Balkon-Solar-Kraftwerke: Tests und Merkmale

Du hast ja auch nicht den Thread gestartet, sondern hast schon deinen Wissensvorsprung.

Ich habe inzwischen den Widerstand zwischen Leistungsangaben bei STC (25 °C) und NOCT (45 °C) verstanden. Das spreizt erstaunlich uneinheitlich von Faktor 1,23 bis 1,36. Aber ob Wintereinsatz bei nochmals 20 Grad weniger, also 5 °C den gleichen Faktor ausmacht, dazu fehlen mir noch entsprechende Angaben. Pauschal Faktor 1,25 würde also aus einem 400-W-Modul dann 500 W rauskitzeln?

Einsatz hier wäre aber nicht als Balkonkraftwerk mit vertikalen Panelen. Die profitieren vermutlich an einer Südfassade im Winter nochmals zusätzlich von der tiefstehenden Sonne. Sondern ich würde sie auf dem Flachdach aufständern, mit vielleicht 30 Grad. Die tieferstehende Wintersonne würde dann den Bonus wieder aufbrauchen.

Schönen Gruß Martin

Am 21.11.23 um 00:22 schrieb Thomas Einzel:

Also, unter den Modulen ist es reichlich dunkel. Würde mich wundern, wenn das viel bringt.

Das ist aber ein großer Bereich. Das kostet Wirkungsgrad.

Ich bin sogar geneigt zu sagen: ziemlich sinnvoll. Das ist einfach dem geschuldet, dass dabei nur der Eingenverbrauch zählt. Und der liegt durchaus höher, wenn ich die doppelte Zeit lang ein viertel der Leistung produziere. Kleine Leistungen wird man fast immer selbst verbrauchen, große nur manchmal. Genaues hängt natürlich vom jeweiligen Szenario ab.

Ack. Vor allem braucht man für Nachführung ein Vielfaches an Platz.

Spannend fand ich eher die halbtransparenten aufgedruckten organischen Solarzellen, die zwar kaum Strom erzeugen, aber eben auch nichts kosten. Damit kann man die großen Fenster der Glaspaläste tapezieren. Deren Gläser müssen ohnehin einen erheblichen Teil des Lichtes nicht durchlassen. Und innen in der Zweifach- oder Dreifachscheibe ist es auch gut geschützt.

Deswegen die DC-Module mit eingebauten MPPT und ein zentraler WR, der dann AC draus macht.

Ja, µWR + Speicher passt nicht zusammen. Aber Balkonkraftwerk ist auch was anderes als eine Dicke Anlage.

Was auch immer. Mittlerweile muss man ja froh sein, noch einen Fön ohne Internetanbindung, am besten mit Cloud-Zwang, zu bekommen.

Marcel

Marcel Mueller schrieb:

In den Leserkommentaren beim akkudoktor wurden aber Fälle von (eventuell veralteten und oder wirklich billigen) Wechselrichtern genannt, welche mit "zu starkem" PV-Modul verreckt sind.

Was hat zu starkes PV-Modul mit Kurzschlussstrom zu tun?

Zu starke PV ist doch eine Eingangsgröße - und der Kurzschlussstrom der am Ausgang des Wechselrichters?

Ja, selbstverständlich glaube ich, dass zu viel am Eingang zu Problemen führt. Man kann ja schlecht das PV-Modul abregeln, wenn es mit übervoller Leistung losballert. Klar kann das die Nennleistung und Dimensionierung des Wechselrichters überfordern.

Aber Kurzschlussstrom? Da steht doch in der Macht des Wechselrichters, das beliebig abzuregeln - wobei an der Stelle dann doch das zu starke Eingangssignal reinspielt, denn die Energie will ja irgendwo hin.

Wie das definierte Verhalten eines Wechselrichters im Kurzschlussfall sein soll, das ist mir noch nicht bekannt.

Hallo Martin,

Nicht, wenn man den Kurzschlußstrom des PV-Moduls meint. Die Leistung des PV-Moduls kann man aber mit mehr Spannung oder mehr Strom erhöhen, eine allgemeine Aussage lässt sich also nicht ableiten.

