Dimensionierung und Auslegung Wechselrichter |
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Ein Photovoltaik-Wechselrichter kann nur dann den optimalen Wirkungsgrad erzielen, wenn am angeschlossenen Modulstrang gleiche Bedingungen vorliegen. Das bedeutet, dass z.B. Module, die an unterschiedlichen Dachneigungen montiert sind oder die unterschiedliche Ausrichtungen haben, nie zu einem Strang zusammengeschaltet werden sollten. In einem solchen Fall sollten für jede Ausrichtung oder Dachneigung entweder ein eigener Wechselrichter, oder bei Multistringwechselrichtern jeweils ein eigener Strang geplant werden. Dann wird für jeden Strang mittels eigenem MPP-Tracker immer der optimale Arbeitspunkt ermittelt.
Dasselbe gilt für Verschattungssituationen. Lässt es sich nicht vermeiden, dass Module im Tagesverlauf verschattet werden, so sollten auch diese Module möglichst zu einem Strang zusammengefasst werden, während die dauerhaft unbeschatteten Module ebenfalls einen eigenen Strang bilden. Module sind zwar mit Bypass-Dioden ausgestattet, die den Strom an einem verschatteten Modul bzw. Teilen davon vorbeileiten, das funktioniert aber nicht in jedem Fall. Ist ein Modul nur teilbeschattet, wirken die Dioden evtl. noch nicht. Das hat zur Folge, dass dieses verschattete Modul den gesamten Strang leistungsmäßig nach unten zieht.
Die Leistungsdifferenz zwischen den einzelnen Phasen darf nicht größer als 4,6 kVA betragen, man spricht dann von Schieflast. Deshalb ist es nicht zulässig, nur einen Wechselrichter, der eine größere Nennleistung als diese 4,6 kVA an einer einzelnen Phase anzuschließen. Darüber hinaus darf der Wechselrichter 110% seiner Wechselrichternennleistung in das öffentliche Netz einspeisen, das entspricht dann einer maximalen Leistung von 5,06 kVA. Um die optimale Wechselrichterauslegung zu ermitteln, haben alle namhaften Hersteller kostenlose Auslegungssoftware zum Download auf ihren Internetseiten bereitgestellt. Wechselrichter Berechnung:Hier ein paar Links der bekanntesten Hersteller:
Warum ist das so? Die Generatorleistung unter Normbedingungen (25°C, Einstrahlungsintensität 1.000 Watt/m2) wird nur an wenigen Tagen des Jahres erreicht. Nur im Frühjahr und im Herbst, wenn niedrige Temperaturen vorherrschen, können diese Werte an wenigen Tagen sogar überschritten werden. Weiterhin bleiben durch Systemverluste, wie Kabelwiderstände etc. auch ein paar Prozente Wirkungsgrad auf der Strecke zwischen Modulen und Wechselrichtern. Zu aller letzt muss man sich auch darüber im Klaren sein, dass sich die Leistungsangabe der Module auf optimale Verhältnisse bezieht. Wohnen Sie im Norden Deutschlands, haben Sie eine größere Abweichung nach Osten oder Westen, haben Sie keine optimale Dachneigung? Alle diese Punkte verringern die erbrachte Leistung der Module im Vergleich zur Nennleistung und nur diese verringerte Leistung muss der Wechselrichter transformieren. Da ein leistungsstärkerer Wechselrichter auch mit höheren Anschaffungskosten verbunden ist, ist eine 100%-Dimensionierung und darüber nicht sinnvoll. Nur wenn es keine vernünftigen Alternativen gibt sollte man in den sauren Apfel beißen. Es gibt noch ein letztes Argument für einen größer dimensionierten Wechselrichter: Stellen Sie sich folgende Frage:Wie werden Sie die Anlage betreiben? Rein nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten oder sind Sie eher der Typ, der täglich die Daten im Internet mit anderen Anlagen vergleicht und sich maßlos ärgern würde, wenn an einem wolkenlosen Frühlingstag die Ertragskurve oben abgeschnitten ist und ein paar kWh am Tagesende im Vergleich zu anderen Anlagen fehlen? Sollten Sie zum letztgenannten Typ gehören, investieren Sie lieber ein paar hundert Euro mehr in die PV-Wechselrichter und erfreuen Sie sich an Rekorderträgen an wenigen Tagen im Jahr. Sollten Sie zum erstgenannten Typ gehören, rechnen Sie den Minderertrag, der an den wenigen Tagen