Bezeichnung und Aufgaben von einem Wechselrichter - Netzeinspeisegerät
(NEG)
Die korrekte Bezeichnung für einen Wechselrichter ist
"Netzeinspeisegerät". Ein Wechselrichter sorgt nur für die Umwandlung
von Gleichstrom in Wechselstrom, während ein Netzeinspeisegerät
zusätzlich den Netzanschluss der Photovoltaikanlage überwacht. Ein
reiner Wechselrichter wäre also nur für Inselanlagen konzipiert. Da
sich der Sprachgebrauch "Wechselrichter" auch für Netzanlagen
eingebürgert hat, werde ich diesen Begriff weiterhin für alle Geräte,
auch NEG's benutzen.
Funktionsweise Wechselrichter:
Die Wechselrichter Technik ist relativ einfach zu erklären, die
optimale Umsetzung ist dafür umso schwieriger.
Der Photovoltaik Wechselrichter ist dafür zuständig, den Gleichstrom in
Wechselstrom, bzw. Gleichspannung in Wechselspannung umzuformen. Das, was
die Solarmodule generieren, ist Gleichstrom und Gleichspannung. Damit der
Strom ins öffentliche Netz eingespeist werden kann, muss er zuvor
umgewandelt werden. Bei der notwendigen Transformation sollten die
Verluste so gering wie möglich gehalten werden. Der Solar Wechselrichter
überwacht zudem die Einspeisung ins öffentliche Netz und trennt diese bei
Netzstörungen oder Netzausfall. Diese Aufgabe übernimmt bei den meisten
Wechselrichtern die sogenannte ENS, "zwei voneinander unabhängige
Einrichtungen zur Netzüberwachung mit jeweils zugeordnetem Schaltorgan in
Reihe". Der Wechselrichter speichert alle relevanten Daten, seien es
langfristig aufsummierte Ertragsdaten oder kurzzeitig Fehlerprotokolle.
Neuere Modelle bieten auch eine kleine Datenvisualisierung.
Planung Wechselrichter:
Die richtige
Auswahl und optimale
Auslegung des oder der PV Wechselrichter in Abhängigkeit
der Module und des Standortes der Anlage sind maßgeblich für eine
optimale Ertragsausbeute. Der Wechselrichter kann als "Herz" der Anlage
bezeichnet werden. Ist die Auslegung nicht optimal, können auch die
besten Module nicht ihre Leistung ins Netz einspeisen.
Wirkungsgrad Wechselrichter:
Der Wirkungsgrad des Wechselrichters sagt aus, wieviel der von den
Modulen erzeugten Leistung nach der Umwandlung in Wechselstrom noch in
das Netz eingespeist wird. Hier wirken sich geringe Unterschiede über
die Laufzeit der Anlage extrem aus.
Man unterscheidet folgende Wirkungsgrade:
Folgende Wechselrichterarten werden unterschieden:
- Trafolose Wechselrichter
- Trafo-Wechselrichter
- Multistring-Wechselrichter
- Zentral-Wechselrichter
- Modul-Wechselrichter
Trafolose Wechselrichter, Trafo-Wechselrichter
Trafolose Wechselrichter arbeiten in einem höheren Spannungsbereich als
Wechselrichter mit Trafo. Sie sind in den meisten Fällen bei gleicher
Nennleistung leichter als die Trafogeräte und auch der Wirkungsgrad ist
meistens besser. Es gibt aber auch wenige Ausnahmen, bei denen es genau
umgekehrt ist! Trafolose Wechselrichter sollten bei amorphen Modulen
nicht zum Einsatz kommen, die Module können zerstört werden. Es gibt
aber Dünnschichtmodule (z.B. CIS-Module) bei denen trafolose
Wechselrichter eingesetzt werden können. Die Technik schreitet hier
schnell voran, jede Modul-Wechselrichterkombination muss auf Herz und
Nieren untersucht werden!
Multistringwechselrichter
Multistringwechselrichter besitzen mehr als einen MPP-Tracker.
MPP = Maximum Power Point. Das ist der Punkt aus Strom und Spannung,
bei dem der Wechselrichter die maximale Leistung generiert. Durch das
MPP-Tracking wird dieser Punkt bei jedem Arbeitszustand gefunden.
Sowohl Trafo- wie auch trafolose Wechselrichter werden als
Multistringausführung angeboten. Multistringwechselrichter sollten
immer mit in die Planung einbezogen werden, wenn sich
Verschattungssituationen ergeben!
Zentralwechselrichter
Zentralwechselrichter werden für Anlagen mit großer Leistung
eingesetzt. Oft sind sie in einem eigenen Raum untergebracht. Der
Vorteil ist ein guter Wirkungsgrad und die bessere Wartbarkeit.