Du hast ein Signal der Ironie vergessen zu setzen. Natürlich kann man die Leistung der Solarzelle "abregeln". Man nimmt einfach weniger Strom ab. Wenn auf deinem Starterakku 300 A draufsteht, musst Du ja auch nicht ständig 300 A abnehmen.

Die geht im Zweifelsfall in der Solarzelle selbst in Wärme über.

Marte

Ein Wechselrichter hat keinen definierten Kurzschlußstrom. Was sollte das sein und wo gemessen? Für Module ist es eine der grundlegenden Datenblattangaben.

Aber ist hier bei einer Diskussion um Kurzschlussstrom des Wechselrichters der Kurzschlusstrom des PV-Moduls gemeint?

Dann habe ich die Angabe zum Kurzschlussstrom noch überhaupt nicht verstanden.

ich brauche wohl ein paar U-I-Kennlinien, um zu verstehen, was ihr überhaupt meint.

ok - aber wo ist dann das Problem des "Winterbonus"? Wenn der Wechselrichter den Eingang beliebig abregeln kann, dann kann ich doch auch beliebig viel an den Eingang ran hängen. Überwärmung tut zwar den Solarzellen nicht gut, aber schadet ja nicht dem Wechselrichter.

Desegen hatte ich Kurzschlußstrom beim Wechselrichter auch noch nicht verstanden.

Am 01.12.23 um 23:35 schrieb Martin Τrautmann:

Äh, nein. Der Kurzschlussstrom eines Moduls ist der Strom der bei voller Beleuchtung und einer abgegebenen Spannung von 0V fließt.

Aber natürlich macht man das. Sobald man mit der entnommenen Spannung vom MPPT-Punkt abweicht, reduziert sich die Leistung des Moduls. Das geht bis auf 0, wenn man entweder die Spannung oder den Strom auf 0 runter regelt.

Das ist bei Balkonkraftwerken üblich, da man von dem größeren Modul nicht die Leistungsspitze haben will, die man in dem Moment ohnehin nicht verbrauchen kann und verschenkt, sondern die ebenfalls höhere Leistung bei geringer Beleuchtung. Hätte man einen Speicher oder könnte man den Strom teuer verkaufen, würde man anders herum auslegen.

Nein, sonst müsste ja jede frei herumstehende Solarzelle sofort zerplatzen. ;-) Solarmodule verbraten die nicht abgegebene Energie bei offenem Ausgang durch Rekombination der Elektron-Loch-Paare in der Zelle. Das ist ein allgemeines Problem und auch der Grund für den begrenzten Wirkungsgrad der Zellen. Das sind halt immer noch Silizium-Dioden, die bei 0,7V komplett auf machen. Deshalb bleibt man im Betrieb als Solarzelle immer unter 0,5V/Zelle. Das ist auch der Grund, warum die Module im Winter bei Kälte mehr Leistung liefern. Bei kurzgeschlossenen Anschlüssen ist es der Spannungsabfall am Innenwiderstand, der die Leistung verbrät.

Deswegen macht man überhaupt das Gehampel mit MPPT-Regler, weil sobald man von diesem Punkt abweicht der Wirkungsgrad der Zelle in den Keller geht. Bei zu hoher Spannung ist der Abfall exponentiell (der Dioden-Kennlinie folgend), nach unten linear (konstanter Strom, Quantenwirkungsgrad).

Es gab (gibt?) wohl WR, die erst mal austesten, wie viel Strom das Modul liefern könnte, bevor sie los legen.

Marcel

ok, mein Missverständnis also, Kurzschluss des PV-Moduls, was faktisch tatsächlich auch ein Kurzschluss am Eingang des Wechselrichters ist.

Nein. Strom auf Null, ja. Aber Spannung auf null runter geregelt ist ja dennoch die Kurzschluss-Bedingung. Leistung mit Null Volt mal Strom X kann ja eigentlich nicht groß sein - sonst müsste die Kennlinie des PV-Moduls hergeben, dass desssen Ausgangsstrom in Richtung Kurzschluss ins Unendliche Abhauen könnte. Das erscheint mir unwahrscheinlich, aber ich kenne die Materie noch nicht.

