Fehler – Betrachtung bei Solar-Modulen und der Anordnung

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So nun wird es speziell ….

Nachdem ich meinen “Senf” hinsichtlich sinnvoller Solarmodul-Verschaltungen im WoMo-Bereich in einem der vorherigen Beiträge schon zusammengeschrieben haben, wollen wir nun mal einige “Fehler” betrachten.

Unter der Begrifflichkeit “Fehler” sind nicht nur Defekte an Solarmodulen zu verstehen, sondern auch “gestörte” Betriebsbedingungen.

Die wichtigste “Störung” ist für viele der Betrieb bei schlechten Einstrahlungsbedingungen

Hier ist besonders in der “dunkleren” Jahreszeit, mit viel Bewölkung, aber vor allem aber mit den flachen Einstrahlwinkeln ein sehr eingeschränkter Solarertrag zu erwarten.

Überlicherweise sind halt die Solarmodule auf unseren WoMo’s flach auf dem Dach montiert. Dies führt bereits bei mitteleuropäischen Verhältnissen, auch im Hochsommer zu einer Einstrahlungsminderung von typischerweise 20% und mehr.

Dagegen machen können wir nix …  Manche setzen Techniken wie Halterungen, die ein Anstellen der Module ermöglichen, ein. Diese sind aber m.E. für den “fahrenden” Mobilisten wenig geeignet; wer will schon täglich auf dem Dach rumkrabbeln, zumal mögliche Aufstellhalterungen auch nie eine 100% richtige Ausrichtung ermöglichen.

Für ein einigermaßen optimales Ergebnis müssten wir die Module in der Vertikalen immer zwischen 40o und 60o aufstellen (bezogen auf die mittleren Verhältnisse in DE), im Sommer flacher, im Winter steiler, und Horizontal immer mindestens auf +/-20o zur Südrichtung ausrichten. So erhält man dann, ohne ständiges Nachführen, noch die höchstens Tageserträge.

Erstere Anforderung, das vertikale Aufständern, lässt sich ja auch nur bedingt umsetzen, die Horizontale Ausrichtung wohl ja nur durch angepasstes Parken des WoMo. Dumm nur, die Ausrichtung der meisten SP/CP- und auch freien Stellplätze folgt dieser Notwendigkeit halt leider nicht.

Letztlich können wir den generellen Minder-Ertrag aufgrund der Montageart einfach durch mehr montierte Peak-Leistung kompensieren, wenn es denn überhaupt notwendig ist. Ansonsten darauf achten, das speziell bei Rahmen-Modulen eine geeignet beschichtete Glasplatte vom Modulhersteller verwendet wird, die zumindest die Reflexion mindert. Sicher haben hier die nur mit dünner Schutzfolie versehenen “flexiblen” Module ihren Vorteil oder auch die CIGS/CIS-Dünnschichttechnik.

Teilbeschattungen durch Hindernisse

Solarmodul Abstaende auf dem Dach

Abb. 1: Beispielhaft unter der Annahme einer 150mm hohen Reling sowie einer Midi-HEKI, wie in vielen Mobilen verbaut, © m.springmann

Meines Erachtens der wichtigste Aspekt, denn hier können bei der Montage die meisten “eingebauten” und somit dauerhaft nachteiligen Fehler gemacht werden. Aber auch das (teilweise) “Schatten”-Stehen kann man mit richtiger Modulanordnung und Modulverschaltung (siehe anderer Beitrag) und dem richtigen Solarregler schon ganz gut optimieren, es muss nicht immer die pralle Sonne sein.

Generell nützt es nichts, das Dach unseres WoMo mit Modulen zu tapezieren, wenn die anderen Aufbauten wie Dachluken und besonders die SAT-Schüssel, eine eventuell vorhandene Dachreling ihre Schattenkontur auf die Module werfen. Werden nur einige Zellen teilweise beschattet, verliert der betroffene Zellenstrang meist sehr viel Leistung, im allgemeinen überproportional zur eigentlichen beschatteten Fläche, den es reicht eine beschattete Zelle im Strang aus, in Folge wird die Leistung des ganzen Zellenstrangs von dieser bestimmt.

Man beachte hier die Freistellung (nicht zu nutzende Dachfläche) mit einem Winkel von mindestens 60o zum Hindernis. Da kommen dann durchaus schon ganz schöne Abstandsmaße, insbesondere zur SAT-Schüssel, zusammen.

