PV-Leistungsoptimierer

Welche Leistungsoptimierer sind bei einer PV-Anlage sinnvoll? Welchen Hersteller sollte man kaufen? Wann nachrüsten?

Bei der Anlagenplanung müssen die Verschattung durch z. B. Dachgauben oder Bäume bei der Anordnung der Module und bei der Verschaltung der Strings und dem Wechselrichterkonzept berücksichtigt werden. Ist dies nicht der Fall, so kann die Leistung der Strings einbrechen, wenn der Schatten des Dachvorsprungs von einem Modul zum nächsten wandert. Denn in einem String bestimmt das leistungsschwächste Modul die Performance des gesamten Strings.

Vorteile:

Leistungsoptimierer optimieren und überwachen den Energieertrag jedes einzelnen Moduls. Dadurch verhindern sie, dass verschattete Module die Leistung nicht verschatteter Module beeinflussen und so den Gesamtertrag der PV-Anlage reduzieren. Mit modulgenauem Monitoring und zusätzlichen Sicherheitsfunktionen können auch mögliche Brandrisiken reduziert werden.

Zudem lassen sich PV-Leistungsoptimierer auch nachrüsten, sodass man bei nicht optimal geplanten Anlagen den Ertrag mit vergleichsweise wenig Aufwand steigen und die Anlage wieder zur Rentabilität führen kann.

Nachteile:

Leistungsoptimierer können die Spannung der einzelnen Module verändern – sie können sie entweder hoch- oder tiefsetzen. Damit passt sich die Spannung der verschatteten Module an die der unverschatteten Module an. Für dieses Hoch- und Tiefsetzen benötigen Leistungsoptimierer Energie. Je mehr Verschattung, desto höher der Verbrauch der Optimierer und desto niedriger der Wirkungsgrad. Vor allem bei Teilverschattungen können Leistungsoptimierer aus diesem Grund die Verschattung oftmals nicht kompensieren und erwirtschaften somit keinen Mehrertrag.

Ein weiterer Nachteil von DC-optimierten Systemen ist die hohe Anzahl an Komponenten am Dach. Jeder Leistungsoptimierer sitzt direkt hinter dem Modul und ist somit das ganze Jahr über Hitze, Kälte, Regen und Schnee ausgesetzt. Das ist schlecht für die sensible Leistungselektronik und kann somit Auswirkungen auf Service und Brandrisiko haben.

In den letzten Jahren ist insbesondere aufgrund regulativer Anforderungen in den USA mit DC-Optimierern und AC-Modulwechselrichtern eine weitere Wechselrichter-Technologie, die sogenannte Module Level Power Electronics (MLPE), entstanden. Mit dieser Smart-Modul-Technik kann die Funktionalität von Solarmodulen deutlich erhöht werden. So können beispielsweise teilverschattete Solarmodule mit einer Optimierungsfunktion - dem sogenannten Leistungsoptimierer - ergänzt werden.

Leistungsoptimierer passen die optimalen Arbeitspunkte (MPP) der Solarmodule individuell an und überwachen die Leistung jedes einzelnen Solarmoduls. Daher werden sie besonders häufig bei kleinen und mittelgroßen PV-Anlagen eingesetzt, die mit Auslegungsproblemen wie beispielsweise Teilverschattungen, unterschiedlicher Modulbelegung oder Verschmutzung konfrontiert sind.

Leistungsoptimierer kompensieren damit viele Leistungsverluste, die bei traditionellen PV-Systemen zu erheblichen Einbußen führen. So lassen sich unterschiedlich lange Strings und unterschiedliche Modultypen problemlos und egal mit welcher Ausrichtung miteinander verbinden. Leistungsoptimierer ermöglichen zudem dank modulgenauer Überwachung der Leistung eine kosteneffiziente und fortschrittliche Wartung der Anlagen.

Viele Modul-Hersteller integrieren bereits bei der Fertigung Leistungsoptimierer. Dies senkt die Installationskosten der Anlage. Im Vergleich zu Add-On-Versionen müssen dann weniger Komponenten in der Anlage verbaut werden. Diese Module werden dann häufig als sogenannte "Smarte PV-Module" bezeichnet und angeboten. Neben der Modulintegration lassen sich Leistungsoptimierer auch als Retrofit-Lösung bei bestehenden, leistungsschwachen PV-Installationen nachrüsten. Eine nachträgliche Optimierung kann den Solarertrag häufig um bis zu rund 20 Prozent verbessern.

