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Sonnenenergie: Photovoltaik & Solarthermie

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Leistungsfähige Mikro-Wechselrichter

Text: Dr. Marco Trova, Andrea Maserti, Power-One Fotos: Power-One
Mikro- oder Modul-Wechselrichter eignen sich vor allem für kleine, private Aufdachanlagen, da sie Effizienzverluste durch teilweise oder temporäre Verschattung sowie Modul-Mismatching minimieren. Dabei bieten die kleinen Leitungspakete noch mehr Vorteile.

Wie Mikro-Wechselrichter zukünftig in private Solaranlagen eingebunden werden, ist eines der Kernthemen der Photovoltaikbranche. Während sich die neuen Geräte in den USA, Großbritannien oder Frankreich bereits steigender Beliebtheit erfreuen, ist das Interesse in Deutschland bislang eher verhalten. Dabei bieten die kleinen, direkt am Photovoltaikmodul angebrachten Wechselrichter zahlreiche Vorteile: Sie sind schnell und einfach zu installieren, unabhängig von String-Größen, Topologie oder Ausrichtung lassen sich die einzelnen Module besser überwachen und liefern einen maximalen Energieertrag. Reduziert wird zudem die Fehleranfälligkeit: Fällt eine Komponente aus, geht allein die produzierte Energie des betroffenen Moduls verloren.

Mehr Flexibilität beim Planen von Anlagen

Früher mussten Projektplaner mehrere Faktoren bei der Anlagenplanung mit einem String-Wechselrichter berücksichtigen, die zudem einschränkend wirken. Dazu gehören die Vorgaben durch den Modultyp, die Nutzfläche, die Anzahl der verfügbaren MPPT-Kanäle (Maximum Power Point Tracker), das Verkabelungssystem oder die mechanische Verankerung. Mikro-Wechselrichter wie die Aurora-Micro-Geräte von Power-One bieten bei der Planung dagegen mehr Flexibilität.

Da jeder Modul-Wechselrichter die Energie eines Solarpanels in einspeisefähigen Wechselstrom umwandelt, der in Parallelschaltung ins Netz eingespeist wird, findet eine sogenannte verteilte Stromumwandlung statt. Dadurch wird nicht nur das Konzept des „DC-Strangs“ überflüssig, sondern auch Einschränkungen hinsichtlich maximaler Gleichstromspannung oder die einheitliche Modulausrichtung eines Strangs werden aufgehoben. Selbst Dachflächen, die ein String-Wechselrichter mit zwei MPPT-Kanälen bislang nicht erreichte, lassen sich nun mit zusätzlichen Modulen ausstatten und vergrößern so die Anlagenfläche. Darüber hinaus können mit Geräten wie Aurora Micro, dessen Eingangsspannungsbereich zwischen 12 und maximal 65Volt liegt, Module unterschiedlicher Hersteller und Leistung installiert werden.

Dies erleichtert auch die Anlagenwartung: Falls ein baugleicher Ersatz für ein defektes Modul nicht verfügbar ist, muss der Installateur auf ein anderes Modell zurückgreifen, das sich eventuell deutlich von den installierten Modulen unterscheidet. In Anlagen mit String-Wechselrichtern würde sich dies auf die Leistung des gesamten Strangs auswirken. Im Gegensatz dazu sind Solarmodule mit Mikro-Wechselrichtern komplett unabhängig voneinander. So lassen sich Solaranlagen ohne Kompatibilitätsprobleme flexibel erweitern.

Mikro-Wechselrichter mit hohem Wirkungsgrad

Der vermeintlich schlechte Wirkungsgrad der Mikro-Wechselrichter ist eines der noch zu widerlegenden Vorurteile. Als Power-One mit der Forschung und Entwicklung neuer Mikro-Wechselrichter begann, war eines der Ziele, ein Gerät mit einem Wirkungsgrad zu entwickeln, das sich problemlos mit größeren Wechselrichtern messen kann. Das Ergebnis von zwölf Monaten Entwicklung und Test waren die verbesserten Mikro-Wechselrichter Aurora-Micro-0.25-TL und Aurora-Micro-0.3-TL. Mit einer Spitzenleistung von 96,5 Prozent erreichen sie einen der höchsten Wirkungsgrade ihrer Klasse. Dies wird durch eine Double-Switch-Topologie mit hochfrequenter galvanischer Trennung erzielt, die einen breiten MPPT-Eingangsspannungsbereich sowie eine reduzierte DC-Eingangsstromwelligkeit ermöglicht.

Ein weiteres Ziel war es, langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten und die Lebensdauer der Geräte zu erhöhen. Dies ermöglicht eine kleinere Anzahl interner Komponenten, der niedrigere Eingangsstrom im Vergleich zu String-Wechselrichtern sowie elektrolytfreie Kondensatoren. Mit dem robusten IP65-Gehäuse eignet sich das Produkt für die Installation an der Rückseite des Solarmoduls, wo Temperatur und Feuchtigkeit stark variieren.

