Sonne rein, Strom raus.
Photovoltaik verstehen.
Dreh an Sonne und Temperatur, leg ein Blatt auf eine Zelle, schalte Module zu Strings und schau einem Haus einen Tag lang beim Strom-Teilen zu. Zum Schluss prüfst du einen String wie bei der Inbetriebnahme.
Fünf Stationen an der Werkbank
Sicherheit: PV-Anlagen errichten und prüfen nur befugte Elektrofachkräfte. Die DC-Seite steht bei Licht immer unter Spannung. Dieses Labor ist ein Lernmodell – mehr zur Sicherheit ↓
1 Kennlinie und MPP
I-U- und P-U-Kennlinie
Zieh den gelben Arbeitspunkt auf der Kennlinie (Maus oder Finger) oder nimm den Regler. Mit der Tastatur: Punkt anwählen, dann Pfeiltasten.
2 Verschattung und Bypassdioden
Kennlinie mit Schatten
3 Strings und Wechselrichter
Modulfeld und Spannungsfenster
4 Tagesverlauf mit Speicher
Leistung über den Tag
5 Prüfen und Inbetriebnahme (Profi)
Profi Erstprüfung eines Strings wie bei der Inbetriebnahme
Sicherheit – das gilt in echt
- Errichten, ändern und prüfen dürfen nur befugte Elektrofachkräfte. Als Lehrling nur unter Aufsicht.
- Die DC-Seite steht bei Licht immer unter Spannung – Module lassen sich nicht ausschalten. Ein String kann mehrere hundert Volt Gleichspannung haben.
- Nie unter Last trennen: Wechselrichter abschalten und DC-Lasttrennschalter öffnen (Reihenfolge laut Hersteller), erst dann Stecker trennen. Steckverbinder nie zum Trennen unter Last verwenden. Ein Gleichstrom-Lichtbogen hat keinen Nulldurchgang und kann stehen bleiben.
- Nur geeignete Messgeräte verwenden (für die DC-Spannung und Messkategorie zugelassen, z. B. PV-Prüfgerät); Messleitungen vorher prüfen.
- Arbeiten am Dach nur mit Absturzsicherung.
Messen am String
Führe die Schritte in der richtigen Reihenfolge aus. Ein falscher Schritt wird nicht ausgeführt – du bekommst einen Hinweis.
| Messgröße | Erwartet | Gemessen | Abweichung |
|---|
Kennlinie, MPP und STC
Eine Solarzelle ist eine großflächige Diode. Licht erzeugt in ihr einen Fotostrom. Im Kurzschluss (U = 0) fließt der größte Strom ISC, im Leerlauf (I = 0) liegt die größte Spannung UOC an. Leistung gibt es nur dazwischen.
P = U · I · Füllfaktor FF = PMPP / (UOC · ISC) · η = P / (G · A)
Der Punkt mit der größten Leistung heißt MPP (Maximum Power Point). Der Wechselrichter sucht ihn laufend mit seinem MPP-Tracker: Er verändert die Spannung ein Stück, schaut, ob die Leistung steigt, und geht weiter oder kehrt um.
Datenblattwerte gelten bei STC (Standard-Testbedingungen): 1000 W/m² Einstrahlung, 25 °C Zelltemperatur, Luftmasse AM 1,5. Am Dach sind die Bedingungen fast nie genau so.
Unser Lernmodul: 60 Zellen in Reihe, PMPP ≈ 400 W, UMPP ≈ 34 V, IMPP ≈ 11,8 A, UOC = 41 V, ISC = 12,5 A, Fläche 1,92 m² → η ≈ 21 %.
Das Labor-Lernmodul hat etwas andere Werte als das Beispielmodul im Lernkapitel (40,0 V, 12,6 A, −0,30 %/K) – beide sind erdachte Lernwerte.
Temperatur und Einstrahlung
Einstrahlung: Der Strom wächst fast genau proportional mit der Einstrahlung: halbe Sonne, halber Strom. Die Spannung sinkt bei wenig Licht nur langsam (logarithmisch).
