Module, sondern auch deren Ausrichtung und Verschattung. Module mit stark unterschiedlichen Bedingungen sollten nach Möglichkeit nicht in denselben String gezwungen werden.
Eine Ost- und eine Westfläche werden deshalb häufig auf zwei getrennte Tracker verteilt. Mehr zum Zusammenspiel erklärt der Beitrag MPPT erklärt.
Was passiert bei unterschiedlichen Stringlängen?
Wenn zwei Strings parallel an denselben Tracker angeschlossen werden, sollten sie im Regelfall die gleiche Modulanzahl und möglichst ähnliche Bedingungen haben. Unterschiedliche Stringspannungen können zu ungünstigen Arbeitspunkten führen.
Werden die Strings an separate MPP-Tracker angeschlossen, können unterschiedliche Längen je nach Gerät durchaus möglich sein. Entscheidend sind immer die zulässigen Spannungs- und Strombereiche des jeweiligen Trackers.
Parallelschaltung: Hier addiert sich der Strom
Bei zwei parallelen Strings bleibt die Spannung ungefähr gleich, während sich die Ströme addieren. Das ist das Gegenstück zur Reihenschaltung.
Beispiel: Zwei Strings liefern jeweils 11 A im MPP. Parallel liegen am Tracker rund 22 A an. Der Wechselrichter muss diesen Strom verarbeiten können.
Gerade moderne Hochstrommodule machen diese Prüfung wichtig. Ein Wechselrichter kann spannungsseitig perfekt passen und trotzdem zu wenig Eingangsstrom zulassen.
Stringplanung bei Verschattung
Verschattete Module beeinflussen den gesamten String. Bypass-Dioden reduzieren zwar die Folgen, können aber verlorene Einstrahlung nicht ersetzen.
Bei klar abgegrenzten Schattenbereichen kann es sinnvoll sein, Module mit ähnlichen Bedingungen zusammenzufassen. Eine pauschale Aufteilung nach „Hälfte links, Hälfte rechts“ ist nicht immer optimal.
Wenn Bäume, Gauben oder Schornsteine beteiligt sind, lohnt sich eine Schattenanalyse über den Tages- und Jahresverlauf. Mehr dazu im Ratgeber zur Verschattung bei Photovoltaik.
Stringplanung bei Ost-West-Anlagen
Bei Ost-West-Dächern entstehen zwei Teilgeneratoren mit unterschiedlichen Einstrahlungsverläufen. Die naheliegende Lösung ist, Ost und West auf getrennte MPP-Tracker zu legen.
Das hat zwei Vorteile: Beide Seiten können unabhängig geregelt werden, und die Stringlängen lassen sich passend zu den jeweiligen Dachflächen wählen. Details zur Ertragscharakteristik findest du im Beitrag Ost-West-Photovoltaik.
Wie passt die Generatorleistung zum Wechselrichter?
Die Summe der Modulleistungen ergibt die DC-Generatorleistung. Sie darf größer sein als die AC-Nennleistung des Wechselrichters, wenn der Hersteller eine entsprechende Überdimensionierung erlaubt.
Wichtig ist aber: Eine zulässige Generatorleistung bedeutet nicht automatisch, dass auch jede beliebige Stringkonfiguration erlaubt ist. Spannung und Strom bleiben separate Grenzen.
Wer die Wechselrichterseite noch einmal vollständig prüfen möchte, sollte den Ratgeber Wechselrichter auswählen danebenlegen.
Praxisbeispiel mit 18 Modulen
Angenommen, 18 identische Module mit je 430 Wp sollen angeschlossen werden. Jedes Modul hat eine Vmp von 32 V und eine Voc von 39 V.
Variante A: ein String mit 18 Modulen.
- MPP-Spannung: etwa 18 × 32 V = 576 V
- Leerlaufspannung bei 25 °C: etwa 18 × 39 V = 702 V
Wenn der Wechselrichter maximal 600 V verträgt, ist diese Variante bereits ohne Kältezuschlag unzulässig.
Variante B: zwei Strings mit je neun Modulen an getrennten Trackern.
- MPP-Spannung pro String: etwa 288 V
- Voc pro String bei 25 °C: etwa 351 V
Das kann in einem typischen MPP-Fenster gut passen. Ob es wirklich zulässig ist, muss mit den exakten Temperaturwerten und Stromgrenzen geprüft werden.
