Optimieren mit hybrider PV

Technik / Erneuerbare

Solar - Ideale PV-Flächen sind weitgehend genutzt, so Kritiker. Doch es gibt Optimierungskonzepte, mit denen auch bei leichten Verschattungen wirtschaftlicher Betrieb möglich ist.

01. August 2013

Gegenüber ihren größeren Brüdern, den String-Wechselrichtern, bringen PV-Modulwechselrichter echten Fortschritt: Auch auf nicht optimalen Flächen können gute Erträge erwirt-schaftet werden. Allerdings rücken damit die Wechselrichter in unmittelbare Nähe der PV-Module. Das lässt sich mit einem neuen Anschlusssystem lösen.

Kritiker sagen, dass die für PV-Anlagen geeigneten Flächen fast alle erschlossen sind. Dazu ist allerdings zu fragen, was genau geeignete, oder sogar ideale Flächen sind. In unseren Breiten spricht man von einer idealen Fläche, wenn sie perfekt nach Süden ausgerichtet ist, einen Anstellwinkel von circa 35° besitzt und im Tagesgang der Sonne nicht verschattet wird. Auch hier geht es wieder um Definitionsfragen – schon der Schatten eines Schornsteins, einer Gaube oder gar eines Luftaustritts kann zu einer Ertragsminimierung führen.

In klassischen Anlagen werden einzelne PV-Module in Reihe miteinander verschaltet, damit sich die Spannungen addieren. Ein solcher ›String‹ wird anschließend je nach Anlagengröße zusammen mit anderen zum String-Wechselrichter geführt, wo aus Gleichstrom netzkonformer Wechselstrom wird. Diese Technik funktioniert zwar gut – nachteilig ist allerdings die Reihenschaltung der Module. Es ist wie beim Fuß auf dem Gartenschlauch: die Abschattung eines einzelnen Moduls oder gar einer einzelnen Zelle hat Auswirkungen auf den Ertrag des gesamten Strings.

Bypass-Diode keine Dauerlösung

Bypass-Dioden in den Anschlussdosen auf der Modulrückseite schaffen zumindest bei kurzzeitigen Verschattungen – zum Beispiel durch Verschmutzungen – teilweise Abhilfe. Ist ein Teil eines Moduls verschattet, sorgen diese Bypass-Dioden dafür, dass der verschattete Bereich ›abgeschaltet‹ wird. Die Dioden leiten den Strom der unverschatteten Module des Strings um den Engpass herum.

Ein weit verbreiteter Irrtum ist allerdings, dass die Bypass-Dioden über den Lebenszyklus einer PV-Anlage hinweg permanente oder wiederkehrende Verschattung kompensieren – dafür sind sie in den wenigsten Fällen ausgelegt. Geeignete Komponenten sind deutlich kostenintensiver. Die Folge: Ausfall der Bypass-Diode durch permanente Überlastung und – daraus resultierend – Ertragsminderung des gesamten Strings.

Eine Lösung ist die hybride PV-Anlage – was nicht auf die Kombination von Strom und Wärme, sondern auf die Kombination verschiedener Wechselrichter-Technologien in der Anlage hinweist. Das ist für Anlagen mit partieller oder temporärer Verschattung eine Lösung. Hier sind Modulwechselrichter ideal. Sie sind nicht für einen gesamten String verantwortlich, sondern jeweils nur für ein oder maximal zwei Module.

Der Vorteil liegt auf der Hand: Bereiche, die regelmäßig verschattet werden, können durch den Modulwechselrichter permanent im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Unverschattete Module hingegen werden von verschatteten Modulen dauerhaft nicht beeinträchtigt.

Modulwechselrichter sind im Vergleich zu String-Wechselrichtern zwar kostenintensiver. Sie eignen sich jedoch gut für Anlagen auf nicht idealen Flächen. Sie besitzen somit in Hybridanlagen ein hohes Potenzial. Sind verschattete Module bei der Anlagenplanung unvermeidbar, wurden die betroffenen Bereiche bisher entweder frei gelassen oder trotzdem mit Modulen belegt. Im zweiten Fall entstehen so Ertragsminderungen bis zu 15% pro Jahr.