Temperatur: Wärme senkt die Spannung deutlich und hebt den Strom nur ein wenig. Das beschreiben die Temperaturkoeffizienten aus dem Datenblatt (hier Lernwerte):
UOC(T) = UOC,STC · (1 + (−0,27 %/K) · (T − 25 °C)) · ISC(G, T) = ISC,STC · G / 1000 W/m² · (1 + 0,05 %/K · (T − 25 °C))
Die Leistung sinkt im Modell um etwa 0,3 % je Kelvin – Richtwert für kristalline Module: rund −0,3 bis −0,4 %/K.
NOCT-Näherung: Wie warm die Zelle wird, schätzt man aus Lufttemperatur und Einstrahlung: TZ ≈ TL + (NOCT − 20 °C) · G / 800 W/m². Mit NOCT = 45 °C (Lernwert) wird die Zelle bei 800 W/m² rund 25 K wärmer als die Luft. Wind kühlt, eng anliegende Montage heizt – es bleibt eine Näherung.
Verschattung, Bypassdiode und Hotspot
Die Zellen eines Moduls liegen in Reihe – durch alle fließt derselbe Strom. Eine abgedeckte Zelle liefert weniger Fotostrom und bremst damit ihren ganzen Zellstrang.
Deshalb ist jedes Modul in Zellstränge (hier 3 × 20 Zellen) geteilt, jeder mit einer Bypassdiode in der Anschlussdose. Treibt der String mehr Strom, als der verschattete Zellstrang liefern kann, leitet die Diode und führt den Strom vorbei. Das Modul verliert ein Drittel seiner Spannung, aber nicht seinen Strom. In der Kennlinie siehst du eine Stufe und zwei Leistungsbuckel – der Wechselrichter muss den höheren finden.
Hotspot: Wird eine verschattete Zelle in Sperrrichtung betrieben, wird sie zum Verbraucher und heizt sich auf. Ohne Bypassdiode drücken die anderen Module ihren Strom bis zum Durchbruch durch die Zelle: P = U · I, im Lernmodell mit den Annahmen Durchbruch bei 15 V und Strangstrom 11,8 A: 15 V · 11,8 A ≈ 177 W auf einer einzigen Zelle. Echte Werte hängen von Zelle, Einstrahlung und Schaltung ab. Das kann Zelle, Folie und Glas beschädigen und ist eine Brandgefahr.
Die Lage zählt: Eine Schmutzkante quer über alle Zellstränge kann keine Bypassdiode „umgehen“ – das ganze Modul liefert weniger Strom. Darum Module sauber halten und Schatten (Kamin, Antenne, Baum) schon bei der Planung meiden.
Strings: Reihe, parallel und Wechselrichter-Fenster
Module in Reihe bilden einen String: Die Spannungen addieren sich, der Strom bleibt gleich. Strings parallel: Die Ströme addieren sich, die Spannung bleibt gleich. Parallel nur Strings mit gleicher Modulanzahl und gleichem Modultyp; unterschiedlich ausgerichtete Strings am besten auf eigene MPP-Tracker.
UString = n · UModul · Iges = m · IString · Pges = n · m · PModul
Der Wechselrichter hat ein MPP-Spannungsfenster und eine maximale DC-Eingangsspannung. Zwei Fälle prüfst du immer:
- Kalt: UOC aller Module bei der tiefsten Zelltemperatur (z. B. −10 °C) muss unter der maximalen DC-Spannung bleiben – sonst kann der Wechselrichter zerstört werden.
- Heiß: UMPP bei hoher Zelltemperatur (z. B. 70 °C) muss noch über der unteren MPP-Grenze liegen – sonst verliert die Anlage im Sommer Ertrag.
Wichtig: Immer abrunden, wenn du die größte Modulanzahl rechnest. Die Werte im Labor sind Lernwerte – im Projekt gelten die Datenblätter von Modul und Wechselrichter.
Eigenverbrauch, Autarkie und Speicher
Die Leistung der Anlage wird in kWp (Kilowatt-Peak) angegeben – die Summe der Modulleistungen bei STC. Was die Anlage erzeugt, geht zuerst ins Haus. Überschuss lädt den Speicher oder wird über den Zweirichtungszähler ins Netz eingespeist. Fehlt Leistung, hilft der Speicher, der Rest kommt aus dem Netz (Netzbezug).