Ein Vorteil von Mikro-Wechselrichtern ist, dass jedes Modul von einem eigenen MPPT profitiert, der die optimale Leistungskurve für individuelle Lichtbedingungen errechnet. So minimieren sich nicht nur Ertragsverluste durch teilweise oder temporäre Verschattung, sondern auch die Mismatching-Verluste der Module. Solarpanele eines einzelnen Modells können beispielsweise von der vom Hersteller angegebenen Nennleistung um bis zu fünf Prozent abweichen. Während das Modul mit der geringsten Leistung bei einer Installation mit einem String-Wechselrichter die gesamte String-Leistung beeinflusst, arbeiten Module mit Mikro-Wechselrichtern bei optimalen Bedingungen.

Darüber hinaus reduzieren Mikro-Wechselrichter die Auswirkungen differentieller Modulalterung, die jährlich bis zu 0,7 Prozent der Nennleistung betragen kann. Aufgrund der unterschiedlichen Degradation bei Modulen ist es möglich, dass die Leistung eines Solarpanels im String nur um zwei Prozent abgenommen hat, während ein anderes um sieben Prozent weniger Energie als bei der Erstinbetriebnahme produziert. Während sich das differentielle Altern auf die Performance des gesamten Strings auswirkt, garantieren Mikro-Wechselrichter eine optimale Energieproduktion für jedes einzelne Modul. Gleichzeitig reduzieren sie die Fehleranfälligkeit. Fallen in Anlagen String-Wechselrichter oder Module aus, geht die Energie des gesamten Strangs verloren. Ist die Anlage jedoch mit Mikro-Wechselrichtern ausgestattet, kommt es lediglich zum Energieverlust eines einzelnen Moduls.

Installation und Wartung

Die einfache Installation ist ein weiterer Vorteil der Mikro-Wechselrichter. Durch das Anbringen auf der Rückseite des Moduls werden Verdrahtungen, Abzweigdosen, Schalter und DC-Sicherungen überflüssig - dies erleichtert auch die AC-Verkabelung. Neue Geräte, die wie die Aurora-Micro-Wechselrichter eine kostengünstige AC-Verdrahtungslösung bieten, erleichtern die Montage zusätzlich: Nach Befestigung des Busses an den Modulhalterungen werden die AC-Stecker nur an die vorhandenen Buchsen angeschlossen. Der positive Eingangspol ist geerdet. Somit eignen sich die Mikro-Wechselrichter sowohl für Module, die nicht geerdet werden müssen, als auch für Modelle, die eine Erdung des positiven Pols erfordern.

Auch unter Sicherheitsaspekten können die kleinen Wechselrichter punkten. So führen die BoS-Komponenten (Balance of System), im Vergleich zu Anlagen mit traditionellen String-Wechselrichtern, keinen Starkstrom. Die gesamte Anlage kann bei Wartungsarbeiten oder Brand einfach vom Netz getrennt werden. Und, um die Mikro-Wechselrichter in den Stand-by-Modus zu versetzen, genügt es, den Hauptschalter am AC-Schaltpult abzuschalten.

Jedes einzelne Modul überwachen

Wenn es um die Anlagenüberwachung geht, besitzen Mikro-Wechselrichter einen wesentlichen Vorteil: Es können schnell Monitoringsysteme eingerichtet werden, die eine Überwachung auf Modulebene sowie eine schnelle Fehlererkennung erlauben. Um in Echtzeit Informationen über den Energieertrag zu erhalten, hat Power-One die Aurora-CDD-Monitoringsysteme entwickelt. Diese verbinden Mikro-Wechselrichter und Leistungsoptimierer drahtlos mit dem Internet - ohne zusätzliche Verkabelung. Das System ermöglicht eine kontinuierliche Leistungsüberwachung jedes einzelnen Moduls oder der gesamten Anlage und hilft Anlagenbetreibern bei Bedarf sofort einzugreifen.

Normalerweise können eventuelle Leistungsabnahmen durch nicht vorhersehbare Verschattung oder Schmutzablagerungen zu erheblichen Ertragsverlusten führen. Hier helfen Monitoring-Geräte, Fehlfunktionen oder Leistungsabnahmen der Anlage auf Modulebene zu erkennen, was eine schnelle und gezielte Problemlösung gestattet.

Marktanteil wird wachsen

Aufgrund der Vorteile, die Mikro-Wechselrichter gegenüber zentralen Geräten bieten, haben sie sich zu einer Alternative zu traditionellen String-Wechselrichtern entwickelt. Besonders profitieren kleine, private Anlagen mit erschwerten Bedingungen wie Verschattung oder unterschiedlichen Ausrichtungen. Sobald die Vorteile dieser jungen Technologie bei Installateuren und Endkunden besser bekannt sind, wird der Marktanteil der Mikro-Wechselrichter auch in Deutschland wachsen.

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