Hier haben klassische Rahmen-Module durch ihre Höhe von etwa 35mm, zuzüglich der freien Höhe der Modulhalter, gegenüber den Flexiblen, flach auf dem Dach aufgeklebten, Modulen durchaus nicht unerhebliche Vorteile (außer bei der SAT-Schüssel, die ist so hoch, da spilen die wenigen Zentimeter nicht wirklich eine Rolle). Siehe in der Skizze (Abb. 1) mal beispielhaft.

Man sollte sich da ausreichend Zeit nehmen, die sinnvollen Flächen bestimmen (ausmessen mit Winkelschablone) und die Module (deren Abmessungen) entsprechend wählen; lieber eine Nummer kleiner und funktioniert, wie eine Nummer größer und funktioniert wegen der partiellen Abdeckung selten mit voller Leistung. Denn letztlich ist nicht der sommerliche Betrieb bei hochstehender Sonne relevant, sondern der optimale Ertrag bei den widrigeren Bedingungen im Frühjahr, Herbst und Winter.

Teilverschattungen durch den Standort unter teilweise schattenwerfenden Bäumen usw. werden von vielen Wohnmobilisten gemieden, sie stehen in die pralle Sonne, so dass sie Solarertrag haben. Meist ist hier jedoch die Ursache in einer falschen Verschaltung der Solarmodule zu suchen, und vor allem dem falschen Solarregler. Siehe meine vorherigen Beiträge. Die Minderleistungen  sind teilweise so beträchtlich, so dass eben nur ein schattenfreies Stehen hilft.

Solar_2S2P_36Z

Abb. 2: Vier 12V-Solar-Module, verschaltet in 2S/2P an zwei MPPT-Regler, © m.springmann

Dies liegt aber letztlich nicht an den Nachteilen der Solartmodultechnik, sondern wesentlich an  mangelnder Umsetzung bei – Modul- /Platzierung /Verschaltung und Solarregler – .

Generell ist hier meines Erachtens eine Lösung mit z.B. vier kleineren 50W Modulen einer Lösung mit nur zwei 100W Modulen vorzuziehen, wenn bedingst durch die Abmessungen dann ausreichend große Freistellungswinkel erzielt werden können. Diese sollten auch gut auf der Dachfläche verteilt werden, denn meist liegt ja nicht das ganze Dach im Schatten.

Das Ganze dann natürlich kombiniert mit zwei statt einem Solarregler, diese ausschließlich als MPPT-Regler (tief-/hochsetzend).

Mit ersterer Lösung wird man im Jahresmittel bestimmt viel mehr “ernten” als mit der Zweiten. Die Leistungsangabe ist beispielhaft zu verstehen, es könnten auch 4x100W zu 2x200W oder andere Verhältnisse passen, es kommt einfach nur auf den Abstände zu den Hindernissen auf dem Dach an.

Wer Platz für zwei weitere Module und das Geld für einen dritten Regler hat, wird auch hier eine Verbesserung im teilverschatteten Betrieb erzielen können, statistisch gesehen sinkt durch die höhere Anzahl an Solarmodulen die Wahrscheinlichkeit für eine verschattungsbedingte Abschaltung von Zellsträngen oder ganzen Modulen.

Das man seine Module ab und an reinigen sollte, soll auch nicht unerwähnt bleiben. Denn wenn schon Moos und anderes wächst, kommt zwangsläufig weniger Licht auf die darunterliegenden Solarzellen. Für die, die eine Dachwäsche für unnötig halten, wascht die Module, der Rest vom Dach kann ja “dachbegrünt” bleiben …. (soll ja sogar isolierend wirken 🙄 ).

Erstes Fazit

Richtig optimal können wir es hier nie machen, aber insbesondere der Betrieb mit Teilverschattung kann durchaus mit Verstand so optimiert werden, das im Sommer auch der “Schattensteher” möglich wird, in der sonstigen Jahreszeit aber auch die Module noch vernünftig, zwar gemindert (einfach bedingt durch die niedrigere Strahlungsleistung), aber dennoch oft ausreichend Leistung bringen.

Betrachten wir nun aber mal den “richtigen” fehlerbehafteten Betrieb (Defekt eines oder mehrerer Solarmodule/Solarzellen) und betrachten dann mal die Optimierungsmöglichkeiten im “gestörten” Betrieb, dann nämlich, wenn die Bypassdioden aktiv werden.