Beispiel: Wenn eine Anlage 50 Wechselrichter hat und alle vier Jahre
muss einer ausgewechselt werden, dann muss ich praktisch im Schnitt
monatlich mit einem Ausfall rechnen, für Ersatz sorgen sowie ab- und
anmontieren. Der Nachteil des Zentralwechselrichters liegt auf der
Hand, wenn er ausfällt geht gar nichts mehr! Daher werden große
Zentralwechselrichter oft in Verbindung mit einem Wartungsvertrag
angeboten.
Modul-Wechselrichter
Hier wird quasi für jedes Modul ein Wechselrichter verwendet. Was auf
den ersten Blick genial erscheint, relativiert sich aber sehr schnell.
Es gibt einige Vor- aber momentan noch mehr Nachteile die für bzw.
gegen diese Technik sprechen.
Die Vorteile:
- Da keine Modulstränge in Serienschaltung gebildet werden erübrigt
sich das Problem, dass nur ein Modul durch Verschattung den ganzen
Strang leistungsmäßig nach unten zieht.
- Keine Verluste bei hohen Leistungsunterschieden der Module.
- Geringe Gleichspannungen, damit ist das Gefährdungspotential bei
Montage- und Reparaturarbeiten sowie bei Löscheinsätzen der Feuerwehr
um ein Vielfaches geringer.
- Modulare Anpassung an Anlagengröße, Anzahl der Module ist optimal
der verfügbaren Fläche anzupassen
Die Nachteile:
- Der Preis!
Die Kosten für Modulwechselrichter liegen auf's kWp umgerechnet um
ein Vielfaches über denen von normalen Strangwechselrichtern.
- Der Wirkungsgrad ist mit 89% bis 95% äußerst bescheiden.
- Die Verkabelung ist schwierig und störanfällig
- Störungssuche und Störungsbehebung äußerst schwierig
- Unterbringung der Wechselrichter. Wohin damit? Der kleinste
Modul-Wechselrichter der Fa. Dorfmueller hat bereits ein Gewicht von
2,8 kg und die Abmessungen 100x200x80 mm. Die Wechselrichter müssen bei
Wind, Regen und Schnee auf dem Dach untergebracht werden!
- Geringe Lebensdauer der Modulwechselrichter, zumindest bei älteren
Gerätegenerationen.
Ich sehe derzeit realistische Anwendungen nur für eine kleine Anzahl
an Anlagen, bei denen äußerst schwierige Verschattungssituationen
bestehen. Sollte die Technik vermehrt Anwendung finden und durch höhere
Stückzahlen die Kosten reduziert werden können, dann könnte der Einsatz
von Modulwechselrichtern auch für normale Anwendungsfälle interessanter
werden. Interessant wird der Einsatz erst, wenn der Preis und die
Lebenserwartung der Geräte stimmt. Die Firma Enphase Inc. bietet seit
neuestem Modulwechselrichter mit einem Wirkungsgrad von 95 Prozent und
einer Garantie von 15 Jahren an:
Datenblatt
Enphase Microinverter M190
Dieser Modulwechselrichter wird aber momentan, so wie ich das herauslesen
konnte nur für den nordamerikanischen Markt mit 60 Hz vertrieben:
"Enphase products are currently available for grid-tied applications
in North America (60Hz) installations. Please check this site regularly
for updates on availability for other countries and applications."
Wechselrichter der Anlage "High-Light":
Bei der Anlage "High-Light" sind zwei trafolose
Multistringwechselrichter der Firma SMA verbaut.
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Sunny Boy 4200
TL HC
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|
Nennleistung DC
|
4.200 Watt
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|
Nennspannung DC
|
520 V
|
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MPP-Bereich DC von
|
125 V
|
|
MPP-Bereich DC bis
|
600 V
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MaxSpannung DC
|
750 V
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|
Umin für Pnenn
|
240 V
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Nennstrom DC
|
8 A
|
|
MaxStrom DC
|
22 A
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Anzahl DC-Eingänge
|
3
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|
Anzahl MPP-Regler
|
2
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Nennleistung AC
|
4.000 W
|
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MaxLeistung AC
|
4.200 W
|
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Nennstrom AC
|
17,5 A
|
|
Maxstrom AC
|
19 A
|
|
Spannung AC von
|
180 V
|
|
Spannung AC bis
|
260 V
|
|
Sunny Boy 5000
TL HC
|
|
Nennleistung DC
|
4.800 Watt
|
|
Nennspannung DC
|
520 V
|
|
MPP-Bereich DC von
|
125 V
|
|
MPP-Bereich DC bis
|
600 V
|
|
MaxSpannung DC
|
750 V
|
|
Umin für Pnenn
|
240 V
|
|
Nennstrom DC
|
9,2 A
|
|
MaxStrom DC
|
22 A
|
|
Anzahl DC-Eingänge
|
3
|
|
Anzahl MPP-Regler
|
2
|
|
Nennleistung AC
|
4.600 W
|
|
MaxLeistung AC
|
5.000 W
|
|
Nennstrom AC
|
20 A
|
|
Maxstrom AC
|
22 A
|
|
Spannung AC von
|
180 V
|
|
Spannung AC bis
|
240 V
|