Am 02.12.23 um 13:13 schrieb Martin Τrautmann:

Der Strom bei kleinen Spannungen ist nahezu konstant. Ein Photon kann halt maximal ein Elektron raus kicken. Deshalb geht die Leistung unterhalb des MPPT-Punkt mit sinkender Spannung recht bald linear gegen 0.

Marcel

Dann ist das das erwartete Verhalten und wohl die Erklärung, warum der Kurzschlussstrom für Wechselrichter ziemlich irrelevant ist?

Hi Martin,

Ein Lichtquant erzeugt ein Ladungspaar. Der Strom ist also zunächst proportional zum eingefangenen Lichtstrom. Die getrennten Ladungspaare können aber bereits im pn-Übergang der Solarzelle wieder rekombinieren. Das passiert bei der Flussspannung der Si-Diode ab ca. 0,6 bis 0,7 V vollständig genau so. Das ist dann die Leerlaufspannung der Solarzelle. Da man die kostbar erzeugten Ladungsträgerpaare nicht sinnlos vor Ort wieder rekombinieren lassen will, hält man die Spannung an der Solarzelle also deutlich unter der Flussspannung. Im einfachsten Fall schließt man sie kurz und hat damit einfach zu kontrollierende Verhältnisse: 0V. Leider ist dieser Betriebsmodus auch nicht ergiebig in Bezug auf die Leistung. Aber praktisch, um die Leistungsfähigkeit einer Solarzelle bei gegebener Beleuchtung zu charakterisieren. Im praktischen Fall wird man die Solarzelle irgendwo zwischen Leerlauf und Kurzschluß bereiben wollen. Bei billigen 12 V Auto-Solarladern hat man ein 15 - 18V Leerlaufspannungsmodul genommen und direkt an die Autobatterie geklemmt. die besseren hatten noch einen Shuntregler drin, der die Spannung auf 14,4 V begrenzte. Die Leistung solcher Module war ohnehin nur wenige Watt, die man auf der Rückseite oder dem Alurahmen bequem entsorgen konnte. Moderner nimmt man MPPT-Regler, die die Modulspannung so einstellen, dass die maximale Leistung entnehmbar ist. Bei den 12 V Teilen sind aber in der Regel keine MPPT Regler drin, auch wenn die Chinesen das immer drauf schreiben. Da werden MOSFET komplett durchgeschalten oder eben das Panel vom Akku gerennt, wenn der voll ist. Deswegen legt man die auch nach der Kurzschlußstromstärke der Panels aus. Die Leerlaufspannung ist egal, solange sie deutlich über 15 V liegt. MPPT geht da gar nichts. Ich habe einige solcher Teile in den Fingern gehabt. Völlig unabhängig vom Preis haben alle genau das gleiche gemacht. Speziell in Verbindung mit (alter) Autobatterie und einer LED-Leiste zur Beleuchtung einer (fensterlosen Garten-)Hütte ist das Schalten der Solarregler sehr schön sichtbar.

Da die Flußspannung einer Si-Diode einen negativen Temperaturkoeffizienten hat, wird die Leerlaufspanung bei Kälte einige mV höher ausfallen, als bei Hitze. Grob angenähert dürfte das bei ca.

-1,5 bis -2 mV/K ausfallen. Wenn es im Sommer also um die 80° C in den Zellen warm wird und im Winter mal -20 °C auftreten sollten, dann sind

150 bis 200 mV mehr Spannung an der Solarzelle. OK, das sind Grenzwerte, die eher selten sind, aber nicht ganz unmöglich. Wenn nun die maximale Eingangsspannung zu nahe an der nominalen Leerlaufspannung der Panels liegt, kann es schon vorkommen, dass bei Kälte die Eingangsspannung über die maximale Eingangsspannung der Wandler kommt. In der Praxis werden die Zellen aber nicht spontan von null auf 100% Licht beaufschlagt, so dass der MPPT-Regler die Spannung klein hält.

