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Einsatz und Vorteile eines String-Wechselrichter

Wie funktionieren String-Wechselrichter? Wann lohnt es sich für jeden Modulstrang einen Wechselrichter einzusetzen?

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.

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Leistungsoptimierung mit Stringwechselrichtern

Dreiphasiger Stringwechselrichter Sunny Tripower 20000TL-HE von SMA Solar (Foto: SMA Solar Technology AG)
Dreiphasiger Stringwechselrichter Sunny Tripower 20000TL-HE von SMA Solar (Foto: SMA Solar Technology AG)

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 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.

Unterschiede zu anderen Wechselrichterkonzepten

Strangwechslerichter in einer Flachdachanlage mit einer Modulreihe (Foto: energie-experten.org)
Strangwechslerichter in einer Flachdachanlage mit einer Modulreihe (Foto: energie-experten.org)

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 Wartungskosten nicht 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.

Der Stringwechselrichter REFUsol 100K kann an jede beliebige Netzspannung zwischen 380 und 480 VAC angeschlossen werden und bietet eine Leistung zwischen 83 und 100 kVA. (Fotos: REFU Elektronik GmbH)
Der Stringwechselrichter REFUsol 100K kann an jede beliebige Netzspannung zwischen 380 und 480 VAC angeschlossen werden und bietet eine Leistung zwischen 83 und 100 kVA. Er besteht aus dem Wechselrichter und der ConnectionBox, die vor Ort installiert und angeschlossen, während der Wechselrichter erst kurz vor der Inbetriebnahme hinzugefügt werden kann. (Fotos: REFU Elektronik GmbH)

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Vorteile und Nachteile strangweiser Wechselrichter

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

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.

Schaltbild eines Multistringwechselrichters (Grafik: SMA Solar)
Schaltbild eines Multistringwechselrichters (Grafik: SMA Solar)

Zusatzfunktionen, Austattung und Montagearten

Das blueplanet flexgate übernimmt als Netzanschlussbox die intelligente Stringüberwachung, die Verbindung zum öffentlichen Netz und die Kommunikation mit dem Betreiber. (Foto: KACO new energy)
Das blueplanet flexgate übernimmt als Netzanschlussbox die intelligente Stringüberwachung, die Verbindung zum öffentlichen Netz und die Kommunikation mit dem Betreiber. (Foto: KACO new energy)

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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"Einsatz und Vorteile von Stringwechselrichtern" wurde am 13.01.2018 das letzte Mal aktualisiert.