Die PV-Stringplanung beschreibt die Auslegung der elektrischen Verschaltung von Solarmodulen (PV-Modulen) zu sogenannten Strings.
Ziel ist es, sicherzustellen, dass Spannung, Strom und Leistung der Module innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen des Wechselrichters liegen – bei allen zu erwartenden Temperaturen am Installationsort.

Eine korrekte Stringplanung stellt sicher:

Mit der autarc-Stringplanung prüfen Sie, ob eine geplante Modulkonfiguration technisch mit dem Wechselrichter zusammenpasst.
autarc berechnet automatisch Spannungen, Ströme und Temperaturgrenzen und bewertet jeden String mit einer Live-Ampellogik.
So erkennen Sie sofort, ob eine Auslegung zulässig, grenzwertig oder nicht empfohlen ist

Für die Stringplanung werden einige Variablen verwenden. Diese kommen aus den Modul und Wechselrichter Datenblättern oder basieren auf dem Standort. Die folgenden Variablen werden im weiteren für unsere Berechnungen verwendet.

Modul: Werte die aus dem Modul-Datenblatt entnommen werden

Temperaturwerte

Temperaturkorrigierten Modulwerte

Wechselrichter: Werte die aus dem Datenblatt entnommen werden

Stringlänge

Temperaturkorrigierten Stringwerte

Die elektrischen Kennwerte eines PV-Moduls ändern sich mit der Temperatur.
Daher werden Spannung und Strom temperaturkorrigiert berechnet, um die realen Betriebswerte unter verschiedenen Witterungsbedingungen zu berücksichtigen.

Diese korrigierten Werte bilden die Grundlage für die Dimensionierung der PV-Strings – sie bestimmen, ob der Wechselrichter im gesamten Temperaturbereich sicher und effizient betrieben werden kann.

Minimaler Modul-Kurzschlussstroms Isc_min_mod

Der Minimalwert des Kurzschlussstroms beschreibt den zu erwartenden Strom bei der niedrigsten Umgebungstemperatur T_low.
Da die Stromstärke mit sinkender Temperatur leicht abnimmt, ergibt sich hier der geringste Stromwert.

Diese Berechnung stellt sicher, dass der String auch bei niedrigen Temperaturen zuverlässig arbeitet und nicht unterdimensioniert ist.

Maximaler Modul-Kurzschlussstroms Isc_max_mod

Der Maximalwert des Kurzschlussstroms tritt bei hohen Modultemperaturen auf.
Er ergibt sich aus der Umgebungstemperatur T_high zuzüglich des temperaturabhängigen Zuschlags T_add aufgrund der Montageart.
Dieser Wert wird verwendet, um zu prüfen, ob die maximal zulässigen Eingangsstromgrenzen des Wechselrichters eingehalten werden.

Minimale Modul-MPP-Spannung Vmp_min_mod
Die Spannung am Maximum Power Point (Vmp) sinkt mit steigender Temperatur.
Dieser Wert beschreibt die niedrigste zu erwartende MPP-Spannung bei der maximalen Modultemperatur T_high + T_add.
Er stellt sicher, dass der Wechselrichter auch im Sommerbetrieb noch innerhalb seines MPP-Spannungsbereichs arbeitet.

Maximale Modul-MPP-Spannung Vmp_max_mod

Bei niedrigen Temperaturen steigt die MPP-Spannung des Moduls an.
Dieser Wert beschreibt die höchste zu erwartende MPP-Spannung bei der minimalen Umgebungstemperatur T_low.
Damit wird sichergestellt, dass die obere Grenze des MPP-Spannungsbereichs des Wechselrichters nicht überschritten wird.

Minimale Modul-Leerlaufspannung Voc_min_mod

Die Leerlaufspannung (Voc) sinkt mit steigender Temperatur.
Dieser Wert beschreibt die niedrigste zu erwartende Leerlaufspannung bei der maximalen Modultemperatur T_high + T_add.
Er wird verwendet, um sicherzustellen, dass der Wechselrichter auch bei hohen Temperaturen noch starten kann.

