Wie kann man Module optimal mit Wechselrichter verschalten?
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Wechselrichter Verschaltung über Stringtechnik
Der Vorteil der String-Technik liegt hauptsächlich darin, dass sogenannte Mismatching-Verluste reduziert werden (umso mehr Module zusammengefasst werden, umso höher werden diese Verluste). Mismatching umfasst alle Betriebsbedingungen, die zu einer Verschiebung des MPP-Punktes (MPP = Maximum Power Point) einzelner Module führen:
- Fertigungstoleranzen des Moduls (Strom, Spannung etc.)
- Unterschiedlich große Spannungsabfälle an elektrischen Komponenten der Anlage
- Unterschiedliche Zelltemperaturen
- Unterschiedliche Einstrahlungsintensitäten auf die Module
- Verschattung der Module durch Gegenstände oder Verschmutzungen
Werden jetzt Module mit gleichen Bedingungen zu Strings zusammengefasst, wird jeweils der optimale MPP gefunden. Dies können Module sein, die alle gemeinsam zeitweise verschattet sind oder die beispielsweise anhand des Kurzschlussstromes ISC vorsortiert wurden. Der Wirkungsgrad der eingesetzten Wechselrichter bleibt unverändert, also wirkt sich die Stringtechnik vor allem bei mittlerer und hoher Einstrahlung positiv aus.
Master-Slave-Betrieb
Hier wird der Zentralwechselrichter durch mehrere, parallel geschaltete Wechselrichter ersetzt. Die PV-Module sind weiterhin wie beim Zentralwechselrichter nur mit einem Strang angeschlossen. Der Unterschied besteht darin, dass nur so viele Wechselrichter aktiviert werden, wie momentan für einen optimalen Wirkungsgrad benötigt werden. Damit arbeiten der oder die aktiven Wechselrichter immer im oder nahe am optimalen Arbeitsbereich und die MPP-Ermittlung wird stark verbessert.
Dieses Verschaltungskonzept wirkt sich also vor allem positiv im unteren Leistungsbereich beim morgendlichen Anfahren und abendlichen Abschalten der Anlage aus. Eingesetzt wird dieses Konzept aber nur bei großen Anlagen, bei denen sich das auch entsprechend rentiert.
Team-Betrieb
Der Team-Betrieb ist weitaus besser als der Master-Slave-Betrieb. Hier werden die Vorteile der Stringtechnik mit denen der Master-Slave-Technik kombiniert. Die Technik ist gleich wie bei der Stringtechnik, doch werden hier wie beim Master-Slave-Betrieb nur so viele Wechselrichter eingesetzt, wie für den Betrieb notwendig sind. Die Vorteile sind klar:
- Besserer Wirkungsgrad, da der oder die Wechselrichter im Teil- bzw. Vollastbereich laufen.
- Längere Lebensdauer der Wechselrichter: Wechselrichter, die nicht benötigt werden, werden einfach abgeschaltet. Damit erhöht sich automatisch die Lebenserwartung.
- Bei einem Ausfall eines Wechselrichters übernehmen die anderen, verbleibenden Wechselrichter die Generatorleistung des defekten Teils.
Auswirkungen der Wechselrichter Verschaltung auf den Wirkungsgrad der Anlage
- Master-Slave im Verhältnis zum Zentralwechselrichter: ca. 1% höherer Wirkungsgrad
- Team-Betrieb im Verhältnis zum Zentralwechselrichter: mindestens 2% höherer Wirkungsgrad (abhängig von den Mismatching-Verlusten)
Neben der Verschaltung hat am Ende auch der Aufstellungsort der Wechselrichter einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der gesamten Anlage.
Ein Fachbetrieb sollte bei der Anlagenplanung mindestens die beiden gängigsten Verschaltungsmodelle mit Zentralwechselrichter und Stringwechselrichter durchkalkulieren.