ModulRichter rechnen sich

Mit Modulwechselrichtern können diese Verluste zum Teil verhindert werden. Die übrigen unverschatteten Anlagenteile werden wie bisher mit einem String-Wechselrichter betrieben. Dieser kann so hinsichtlich der Leistung kleiner ausgeführt werden, und die resultierende Kostenersparnis wird für Modulwechselrichter genutzt.

Mehrkosten im Bereich der Modulwechselrichter amortisieren sich in der Regel in derselben Zeit, in der sich die Gesamtanlage durch die Verminderung von verschattungsbedingten Ertragsverlusten amortisiert.

Neue Anschlusstechnik

Die Verdrahtung der PV-Anlagen auf dem Dach kann mitunter aufwendig werden. Mit Modulwechselrichtern und den daraus resultierenden zusätzlichen AC-Leitungen wird es nicht einfacher. Durch das neue Stecksystem von Phoenix Contact, das speziell für Modulwechselrichter entwickelt wurde, wird der zusätzliche Aufwand besonders in Hybrid-Anlagen reduziert.

Vorkonfektionierte Steckverbinder mit Leitungslängen für die gängigen Moduldimensionen ermöglichen eine schnelle und sichere Montage. Für jeden Modulwechselrichter auf der Anlage ist eine eigene Baugruppe vorgesehen, und die Verschaltung erfolgt via Plug and Play.

Das erste Produkt der neuen Produktfamilie hat die Form eines Y-Verbindungsstückes. Somit besteht das System aus einer Bus-Leitung, aus einer Trunk-Line mit Querschnitten von 4mm2 für den Transport der generierten Ströme zum Netzanschluss, sowie aus einer Zuleitung – der der Drop- Line – mit Querschnitten von 0,75mm2 als Verbindung zum Wechselrichter.

Die Verbindungsstecker der Trunk-Line sind dreipolig ausgeführt und somit für ein einpha-siges Wechselstrom-System ausgelegt. Eine Codierung als Schutz vor falschem Zusammenstecken sorgt neben den berührsicheren Kontakten und einem voreilendem PE-Anschluss für weitere Sicherheit.

Ein Entriegelungswerkzeug erhöht die Sicherheit vor unbeabsichtigtem Öffnen der Verbindung.

Transportschutzkappen schützen das Steckgesicht auch bei widrigen Installationsbedingungen bis zum endgültigen Anschluss .

Die Drop-Line ist über einen der beiden Trunk-Line-Stecker fest mit der Trunk-Line verbunden. Die Anzahl der Steckverbindungen des Systems und die resultierenden Übergangsverluste werden so gegenüber herkömmlichen Y-Verbindungen reduziert. Der Anschluss der Drop-Line an den Modulwechselrichter erfolgt vorerst über eine klassische Gehäuse-Verschraubung, ein steckbarer Anschluss wird folgen.

Der Netzanschluss des Systems, der über beide Steckverbinder der Trunk-Line erfolgen kann, kann über die Buchsen- als auch über die Stecker-Seite erfolgen. Der entsprechende Netzanschluss-Stecker (Grid- Connector) wird mit einer IP-Schutzkappe für die jeweils entgegengesetzte Seite des Systems ausgeliefert. Für den Netzanschluss wird die Seite verwendet, die näher am geeigneten Anschlusspunkt liegt.

Hohe Witterungsbeständigkeit

Das neue AC-Anschlusssystem wurde speziell für die Anforderungen der PV entwickelt. Es ist extrem witterungsbeständig hinsichtlich UV-Strahlung, Ammoniak und Salzwasser. Die verwendeten Materialien sind die gleichen wie beim erfolgreichen Sunclix-Steckverbinder.

Die kundenspezifisch vorkonfektionierten Steckverbinder verringern zudem die Installationszeit auf der Baustelle, und das System kann bei Bedarf jederzeit erweitert werden. Eine umfangreiche Zubehörpalette rundet das System ab.

Andreas Beck

(Produkt Marketing Pluscon Solar,

Phoenix Contact, Blomberg)

Erschienen in Ausgabe: 06/2013