Maximale Modul-Leerlaufspannung Voc_max_mod

Die Leerlaufspannung steigt bei niedrigen Temperaturen deutlich an.
Dieser Wert beschreibt die höchste zu erwartende Leerlaufspannung bei der tiefsten Umgebungstemperatur T_low.
Er ist sicherheitsrelevant, da er sicherstellt, dass die maximal zulässige Eingangsspannung des Wechselrichters nicht überschritten wird.

Je nach Montageart erwärmen sich PV-Module unterschiedlich stark.
Diese Temperaturdifferenz wird durch den Zuschlagswert T_add berücksichtigt.
Er kann in autarc geändert werden, indem man in der linken Seitenleiste einen Wechselrichter ausgewählt hat, und dann auf die kleine Pille (+35°) klickt.

Nachdem die temperaturkorrigierten Modulwerte bestimmt wurden, kann die minimale und maximale Stringlänge berechnet werden — also die Anzahl der in Serie geschalteten Module pro MPP-Tracker.

Ziel ist, dass der Wechselrichter in allen Temperaturbereichen innerhalb seiner zulässigen Spannungsgrenzen arbeitet.

Die minimale Stringlänge gibt an, wie viele Module mindestens in Serie geschaltet werden müssen, damit der Wechselrichter auch an heißen Tagen im MPPT-Bereich arbeitet und nicht abschaltet.

Zunächst wird die minimale Modulspannung (Vmp_min_mod) berechnet, also die MPP-Spannung eines Moduls bei maximaler Modultemperatur T_high + T_add.
Bei hohen Temperaturen sinkt die Modulspannung.
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Minimale Modulspannung berechnen (Vmp_min_mod)

Minimale Stringlänge berechnen

Anschließend wird die minimale MPP-Eingangsspannung des Wechselrichters Vmpp_min_inv durch diesen Wert geteilt, um die erforderliche Mindestanzahl an Modulen zu bestimmen.

Das Ergebnis wird aufgerundet auf die nächste ganze Zahl.
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Sicherheitsprüfung (optional)

Damit der Wechselrichter bei allen Temperaturen sicher startet, kann ergänzend geprüft werden, ob die Spannung auch oberhalb der minimalen Betriebsspannung V_min_inv liegt.

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Die maximale Stringlänge gibt an, wie viele Module maximal in Serie geschaltet werden dürfen, ohne dass die zulässige maximale Eingangsspannung des Wechselrichters überschritten wird.
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Bei niedrigen Temperaturen steigt die Modulspannung.
Deshalb wird hier die temperaturkorrigierte Leerlaufspannung Voc_max_mod verwendet, da sie die höchste mögliche Modulspannung darstellt.
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Würde stattdessen die MPP-Spannung zugrunde gelegt, könnten beim Start des Wechselrichters (Leerlauf) Überspannungen auftreten, die die DC-Eingangsstufe beschädigen.

Maximale Modulspannung berechnen (Voc_max_mod)

Zunächst wird die maximale Modul-Leerlaufspannung Voc_max_mod bei der tiefsten zu erwartenden Umgebungstemperatur T_low berechnet

Minimale Stringlänge berechnen

Anschließend wird die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters V_max_inv ​ durch die temperaturkorrigierte Modul-Leerlaufspannung geteilt geteilt, um die maximal zulässige Anzahl an Modulen pro String zu bestimmen:

Das Ergebnis wird abgerundet auf die nächste ganze Zahl.

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Performanceprüfung (optional)

Zur Überprüfung des optimalen Betriebs kann ergänzend geprüft werden, ob die Stringspannung auch im MPPT-Spannungsbereich liegt:

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Damit der Wechselrichter zuverlässig und effizient arbeitet, müssen die Spannungswerte der Strings innerhalb seiner zulässigen Grenzen liegen.
Dabei wird zwischen dem MPPT-Spannungsbereich und den absoluten Eingangsspannungsgrenzen unterschieden:

Nachdem alle temperaturkorrigierten Modulwerte berechnet wurden, werden daraus die elektrischen Kennwerte des gesamten PV-Strings ermittelt.
Ein String besteht aus mehreren in Serie geschalteten PV-Modulen, die gemeinsam an einem MPP-Tracker (Maximum Power Point Tracker) des Wechselrichters betrieben werden.
Durch die Reihenschaltung addieren sich die Spannungen der einzelnen Module, während der Strom über alle Module hinweg gleich bleibt.
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Die nachfolgenden Berechnungen beschreiben, wie sich Strom, Leerlaufspannung und MPP-Spannung eines Strings aus den korrigierten Modulwerten ableiten.

