Stringauslegung: wie viele Module an einen Wechselrichter dürfen

Auf dem Angebot steht, wie viele Module aufs Dach kommen. Was selten dabeisteht: wie sie verschaltet werden. Dabei entscheidet genau das darüber, ob die Anlage an einem kalten, klaren Februarmorgen einwandfrei läuft — oder ob der Wechselrichter abschaltet, weil die Spannung über seiner Grenze liegt.

Die Rechnung dahinter ist keine Geheimwissenschaft. Sie braucht vier Zahlen aus zwei Datenblättern und zwei Temperaturen. Wer sie einmal nachvollzieht, erkennt im Angebot binnen Minuten, ob die Stringlänge passt.

Die vier Zahlen, die du brauchst

Zwei stehen im Moduldatenblatt, zwei im Wechselrichter-Datenblatt. Als Rechenbeispiel dient hier ein vollständig veröffentlichtes Moduldatenblatt aus dem ENF-Datenblattverzeichnis — ein Q CELLS Q.PEAK DUO ML-G10+ in der 415-Watt-Variante. Das Modell wird laut Verzeichnis nicht mehr gefertigt; es geht hier um die Rechnung, nicht um eine Kaufempfehlung.

Die Gerätewerte stammen aus dem Datenblatt des SMA Sunny Tripower Smart Energy STPxx-3SE-40. Alle vier Geräte der Baureihe vertragen 1.000 Volt maximale Eingangsspannung, das MPP-Fenster unterscheidet sich aber je nach Leistungsklasse: 210 bis 800 Volt beim 5.0er, 250 bis 800 beim 6.0er, 330 bis 800 beim 8.0er und 280 bis 800 beim 10.0er. Wir rechnen mit dem 8.0er.

Die obere Grenze: was Kälte mit der Spannung macht

Solarmodule liefern bei Kälte mehr Spannung, nicht weniger. Der Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung ist negativ — im Beispiel minus 0,27 Prozent je Grad Celsius. Unter der Standardtestbedingung von 25 Grad Zelltemperatur sind es 45,16 Volt. Fällt die Zelle auf minus 10 Grad, sind das 35 Grad weniger, also 35 × 0,27 = 9,45 Prozent mehr Spannung:

Und jetzt der Vergleich, um den es geht. Wer mit dem Datenblattwert bei 25 Grad rechnet, kommt auf 1.000 ÷ 45,16 = 22,1, also 22 Module. Zwei Module mehr, als das Gerät verträgt — und der Fehler zeigt sich nicht im Sommer bei der Abnahme, sondern an einem klaren Wintermorgen kurz nach Sonnenaufgang, wenn die Module kalt sind und trotzdem schon Spannung liefern.

Die untere Grenze: was Hitze mit der Spannung macht

Am anderen Ende steht das MPP-Fenster. Fällt die Stringspannung unter seine Untergrenze, kann der Regler den Arbeitspunkt nicht mehr halten — die Anlage liefert weniger, als sie könnte, oder schaltet ab. Im Sommer werden Module auf dem Dach deutlich wärmer als die Luft; als Rechenwert sind 70 Grad Zelltemperatur üblich.

Zwei Einschränkungen, die dazugehören: Das Datenblatt nennt keinen eigenen Temperaturkoeffizienten für die MPP-Spannung — wir rechnen näherungsweise mit dem der Leerlaufspannung, wie es in der Praxis üblich ist. Und die Werte minus 10 Grad und plus 70 Grad sind Auslegungskonventionen, keine Vorschrift; eine frei abrufbare Norm, die sie für Deutschland verbindlich festlegt, haben wir nicht gefunden. Das Moduldatenblatt selbst gibt als Betriebstemperaturbereich minus 40 bis plus 85 Grad an.

Die Falle zwischen den beiden Grenzen

Zwischen 10 und 20 Modulen ist also alles erlaubt — könnte man meinen. Tatsächlich sind die 1.000 Volt und das MPP-Fenster zwei verschiedene Grenzen, und die zweite greift früher.

Rechne die MPP-Spannung noch einmal, diesmal für die Kälte: 38,37 V × 1,0945 = 42,0 Volt je Modul. Bei 20 Modulen sind das 840 Volt — die Obergrenze des MPP-Fensters liegt aber bei 800 Volt. Bei 19 Modulen sind es 798 Volt und damit gerade noch drin.

Die Auslegung, die die Leerlaufgrenze sauber einhält, kann den Arbeitspunkt trotzdem aus dem Fenster schieben. Das Gerät nimmt dann keinen Schaden, aber es regelt am Rand — und genau das kostet an kalten, hellen Tagen Ertrag, wenn die Anlage eigentlich am besten läuft.