Typische Fehler bei der PV-Stringberechnung
- Nur die Wattzahl der Module addieren.
- Leerlaufspannung bei Frost ignorieren.
- MPP-Spannung bei hohen Temperaturen nicht prüfen.
- Parallele Strings anschließen, ohne den addierten Strom zu beachten.
- Ost- und Westmodule ohne Trackerplanung mischen.
- unterschiedliche Modultypen im selben String kombinieren.
- Herstellergrenzen als „ungefähre Empfehlung“ statt als Spezifikation behandeln.
Checkliste vor dem Anschluss
- Moduldatenblatt und Wechselrichterdatenblatt nebeneinanderlegen.
- Voc mit Temperaturkoeffizient bei der tiefsten anzusetzenden Temperatur berechnen.
- Vmp bei hoher Zelltemperatur prüfen.
- Imp und Isc mit Eingangsstromgrenzen vergleichen.
- Anzahl Strings pro Tracker kontrollieren.
- Ausrichtung und Verschattung berücksichtigen.
- zulässige DC-Gesamtleistung prüfen.
- Steckverbinder und Kabel für Spannung und Strom passend auswählen.
Häufige Fragen
Kann ein String zu lang sein?
Ja. Dann kann die Leerlaufspannung bei Kälte die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters überschreiten.
Kann ein String zu kurz sein?
Ja. Bei hohen Temperaturen kann die MPP-Spannung unter den sinnvollen Arbeitsbereich des Wechselrichters fallen.
Ist die Stringspannung bei Sonne am höchsten?
Nicht unbedingt. Die höchste Leerlaufspannung tritt typischerweise bei sehr kalten Modulen auf. Hohe Temperatur senkt die Spannung.
Kann ich verschiedene Module in Reihe schalten?
Das ist technisch nur mit genauer Prüfung sinnvoll. Unterschiedliche Strom- und Spannungskennwerte können Verluste verursachen. Für einfache Anlagen sind identische Module pro String die deutlich sauberere Lösung.
Wie viele Strings darf ein Wechselrichter haben?
Das hängt von Anzahl der Eingänge, MPP-Tracker und den Stromgrenzen des konkreten Geräts ab. Die Herstellerangaben sind verbindlich.
Praxis: Temperaturkorrektur nicht nur auf der Obergrenze anwenden
Bei der Stringberechnung wird häufig nur die steigende Leerlaufspannung bei Kälte betrachtet. Genauso wichtig ist die andere Richtung: Bei hoher Zelltemperatur sinkt die MPP-Spannung. Ein sehr kurzer String kann dann zwar im Winter perfekt aussehen, im Hochsommer aber unter die untere MPP-Grenze des Wechselrichters rutschen.
Deshalb sollte eine belastbare Auslegung immer mindestens zwei Temperaturfälle prüfen: sehr kalt für die maximale Voc und sehr warm für die minimale Vmp. Professionelle Planungsprogramme erledigen das automatisch; bei einer Handrechnung müssen die Temperaturkoeffizienten aus dem Moduldatenblatt sauber übernommen werden.
Reserve statt Grenzwertplanung
Eine Konfiguration, die rechnerisch exakt bei 600 V endet, obwohl der Wechselrichter 600 V maximal erlaubt, ist keine gute Planung. Fertigungstoleranzen, Messunsicherheit und besonders niedrige Temperaturen können den realen Wert verschieben. Sinnvoll ist daher ein Abstand zu harten Grenzwerten.
Das Gleiche gilt für den Eingangsstrom. Wenn ein Tracker maximal 16 A erlaubt und das Modul unter günstigen Bedingungen sehr nahe an diesen Wert kommt, sollte geprüft werden, ob Herstellerangaben zu Kurzschlussstrom, Sicherheitsfaktoren und zulässiger Überbelegung eingehalten werden.
Fazit
Eine gute PV-Stringberechnung ist kein Hexenwerk, aber sie braucht mehr als eine Wattzahl. Die entscheidenden Größen sind Voc, Vmp, Imp, Temperaturkoeffizienten und die Eingangsgrenzen des Wechselrichters.
Wer zuerst die Kältegrenze, dann den heißen Betriebspunkt und anschließend den Strom prüft, hat die wichtigsten Fehlerquellen im Griff. Die Stringplanung verbindet damit Solarmodul und Wechselrichter zu einem funktionierenden PV-Generator.