Der Kurzschlussstrom (Isc) beschreibt den maximalen Strom, den ein PV-Modul oder ein gesamter String liefern kann, wenn seine Anschlüsse kurzgeschlossen sind – also ohne angeschlossene Last.

Bei einer Reihenschaltung bleibt der Strom im gesamten String gleich und entspricht dem Strom des schwächsten Moduls im Strang.

Daher ergibt sich der temperaturkorrigierte String-Kurzschlussstrom direkt aus den Modulwerten.

Der minimale Wert Isc_min_str wird bei niedriger Temperatur T_low berechnet, da der Strom mit sinkender Temperatur leicht abnimmt.
Der maximale Wert Isc_max_str tritt bei maximaler Modultemperatur T_high + T_add auf.
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Formel: Isc_min_str und Isc_max_str

Gesamtstrom bei p parallelen Strings

Sind mehrere Strings parallel an einem MPPT angeschlossen, addieren sich die Ströme entsprechend der Anzahl der Strings p.
Dadurch steigt der Gesamtstrom auf der DC-Seite des Wechselrichters.

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Isc_total_min
✅ ≥ Mindeststrom für MPPT-Betrieb

Isc_total_max
✅ ≤ Max short circuit current
❌ > Max short circuit current

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Die Leerlaufspannung (Voc) beschreibt die Spannung eines PV-Strings, wenn keine Last angeschlossen ist.
Sie stellt die maximal mögliche DC-Spannung dar, die an einem Strang auftreten darf.

Da bei einer Reihenschaltung die Spannungen der einzelnen Module addiert werden, ergibt sich die String-Leerlaufspannung Voc_str direkt aus der Summe der Modulspannungen.

Die minimale Leerlaufspannung Voc_min_str​ wird bei hoher Temperatur (T_high + T_add) berechnet, während die maximale Leerlaufspannung Voc_max_str​ bei niedriger Temperatur T_low auftritt.

Dieser Zusammenhang ist sicherheitsrelevant, da kalte Temperaturen zu deutlich höheren Spannungen führen können.

Die String-MPP-Spannung ist die Betriebsspannung des Strings am Punkt der maximalen Leistung. Sie wird berechnet, indem die temperaturkorrigierten Modulspannungen im MPP addiert werden.

Bei hohen Temperaturen (Sommer) T_max sinkt Vmpp_str, der Wechselrichter darf nicht unter Vmpp_min_inv fallen. Bei niedrigen Temperaturen (Winter) T_low steigt Vmpp_str, darf aber Vmpp_max_inv nicht überschreiten.

Die MPP-Spannung (Vmpp) ist die Betriebsspannung des PV-Strings am Punkt der maximalen Leistung.
Sie ergibt sich aus der Summe der MPP-Spannungen der einzelnen Module, die zuvor temperaturkorrigiert wurden.

Da die MPP-Spannung mit steigender Temperatur sinkt, ist Vmpp_min_str​ bei maximalen Temperaturen (T_high + T_add) am niedrigsten.
Umgekehrt steigt die Spannung bei niedrigen Temperaturen T_low, sodass Vmpp_max_str​ bei kalten Bedingungen auftritt.
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Für den Wechselrichterbetrieb ist entscheidend, dass die String-MPP-Spannung innerhalb des zulässigen MPP-Spannungsbereichs bleibt:
Sie darf weder unter die minimale MPP-Eingangsspannung Vmpp_min_inv fallen noch die maximale MPP-Spannung Vmpp_max_inv überschreiten.

Liegt die Spannung außerhalb dieses Bereichs, kann der Wechselrichter nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.