Offen gesagt: Das ist unsere eigene Rechnung, und sie ist bewusst konservativ. Eine Zelltemperatur von minus 10 Grad bei gleichzeitig voller Einstrahlung ist ein Grenzfall; unter Last liegt die Zelle über der Umgebungstemperatur. Die Rechnung zeigt die Reihenfolge der Grenzen, nicht den Alltag.

Warum das untere Ende des Fensters herstellerabhängig ist

Die Untergrenze des MPP-Bereichs ist keine Naturkonstante, sondern eine Konstruktionsentscheidung — und sie unterscheidet sich zwischen Geräten dramatisch. Das Datenblatt des Fronius Symo GEN24 Plus nennt einen nutzbaren MPP-Bereich von 80 bis 800 Volt und eine Einspeise-Startspannung von 80 Volt. Beim SMA-Gerät der 8.0-Klasse beginnt das Fenster erst bei 330 Volt, die Start-Eingangsspannung liegt bei 180 Volt.

Für die Auslegung heißt das: Mit dem Fronius-Gerät wären im selben Beispiel schon drei Module je String rechnerisch ausreichend (80 ÷ 33,7 = 2,4), mit dem SMA-Gerät sind es zehn. Das ist der Unterschied zwischen einem Dach, auf dem sich kurze Teilflächen sinnvoll belegen lassen, und einem, auf dem kleine Gauben oder Anbauten leer bleiben.

Die dritte Grenze: der Strom

Neben den beiden Spannungsgrenzen gibt es eine Stromgrenze, und sie begrenzt nicht die Stringlänge, sondern die Zahl paralleler Strings. Das SMA-Gerät nimmt je Eingang 12,5 Ampere nutzbaren Eingangsstrom auf, der maximale Kurzschlussstrom liegt bei 20 Ampere. Das Beispielmodul liefert im Arbeitspunkt 10,82 Ampere und im Kurzschluss 11,26 Ampere.

Ein String je MPP-Eingang passt also. Zwei parallel wären rund 21,6 Ampere im Arbeitspunkt — deutlich über der nutzbaren Grenze. Das Datenblatt sagt dasselbe direkt: Es nennt für die kleineren Geräte einen String je MPP-Eingang und erlaubt zwei nur am größeren Eingang B des 10.0-Geräts, der bis 25 Ampere aufnimmt.

So prüfst du ein Angebot in fünf Minuten

Was sonst noch im Wechselrichter-Datenblatt zählt, steht im Ratgeber zum Wechselrichter-Datenblatt und Wirkungsgrad; die Modulseite behandelt der Ratgeber Modul-Datenblatt lesen. Warum lange Strings zusätzlich ein Alterungsrisiko tragen, steht im Ratgeber zum PID-Effekt — dort ist die Stringlänge einer von vier Faktoren, die über die Anfälligkeit entscheiden.

Wenn das Dach mehrere Ausrichtungen hat

Module in einem String liefern denselben Strom. Sitzt ein Teil auf der Ost- und ein Teil auf der Westseite, bestimmt die schwächere Teilfläche den Arbeitspunkt — der Regler kann nur einen Kompromiss finden. Deshalb gehören unterschiedlich ausgerichtete Flächen auf getrennte MPP-Eingänge, und genau hier wird die Untergrenze des MPP-Fensters zum entscheidenden Kriterium.

Wie sich Ost-West-Belegungen im Ertrag auswirken, steht im Ratgeber zur Ost-West-Ausrichtung. Wenn eine Teilfläche zusätzlich verschattet ist, kommen Optimierer oder Modulwechselrichter ins Spiel — der Ratgeber zu Leistungsoptimierern und Modulwechselrichtern ordnet das ein.

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Was wir nicht belegen können

• Die Auslegungstemperaturen sind Konvention, nicht Vorschrift. Minus 10 und plus 70 Grad sind die branchenüblichen Rechenwerte; eine frei abrufbare, verbindliche Festlegung für Deutschland haben wir in diesem Lauf nicht gefunden und behaupten sie deshalb nicht.
• Der Temperaturkoeffizient für Vmpp fehlt auf dem Datenblatt. Wir rechnen näherungsweise mit dem Voc-Koeffizienten; der tatsächliche Wert kann abweichen.
• Das Rechenbeispiel ist ein Beispiel. Andere Module haben andere Koeffizienten — der Rechenweg gilt, die Zahlen nicht.