Die werden nicht wärmer. Ohne Lastabnahme werden die internen Leistungen durch rekombinierende Ladungsträger maximiert.

Marte

Am 02.12.23 um 11:22 schrieb Marcel Mueller:

Nein. Du gehst von einer Spannungsquelle aus. Das ist die Solarzelle aber nicht. Sie ist eine Stromquelle mit paralleler Si-Diodenstrecke.

Das nennt man dann MPPT ;-)

Marte

ok - höhere Spannung. Also das andere Ende gegenüber dem Kurzschlussstrom.

Am 03.12.23 um 17:54 schrieb Marte Schwarz:

Ja, und? Die Energieumsetzung im Kurzschlussfall ist trotzdem an den Innen- und Kabelwiderständen. Niemand hat gesagt, es wäre eine Konstante. ;-)

Nein, dazu braucht man nicht bis zum Kurzschlusstrom zu fahren. Sobald die Leistung abfällt, wenn man die Spannung weiter drückt, ist der Punkt überschritten. Allerdings ist der Unterschied auch nur <10%.

Es kann trotzdem sinnvoll sein, einen WR zu betreiben, der den Maximalstrom der Zelle gar nicht schafft, weil man den wie im Fall Balkonkraftwerken ohnehin meist nicht gebrauchen kann. Ein Generator eines Windrades wird ja auch nicht auf die Leistung des Rotors bei maximalem Wind ausgelegt. Allerdings ist bei Wind die statistische Verteilung der zu Verfügung stehenden Primärleistung auch viel ungünstiger. Das dürfte eher in etwa eine Lognormalverteilung sein.

Marcel

Es sei denn, es wäre ein Parallelregler. Der ist getaktet betrieben keine schlechte Wahl für einen Batterielader.

Da wird es allerdings erheblich komplizierter. Ein entlastetes Windrad, dessen Leistung nicht abgenommen wird, geht durch. Da muß man am Rotor regeln. eine Solarzelle ist leerlauf- und kurzschlußfest. Das macht die Regelung sehr viel einfacher.

Hi Martin,

Ja. Wenn Du Dir das Ersatzschaltbild der Stromquelle mit paralleler Diode betrachtest, ist klar, dass der MPP eher näher an der Leerlaufspannung liegt, als am Kurzschluss. Der MPP zieht also bei Kälte zu höheren Zellspannungen hin. Ich hab am Campingwagen tatsächlich eine kleine MPPT-Anlage zum Akkufüllen, die für zwei Module in Reihe zu knapp für die Leerlaufspannung ausgelegt ist. Wenn ich tagsüber also mal den Akku abtrennen muss (z. B. weil er einfach voll ist, dann ist die Leerlaufspannung der Zellen über der maximalen Eingangsspannung des MPP-Trackers. Dieser Regler reagiert darauf einfach durch Arbeitsverweigerung. Er läuft nicht an. Am nächsten Morgen startet er ganz ohne Stress wieder. Wenn das am selben Tag sein soll, dann schatte ich ein Modul ab und ziehe das Tuch langsam ab. Das reicht dann schon, um unter die Maximalspannung zu kommen und so langsam zu erhöhen, dass der Regler bereits Strom zu ziehen beginnt, wenn noch nicht alle Zellen unbeschattet sind. Damit sinkt die Zellenspannung wieder unter das Maximum und kommt auch nicht mehr darüber.

Marte

Hallo Marcel,

Das ist etwas anderes, als was Du oben geschrieben hattest. Die Leistung, die beim Kurzschluss in den Zellen verheizt wird, ist ein Bruchteil von der verheizten Leistung im Leerlauf.

Braucht man nicht, wird aber wohl als schnelle und einfache Strategie durchaus verwendet.

Das reicht in der Praxis nur dann aus, wenn garantiert keine Verschattung anliegt. Das ist in den wenigsten Fällen der Fall.

Marte