Die Leistungsoptimierer der P-Serie von SolarEdge sind DC/DC Wandler, die vom Installateur an jedes PV-Modul angeschlossen (Add-On Variante) oder bereits vom Modulhersteller integriert wird und die traditionelle PV-Anschlussdose ersetzt. Die SolarEdge Leistungsoptimierer steigern den Energieertrag von PV-Anlagen, indem der Punkt der maximalen Leistungsabgabe (MPPT) für jedes Modul einzeln gesucht wird. Zudem überwachen die Geräte die Leistung der einzelnen Module und übermitteln die Leistungsdaten an das SolarEdge Monitoring-Portal für eine verbesserte, kostengünstige Wartung auf Modulebene.

Bei der Verwendung von SolarEdge Wechselrichtern behalten die SolarEdge Leistungsoptimierer automatisch eine feste Strangspannung bei, sodass Installateure noch mehr Möglichkeiten bei längeren Strängen und Strängen unterschiedlicher Länge haben, um PV-Anlagen optimal auslegen zu können. Die SolarEdge- Leistungsoptimierer können für c-Si- und Dünnschichtmodule eingesetzt werden und haben eine Garantie von 25 Jahren.

Der SafeDC Mechanismus der SolarEdge Leistungsoptimierer erhöht die Sicherheit des Systems für Installateure, Wartungspersonal und Feuerwehrleute, indem er im Notfall automatisch die Gleichspannung am Modul reduziert, wenn der Wechselrichter abgeschaltet wird oder der Netzstrom ausfällt. Sobald die Stromversorgung abgeschaltet wird, reduziert SafeDC, der als DC-Trennschalter zertifiziert ist, die DC-Spannung auf Modulebene innerhalb der geforderten Zeit automatisch und ausfallsicher auf 1 Vdc pro Modul bzw. Leistungsoptimierer. Aufgrund der Auslegungsrichtlinien liegt die DC-Spannung dann bei maximal 50 Vdc im Strang. So erfüllen die SolarEdge Leistungsoptimierer auch die VDE-Anwendungsrichtlinie zur brandschutzgerechten Installation von Photovoltaikanlagen.

Durch neue Produkte, wie dem OP600-96V Leistungsoptimierer, an dem zwei Module gleichzeitig angeschlossen werden können und konsequente Weiterentwicklungen der Wechselrichter eröffnen sich weitere Marktchancen, besonders für gewerbliche Anlagen.

Der Optimierer von Tigo Energy misst die Stromstärke, die Spannung und die Temperatur des Moduls. Die Daten schickt er an eine zentrale Recheneinheit, die Tigo Cloud Connect. Diese berechnet den optimalen Betriebspunkt eines jeden Moduls und sendet die Ergebnisse an den Optimierer zurück, der dann per Impedanzanpassung jedem Modul eine virtuelle Impedanz präsentiert, die der internen Impedanz des Moduls entspricht, sodass an jedem Modul die maximale Energieausbeute erzielt wird.

Bei bisher erhältlichen Lösungen mussten stets alle Solar-Module mit einem Optimierer ausgerüstet werden, unabhängig davon, ob dies überhaupt notwendig ist. Mit der der TS4-Lösung müssen nur noch die "problematischen Module" ausgerüstet werden. Dies spart Kosten im Vergleich zur z. B. Lösung von SolarEdge. Sowohl bestehende, als auch neue Solarstromanlagen können mit der Produktplattform TS4 ergänzt werden. Die von Tigo Energy entwickelte chipbasierte Lösung hat die niedrigste Bauteilzahl der Branche und bietet eine hohe Zuverlässigkeit sowie hohe Wirkungsgrade des Solar-Moduls.

TIGO ist das einzige Unternehmen der Branche, das eine modulare Plattform bietet, auf der Kunden das Verhalten ihrer PV-Module auf die jeweiligen Standort-Bedürfnisse abstimmen können. Die Produktplattform TS4 ermöglicht über verschiedene Optionen die Steigerung des Energieertrages, die Vereinfachung der Anlagenplanung und –installation, den Brandschutz sowie die cloudbasierte Überwachung der Systemverfügbarkeit. Die Funktionsoptionen lassen sich einfach in ein Solarmodul integrieren. Kunden können so jedes einzelne Solarmodul an ihre individuellen Anforderungen anpassen und zahlen nur die Funktion, die sie auch tatsächlich für den z.B. maximalen Energieertrag benötigen. Der Fachhandwerker kann die Solarstromanlage kinderleicht passgenau vor Ort anpassen.