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Letzte Aktualisierung: 04.04.2024
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Einsatz und Vorteile eines String-Wechselrichter
- Was ist ein Stringwechselrichter? Ein Gerät, das den von einem String (Reihe) von Solarpanelen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Auch Strangwechselrichter genannt. Wird in Photovoltaik-Anlagen eingesetzt, um den von spezifischen Gruppen von Panels erzeugten Strom umzuwandeln.
- Unterschied Stringwechselrichter vs. Modulwechselrichter? String Wechselrichter wandeln Strom für ganze Panel-Strings um, ideal für homogene Bedingungen über mehrere Panels. Modulwechselrichter (auch Mikro-Wechselrichter genannt) arbeiten auf der Ebene einzelner Solarpanele, optimieren Leistung pro Panel.
- Vorteile & Nachteile von Stringwechselrichtern
- Vorteile: Kosteneffizient in größeren Anlagen, einfacher zu warten als viele Mikro-Wechselrichter, effiziente Umwandlung für ganze Strings.
- Nachteile: Bei Verschattung oder Ausfall eines Panels im String sinkt die Leistung des gesamten Strings, weniger flexibel als Modulwechselrichter.
- Warum mehrere PV-Strings bei einer Anlage? Der Einsatz mehrerer Strings führt zu einer Optimierung und Anpassung an unterschiedliche Ausrichtungen, Neigungen und eventuelle Verschattungen von Solarpanelen. Es erhöht die Gesamteffizienz der Anlage durch individuelle Anpassung und Management verschiedener Bedingungen.
- Wechselrichter für 3 Strings: Konzipiert für den Anschluss von drei separaten Strings von Solarpanelen. Das ermöglicht die Optimierung und das Management von drei unterschiedlichen Ausrichtungen oder Neigungen der Solarpanel-Gruppen. 3 Strings sind ideal für Anlagen mittlerer Größe oder solche mit begrenztem Platz, die eine differenzierte Ausrichtung der Panels zur Sonne erfordern.
- Wechselrichter für 4 Strings: Der Anschluss von 4 Strings erlaubt eine noch größere Flexibilität in der Anordnung und Ausrichtung der Panels. Das bietet die Möglichkeit, mehr Solarpanels in die Anlage zu integrieren, was besonders bei größeren Installationen von Vorteil ist. Der Einsatz von 4 Strings kann effektiv mit unterschiedlichen Verschattungsbedingungen umgehen, indem die Panels, die ähnlichen Bedingungen ausgesetzt sind, in separate Strings gruppiert werden.
- Probleme mit Verschattung: Schatten auf den Panels kann die Leistung des gesamten Strings reduzieren. Mehrere Strings können das Risiko minimieren, indem sie die Anlage in kleinere, unabhängig optimierte Bereiche unterteilen.
Solarpaneele liefern je nach Temperatur, Einstrahlung und Verschattung unterschiedlich viel Leistung, was zu sogenannten Missmatching-Verlusten führen kann. Um diese so gering wie möglich zu halten, werden String- bzw. Strang-Wechselrichter eingesetzt, die den Solarstrom eines "Stranges" von in Reihe geschalteten PV-Modulen umwandeln.
Leistungsoptimierung mit Stringwechselrichtern
In kleineren Solaranlagen werden die Solarmodule parallel an den Wechselrichter angeschlossen. Kleinere Leistungsverluste können hier in Kauf genommen werden und lassen sich ohne größeren finanziellen Aufwand nicht verhindern. Bei größeren, in Reihe geschalteten Solaranlagen wären die sogenannten Missmatching-Verluste (Leistungsverluste bei Reihenschaltung von Photovoltaik-Modulen) zu groß, um sie einfach zu ignorieren. Daher hilft man sich hier mit sogenannten String-Wechselrichtern.
Der Begriff String steht hier für "Reihe", es wird also eine Reihenschaltung der einzelnen Paneele am String-Wechselrichter vorgenommen. Dabei unterscheidet man "starke" und "schwache" Module(-reihen) und fasst die jeweils zusammengehörigen zu einem Strang zusammen. Entweder man schließt dann
- jeden String an einen String-Wechselrichter an oder
- mehrere Strings an einen Multi-String Wechselrichter.
Durch diese Anwendungen werden selbst bei größeren Anlagen die Missmatching-Verluste reduziert.
Komplett verhindern kann man diese Verluste nie, da die einzelnen PV-Strings wieder in Reihe geschaltet werden und so wieder minimale Verluste auftreten können. Die Zukunft geht hier ganz klar zu Wechselrichtern mit integrierten MPP-Trackern. Bei einer Strang-Verschaltung hat dies den Vorteil, dass der MPP-Tracker den jeweiligen, lokalen Strangbedingungen entsprechend arbeitet.
Hintergrund: MPP (Maximum Power Point) kennzeichnet das Leistungsmaximum auf der Strom-Spannungs-Kennlinie (I-U-Kennlinie) eines PV-Moduls. Wechselrichter mit MPP-Tracker versuchen immer, diesen Punkt in jedem Betriebszustand einzustellen.
