Intelligenz direkt am Modul

Technik

Optimierung - In klassischen Solaranlagen wird nur die Leistung eines Strings überwacht und diese ist bestimmt durch das schwächste Glied. Die Intelligenz aus dem Wechselrichter ans Modul zu verlegen, ist eine Lösung.

02. September 2010

Der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen ist schon seit Jahrzehnten ein bei Unternehmen und Instituten beliebter Forschungsgegenstand – einer der mit teils enormem Kapitalaufwand verbunden ist. Unangetastet blieb aber bei aller Optimierung bisher die Architektur von netzgekoppelten Solarstromanlagen: An einen zentralen Wechselrichter sind die Photovoltaik-Module in Reihenparallelschaltung angeschlossen.

Dabei ist diese Architektur in vielerlei Hinsicht alles andere als ideal. Da die Strings parallel geschaltet sind, müssen sie hinsichtlich Typ, Länge und Ausrichtung übereinstimmen, was die Möglichkeiten im Aufbau einer Solaranlage stark einschränkt. Außerdem ist in der klassischen Systemarchitektur die gesamte Intelligenz, also die Steuerung und Überwachung der Anlage, im Wechselrichter integriert.

Vor allem das ›Maximum Power Point Tracking‹ (MPP-Tracking) wird in der Regel zentral vorgenommen: Der MPP ist der Betriebszustand eines Moduls, bei dem Spannung und Strom so zusammenspielen, dass die optimale Leistung entnommen werden kann. Das Problem dabei ist, dass damit die Module der Anlage weder einzeln überwacht noch einzeln gesteuert werden können. Damit erfolgt das Tracking immer nach dem Minimalprinzip, also dem kleinsten gemeinsamen Nenner. Liegt eines der Module teilweise oder ganz im Schatten, leidet darunter auch die Leistung aller anderen Module im selben String.

Aber auch ohne Schatten oder andere störende Einflüsse gelten bei der Produktion von Modulen Leistungstoleranzen von bis zu 10%. Klassische Anlagen richten sich hier ebenfalls immer nach dem schwächsten Glied, also dem Modul mit der geringsten Leistung im String.

Die bisherige Systemarchitektur führt außerdem dazu, dass immer nur die Leistung eines ganzen Strings überwacht werden kann. Ausfälle oder Schäden an einzelnen Modulen können so oft nur schwer erkannt oder lokalisiert werden, auch dann, wenn sich Kurzschlüsse oder Lichtbögen im System bilden.

Eine Lösung dieser Probleme verspricht die Verteilung der Intelligenz im System. Unternehmen wie Solar Bridge oder Tigo Energy, beide aus den USA, verlegen Teile der Elektronik bis hin zum ganzen Wechselrichter in die Module.

Wichtig ist dabei aber vor allem, wie viel Elektronik im Modul sein muss und wie umfassend das Leistungs- und Produktangebot ist, um ein kohärentes und perfekt abgestimmtes System bereitstellen zu können. Einer der Pioniere auf diesem Gebiet ist SolarEdge Technologies. Das 2006 gegründete Unternehmen bietet von Wechselrichtern bis hin zu den ›Power-Box‹-Geräten und eigenen Monitoring-Lösungen komplette Systeme an. Die Ermittlung des MPP erfolgt hier in der Power Box, die als Add-on-Lösung auf jedem einzelnen Modul sitzt. So können auch bestehende Systeme entsprechend nachgerüstet werden.

Bis 25 Prozent Steigerung

Mit Partnern wie BP Solar oder Schott Solar bietet das israelische Unternehmen inzwischen aber ebenfalls Module mit vollständig integrierter Elektronik an, die nach eigenen Angaben je nach Größe und Art einer Solarstromanlage bis zu 25% Leistungssteigerung versprechen. »Bei großen, professionell betriebenen Freilandanlagen ist dieser Prozentsatz natürlich deutlich geringer«, räumt Lior Handelsman ein, Vice President Product Strategy and Business Development bei SolarEdge. »Allerdings ist die Leistungssteigerung nur ein Aspekt innerhalb unserer Systemlösung.«

Stolz ist Handelsman auf die Monitoring-Lösung des Unternehmens. Mit diesen Produkten und Services verspricht er, kann die Leistung jedes einzelnen Moduls jederzeit exakt überwacht und Störungen identifiziert werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt der integrierten Lösung ist aber die Sicherheit. »Im Fall von Bränden oder Beschädigungen durch Stürme können SolarEdge-Anlagen jederzeit auch remote abgeschaltet werden. Nicht erst am Wechselrichter, sondern direkt am Modul. Damit gibt es keine Spannung mehr auf dem System und Rettungskräfte können sicher und effizient arbeiten«, so Handelsman.

Das Medien- und Marktforschungsunternehmen Greentech Media geht davon aus, dass bis 2020 ein großer Teil der weltweit produzierten Module mit integrierter Elektronik ausgestattet sein wird. Dafür sprechen auch neue Sicherheitsrichtlinien für Photovoltaikanlagen, die derzeit weltweit an den Start gebracht werden. Einer der Vorreiter zu diesem Thema ist der französische Verband CONSUEL (Comité National pour la Sécurité des Usagers de l’Électricité) der derzeit verbindliche Richtlinien für Solarstromanlagen erarbeitet. Eine einfache und sichere Fernabschaltung der Anlage ist Teil der zukünftigen Richtlinien.

Erschienen in Ausgabe: 07/2010