Was ist bei der Wechselrichterauslegung zu beachten? Kriterium 2

In den Beiträgen zur Wechselrichterauslegung werden Punkt für Punkt die Kriterien behandelt, die bei der korrekten Auslegung eines Photovoltaik-Wechselrichters beachtet werden müssen. Wenn man verstehen möchte was sich hinter den verschiedenen Auslegungsprogrammen der Wechselrichterhersteller verbirgt könnte dieser Beitrag von Interesse sein. In diesem Teil geht es um die Bestimmung der minimalen MPP Spannung des Solargenerators

Wenn man diesen Beitrag liest, sollte man eventuell vorher folgende Beiträge lesen:

Welcher Wechselrichter ist der Richtige ?

Was muss man bei der Wechselrichterauslegung beachten ?

Kriterium 1 bei der Wechselrichterauslegung

In diesem Beitrag geht es um die minimal auftretende Spannung im MPP während des Betriebes einer Photovoltaikanlage.

Diese Spannung muss in jedem Fall immer größer sein, als die im Wechselrichterdatenblatt angegebene Mindesteingangsspannung UDCmin des Wechselrichters. Zur Erinnerung, die Spannung an einem Solargenerator hängt in erster Linie von der Temperatur der Solarzellen ab und verändert sich nur sehr wenig mit wechselnder Einstrahlung. Den Fall der extrem niedrigen Temperaturen hatte ich im letzten Beitrag ausführlich beschrieben. Nun soll es um das andere Extrem gehen: Sehr hohe Temperaturen, die Anlage ist im Betrieb – die Gleichspannung sollte also im MPP liegen. Auch in diesem Fall muss der Wechselrichter noch in der Lage sein die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einem Effektivwert von 230V umzuwandeln. Wie im letzten Artikel bei der Betrachtung der niedrigsten möglichen Temperatur hängt natürlich auch die maximale Temperatur sehr stark von der betrachteten Anlage ab. So wird der Wert bei einer Anlage in der Sahara sicherlich etwas anders ausfallen als bei einer Anlage in den bayrischen Alpen. Auch die Einbausituation der Module spielt eine gewisse Rolle. Es ist ein Unterschied ob ein Modul luftdicht eingepackt ist oder ob immer ein wenig Luft hinter den Modulen vorbeiströmen kann. In der Praxis hat sich gezeigt, dass auf ganz normalen Dächern in Deutschland bei einer Aufdachmontage und einem Abstand der Module zum Dach von 10-15 cm durchaus Temperaturen von über 60° an den Modulen vorkommen können. Bei “Indachsystemen” bei denen nur ein schmaler Hinterlüftungsschlitz von vielleicht 4-5 cm hinter den Modulen vorhanden ist, können es auch einmal 70-75°C werden. Man ist also gut beraten, wenn man als maximale Temperatur für die Betrachtung des ungünstigsten Falles einmal 70°C annimmt. Auch dieser Wert, der von den meisten Auslegungsprogrammen für Wechselrichter verwendet wird ist natürlich ein Kompromiss und kein Gesetz. Wenn man eine Anlage in Afrika plant sollte man hier lieber noch mit etwas höheren Temperaturen rechnen, bei der Seilbahnstation in den Alpen hingegen kommt man eventuell auch mit 60° als maximaler Temperatur noch gut klar. Nimmt man wieder das Beispielmodul aus dem letzten Beitrag (IBC Monosol 230ET) so beträgt die Spannung im MPP bei STC 29,1V. Die Temperatur unter STC (Standard Test Conditions; Standard Testbedingungen) beträgt 25°C. Bei einer Modultemperatur von 70°C beträgt die Temperaturerhöhung damit genau 45°C oder 45K (Kelvin). Im Datenblatt des Beispielmodules ist ein Temparaturkoeffizient der Leerlaufspannung von –134mV/K angegeben. Dieser Wert gilt annähernd auch für die Spannung im MPP Umpp. Die Spannungsreduzierung durch die erhöhte Modultemperatur lässt sich daher wie folgt berechnen: 45K*-134mV/K = -6,03V pro Modul. Das bedeutet die Spannung im Mpp liegt jetzt nicht mehr bei 29,1V sondern nur noch bei 23,07V. Bei sinkender Einstrahlung ändert sich die Spannung der Module kaum. Auch bei sehr schwachen Einstrahlungen liegt die Spannung nicht unter den 23V die bei 1000W/m² und 70°C beim Beispielmodul auftreten. Es kommt außerdem fast nie vor, dass die maximale Temperatur des Solarmodules zusammen mit einer sehr niedrigen Einstrahlung auftritt, da die hohe Modultemperatur ja gerade durch eine hohe Direktstrahlung hervorgerufen wird. Man kann daher bei der Betrachtung des ungünstigsten Falles für das Beispielmodul von den berechneten 23V ausgehen. Bei dieser Spannung multipliziert mit der Anzahl der Module in einem Strang muss der Wechselrichter nun noch dazu in der Lage sein ins Netz einzuspeisen. Möchte man z.B. einen trafolosen Wechselrichter mit einer Mindesteingangsspannung von 325V benutzen (z.B. SMA SMC 6000TL-11000TL) so muss man mindestens 14 Module in Reihe schalten. Schaltet man zu wenige Module in Reihe nimmt der Wechselrichter dadurch keinen Schaden. Solange es kalt ist und die Modultemperatur nicht zu hoch wird, kann der Wechselrichter sogar auch mit 13 Modulen ganz normal arbeiten. Kommt dann aber der Sommer mit höheren Modultemperaturen kann der Wechselrichter um die Mittagszeit nicht mehr den MPP anregeln und arbeitet an seiner unteren Spannungsschwelle. Dadurch wird dem Solargenerator weniger Leistung entnommen als eigentlich möglich wäre und die Energieausbeute sinkt. Man kann dies bei Anlagen mit Datenlogger daran erkennen, dass sich die Gleichspannung kaum noch verändert und über einen längeren Zeitraum nahezu konstant an der unteren Einspeisegrenze des Wechselrichters verbleibt.

Was passiert wenn man bei diesem Auslegungskriterium etwas falsch macht, kann man hier nachlesen.

Im nächsten Beitrag geht es um Kriterium Nr. 3, das Verhältnis der Solargenerator Leistung in Wp zur Wechselrichternennleistung.

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1 Kommentar zu “Was ist bei der Wechselrichterauslegung zu beachten? Kriterium 2

  1. Hallo und erstmal vielen Dank für die vielen tollen und aufschlussreichen Artikel!
    Allerdings habe ich zu den Wechselrichtern noch eine allg. Frage. Kann ich eine Inselanlage auch mit einem „normalen“ WR betreiben, oder sind immer spezielle Inselwechselrichter nötig?
    Es kommt z.B. ja immer mehr die Idee auf ganze Fabriken in Afrika nur über solare Energie bzw. als Hybridsystem mit einem Dieselgenerator zu betreiben. Ich nehme mal an, dass die täglichen Verbräuche und somit auch der Solargenerator sehr groß sind, könnten dann ganz normale WR zum Einsatz kommen. Mittels Laderegler müsste es ja trotzdem möglich sein gleichzeitig ein Speichersystem zu überwachen und zu laden bzw. zu entladen?

    Ich freue mich auf Ihre Anwort

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