Eigenverbrauchsquote = Eigenverbrauch / Erzeugung · Autarkiegrad = selbst gedeckter Verbrauch / Verbrauch
Bilanz eines Tages: Erzeugung = Eigenverbrauch + Einspeisung. Verbrauch = Eigenverbrauch + Netzbezug (wenn der Speicher am Ende gleich voll ist wie am Anfang).
Eigenverbrauchsquote fragt: Wie viel meines Solarstroms nutze ich selbst? Autarkiegrad fragt: Wie viel meines Verbrauchs decke ich selbst? Ein Speicher hebt beide. Verbraucher in die Mittagszeit verschieben (Waschmaschine, E-Auto) hilft auch – ganz ohne Speicher.
Wer einspeisen will, braucht die Zustimmung des Netzbetreibers und einen passenden Zähler. Lernmodell im Labor: ohne Speicherverluste, Systemverluste pauschal 10 %.
Erstprüfung und Inbetriebnahme
Bevor eine PV-Anlage in Betrieb geht, wird sie geprüft und dokumentiert. Den Rahmen geben die Errichtungsbestimmungen (in Österreich OVE E 8101) und für Prüfung und Dokumentation die EN 62446-1. Typische Prüfschritte am String:
- Sichtprüfung und Dokumentation (Stringplan, Datenblätter, Beschriftung).
- Polarität prüfen – vor dem Zusammenstecken mit dem Wechselrichter.
- Leerlaufspannung UOC messen und mit dem Erwartungswert vergleichen (Modulanzahl, Temperatur).
- Strom messen – meist den Kurzschlussstrom ISC mit einem geeigneten PV-Prüfgerät, erlaubt ist auch der Betriebsstrom – und mit der Einstrahlung vergleichen.
- Isolationswiderstand der DC-Seite gegen Erde messen – der Mindestwert steht in der Norm (im Labor als Lernwert 1 MΩ).
So liest du die Messwerte: Fehlt genau eine Modulspannung, fehlt ein Modul oder es ist überbrückt. Fehlen genau zwei, ist ein Modul verpolt. Verschattung oder eine Wolke ändern UOC kaum, senken aber ISC stark – dann bei stabiler Einstrahlung wiederholen. Ein zu niedriger Isolationswert deutet auf beschädigte Leitungen, Stecker oder Module hin.
Sicherheit an PV-Anlagen
- Nur befugte Elektrofachkräfte errichten, ändern und prüfen PV-Anlagen. Lehrlinge arbeiten nur unter Aufsicht.
- Die DC-Seite ist nie spannungsfrei, solange Licht auf die Module fällt. Abschalten des Wechselrichters macht die Leitungen vom Dach nicht spannungsfrei.
- Gleichstrom-Lichtbogen: Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang. Wird ein Stecker unter Last gezogen, kann ein Lichtbogen stehen bleiben und Brände auslösen. Darum: Wechselrichter abschalten und DC-Lasttrennschalter öffnen (Reihenfolge laut Hersteller), erst dann Stecker trennen. Steckverbinder nie zum Trennen unter Last verwenden.
- Messgeräte müssen für die DC-Spannung und Messkategorie geeignet sein. ISC nur mit einem dafür gebauten PV-Prüfgerät messen – nie mit dem Strommessbereich eines Multimeters.
- Dach: Absturzsicherung, Wetter beachten, Module nicht betreten.
- Feuerwehr: Anlage kennzeichnen und im Übersichtsplan darstellen. Freischaltstelle (AC) und – wo vorhanden – Feuerwehrschalter (DC) müssen bekannt und erreichbar sein. Module und Leitung bis zum ersten Trennpunkt bleiben bei Licht unter Spannung.
Die Grenzwerte und Richtwerte auf dieser Seite sind Lernwerte. Im Betrieb gelten die aktuellen Normen, Herstellerangaben und die Vorgaben deines Betriebs.
Aufgaben von Rookie bis Profi
Je Station drei Aufgaben. Zahlen mit Komma oder Punkt eingeben. Nach einem Fehlversuch bekommst du eine Hilfe und kannst den Lösungsweg aufklappen. Es wird nichts gespeichert.