im Jahr, an denen der Wechselrichter ins "Derating" (Wechselrichter geht in die Begrenzung und regelt herunter) geht aus und erfreuen Sie sich daran, dass Sie wirtschaftlich besser fahren. Die Überdimensionierung des Wechselrichters darf aber nicht übertrieben werden, da der optimale Wirkungsgrad erst ab einer gewissen Leistung (ca. 1/3 der Nennleistung) erreicht wird! Das könnte sich dann unter Umständen als äußerst kontraproduktiv erweisen. Wechselrichterauslegung der Anlage High-Light:Für die Anlage wurden zwei SMA-Wechselrichter SB 4200 TL HC und 5000 TL HC ausgewählt. Schauen wir nach, was die Auslegungssoftware Sunny Design von SMA von der Dimensionierung hält. Folgende Daten werden benötigt:
Auslegung Photovoltaik Wechselrichter:Unter Ort wird die nächstliegende Großstadt gewählt. Eine genauere Auswahl ist nicht notwendig bzw. nicht möglich.Die Temperaturen können ebenfalls so übernommen werden, wie Sunny Design sie vorschlägt. Beim Neigungswinkel muss die vorhandene Dachneigung eingegeben werden, ausgenommen man verfügt über eine Aufständerung und kann den Winkel frei wählen. Jetzt noch das richtige Modul aus der Tabelle auswählen und die Ausrichtung der Anlage, in diesem Fall 0° eingeben. Ein Problem kann jetzt die Anzahl der Module ergeben. Sunny Design schlägt selber keine Verteilung der Module auf unterschiedliche PV-Wechselrichter vor. Andere Herstellerprogramme können das zum Teil. Hier kann man sich nur entsprechend herantasten. Bei der Anlage High-Light wissen wir bereits, dass 30 der 56 Module an den 5000er gehängt sind, also geben wir das ein: Klickt man auf den Tabulator "Wechselrichter" und rechts oben auf den Pfeil "Strings" erscheint folgendes Fenster: Das Wichtigste erscheint in der zweiten Spalte: PV/WR kompatibel, das bedeutet, dass wir diese 30 Module an den Wechselrichter hängen dürfen. Das Nennleistungsverhältnis errechnet sich aus dem Quotienten aus max. DC-Leistung des Photovoltaik-Wechselrichters und der PV-Generator Peakleistung: 5,31 kW / 5,4 kW = 0,9833 bzw. 98%. Das Verhältnis sollte zwischen 90% und maximal 110% liegen. Bei geringeren Werten ist der Wechselrichter eher unterdimensioniert, bei höheren Werten eher überdimensioniert. Es hätte auch noch jeweils 1 Modul mehr an einen String gepasst, dann wäre das Nennleistungsverhältnis aber bis auf 92% abgesunken, was für diese Anlage bei den sehr guten Bedingungen zu wenig wäre. Ein Klick auf den Button "Ergebnis" zeigt uns die Zusammenfassung:
Interessant ist die Angabe des Wechselrichter-Nutzungsgrades mit 94,1%, sowie der geschätzte spezifische Energieertrag pro Jahr. Dieser ist mit geschätzten 991 kWh/kWp sehr nahe an den 1018 kWh/kWp, die ich mittels PVGIS für den Standort der Anlage ermittelt habe. Wobei Sunny Design sehr viel gröbere Daten verwendet, weil nur Stuttgart als nächstgelegene Stadt ausgewählt werden kann. Dasselbe kann für den kleineren SB 4200 TL HC, nur diesmal mit den verbleibenden 26 Modulen wiederholt werden. Auch hier ist alles im grünen Bereich. Das Nennleistungsverhältnis beträgt hier nur noch 94% und der Wechselrichterwirkungsgrad geht ebenfalls etwas zurück auf 93,8%.Anhand des Datenblattes können die Ergebnisse nochmals überprüft werden: Multistring Wechselrichter wurden aus zweierlei Gründen ausgesucht:
Wie man sieht, ist die Aufteilung nicht ganz aufgegangen. Von String 1 und 2 ist jeweils 1 Modul noch nach oben "gerutscht" Diese 2 Module versuche ich beim Schneeräumen möglichst noch frei zu bekommen. Module in einem Strang sollten nicht zu weit auseinander liegen, da ansonsten die Länge der vormontierten Verbindungskabel nicht mehr ausreicht. Nur wenn es gar nicht anders geht, bleibt dem Solarteur nichts anderes übrig, als das Kabel zu verlängern. Aufpassen: Keinesfalls aus Not ein Modul verkehrt herum montieren! Dann kann Wasser über das Anschlusskabel in die Anschlussdose laufen! |
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