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Unterschiede zu anderen Wechselrichterkonzepten
Der Unterschied zwischen einem zentralen Wechselrichter und einem String oder Multistring Wechselrichter ist der Anschluss der einzelnen Module. Allgemein kann man sagen, dass bei String-Wechselrichter-Anordnungen die einzelnen PV-Paneele in einer Reihenschaltung am Wechselrichter angeschlossen werden. Bei Zentral-Wechselrichtern werden die Anschlüsse der Module hingegen parallel, zentral an einem Wechselrichter zusammengefasst.
Während sich Zentralwechselrichter bei größeren Anlagen mit ähnlicher Ausrichtung, Sonneneinstrahlung und Verschattungssituation lohnen, liegt der große Vorteil der strangweisen Zusammenführung darin, dass man so gezielt Module zusammenbringen kann, die den gleichen Bedingungen unterliegen. Das trägt zur
- Reduzierung von Kabelverlusten bei,
- erlaubt kleinere Kabelquerschnitte und
- senkt die Installations- und Betriebskosten.
Ab einer gewissen Anlagengröße kann der Mehrertrag des Strang-Konzepts jedoch u. U. die höheren Anschaffungskosten und auch Wartungskostennicht mehr kompensieren.
Preislich unterschieden sich natürlich einfache Wechselrichter von den High-End Modellen mit String Schaltung. Ob man einen Wechselrichter mit integriertem Trafo wählt oder ein Trafoloses Modell, macht für die String-Schaltung keinen Unterschied. Dasselbe gilt auch für den Einsatz der entsprechenden Speicher Akkus und dementsprechenden Wechselrichter.
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Vorteile und Nachteile strangweiser Wechselrichter
Schaltbild eines Multistringwechselrichters (Grafik: SMA Solar)Leistungsverluste
Wie bereits erwähnt, sind die entscheidenden Vorteile der Stringwechselrichter-Schaltungen die Reduzierung von Missmatching-Verlusten. Es gibt zwar Solar Module mit eigenen MPP-Tracker, der die Leistung der einzelnen Paneele der angebotenen Sonnenstrahlung anpasst, diese sind aber noch sehr teuer. Wer daher Paneele ohne integrierten MPP-Tracker einsetzt, muss versuchen mithilfe der String-Schaltung die Verluste zu minimieren. Eine komplette Reduzierung der Verluste ist auch mit einem String-Wechselrichter leider nicht möglich.
Anlagengröße
Die Definition "für größere Anlagen" ist weit gegriffen. In der Regel muss sich jeder selbst fragen, welche Effizienz er aus seiner Anlage herausholen will. Die Antwort darauf entscheidet, wie stark man gegen Missmatching-Verluste oder andere Einbußen bei der Energiegewinnung vorgehen will. Man kann pauschal sagen, dass bei Anlagen mit einer Fläche von mehr als 30 qm immer eine Überlegung zur Reduzierung der Verluste angestellt werden soll.
Kosten und Preise für PV-Strings
Neben der Entscheidung auf eine String-Schaltung am String Wechselrichter zusetzen spielen hier auch noch die anderen technischen Bauteile eine kleine Rolle. So ist es auch beim String Wechselrichter wichtig, ein Modell mit sehr hohem Wirkungsrad zu wählen. Je höher der Wirkungsrad, umso teurer der Wechselrichter. Die Mehrausgaben müssen natürlich auch wieder reingeholt werden. Daher ist es hier besonders wichtig, durch genaue Messungen und Berechnungen festzustellen, ob sich die zusätzliche Investition in String-Wechselrichter auch wirklich lohnt.
Zusatzfunktionen, Austattung und Montagearten
Der String Wechselrichter reduziert aber nicht nur die sogenannten Missmatching Verluste. Moderne Wechselrichter übernehmen auch noch eine Vielzahl sinnvoller Zusatzfunktionen. Je nach Modell unterscheiden sich String Wechselrichter in ihren
- Leistungsbereichen,
- Eingangsspannungsbereichen,
- Eingangsströmen,
- Wirkungsgraden,
- MPP-Eingängen und
- im Einsatzbereich (Indoor oder Outdoor).
Je nach Ausführung sind im Wechselrichter auch Kühlsysteme und Lüftungsmöglichkeiten integriert.
Besonders dann, wenn der String-Wechselrichter auch als Überwachungsstation der Anlage mit entsprechendem Anschluss eines Displays oder Monitors dient, macht es Sinn, ein Gerät für die Innenmontage zu wählen, vorausgesetzt der Platz gibt das her. Der Keller ist ein idealer Standort, ist es dort doch kühl, trocken und in der Regel staubfrei.
Installiert man den String Wechselrichter außen, so muss man unter Umständen ein kleines Gartenhäuschen für diesen aufstellen. Auch Outdoor Modelle müssen leicht erreichbar sein und sollten vor Regen und Sonneneinstrahlung geschützt werden.
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