DC-Spannungsbereich für Nennleistung

Viele neu in Betrieb genommene Solaranlagen der letzten Jahre erfüllen nicht die Leistungs­erwartungen. Der Grund? Zu kurze Strings. Wie ist es möglich, dass viele etablierte und erfahrene Installateure in diese Falle tappen? In diesem Artikel werde ich zunächst auf das technische Problem eingehen und dann meine ehrliche Meinung dazu äußern, warum wir plötzlich im Jahr 2025 viele neue Dimensionierungsprobleme beobachten.

Trend bei Solar-Wechselrichtern

Jedes Jahr kommen neue Solar-Wechselrichter-Modelle auf den Markt. Ein bemerkenswerter Trend geht hin zu immer größeren String-Wechselrichtern mit mehreren Maximum Power Point Trackern (MPPTs), von denen einige über einen sehr weiten MPPT-Betriebsspannungsbereich verfügen. Dieser Trend ist sehr positiv. Eine große Anzahl von MPPTs ermöglicht eine reibungslose Leistungsoptimierung und bietet viele Vorteile in Situationen mit lokaler Verschattung oder unterschiedlichen Ausrichtungen der Solarmodule, wie sie auf vielen Dachanlagen zu finden sind. Wenn ein oder zwei Strings mit einem einzigen MPPT verbunden sind, ermöglicht dies auch eine genaue Überwachung auf String-Ebene. Darüber hinaus macht ein weiter MPPT-Betriebsspannungsbereich die Dimensionierung der Anlage sehr flexibel. Doch was bedeutet MPPT-Betriebsspannungsbereich genau?

MPPT-Betriebsspannungsbereich

Wie im Blogbeitrag über Wechselrichter ohne Booster erklärt, basieren Wechselrichter mit einem weiten MPPT-Betriebsspannungsbereich auf einem internen Booster, der die Eingangsspannung auf ein für die Wechselrichterstufe erforderliches Niveau erhöht. Der MPPT-Betriebsspannungsbereich definiert per Definition die absolute Mindest- und Höchstspannung, die es der Boosterstufe und der Wechselrichterstufe ermöglicht, zusammen zu funktionieren. Jede Spannung unterhalb des Minimums oder oberhalb des Maximums kann verhindern, dass der Wechselrichter funktioniert. Spannungen oberhalb der Max. Eingangsspannung können das Gerät sogar beschädigen. Aber reicht eine Spannung, die den Betrieb des Wechselrichters ermöglicht, für eine korrekte Dimensionierung aus? Nicht wirklich. Wir wollen nicht nur einen funktionierenden Wechselrichter, sondern einen, der mit maximaler Leistung arbeitet. Das macht einen erheblichen Unterschied für einen Anlagenbesitzer, der die maximale Leistung aus seiner Solaranlage erwartet.

Viele Jahre lang reichte es vielleicht aus, sich an den im Datenblatt angegebenen MPPT-Betriebsspannungsbereich zu halten, um sicherzustellen, dass der Wechselrichter die maximale Leistung aus dem DC-Generatorfeld extrahiert. Dies ist jedoch nicht mehr der Fall für neue Wechselrichtertypen, die sehr beliebt werden. Betrachten wir ein reales Beispiel:

• Datenblattinformation: MPPT-Betriebsspannungsbereich: 200–1000 V
• Benutzerhandbuchinformation: Vollast-MPPT-Spannungsbereich: 540–800 V

Was passiert, wenn die Spannung zwischen der minimalen MPPT-Betriebsspannung und der minimalen Vollast-MPPT-Spannung liegt?

Die Antwort findet sich im Wechselrichter-Benutzerhandbuch oder in separaten Dokumenten, die manchmal Ausgangs-Kennlinienkurve genannt werden. In unserem numerischen Beispiel kann der Betrieb mit maximaler Leistung für Spannungen zwischen 200 und 540 V nicht gewährleistet werden.

Das Dokument mit der Ausgangs-Kennlinienkurve des betreffenden Wechselrichters enthält das folgende Diagramm:

Dieses Diagramm zeigt deutlich, dass der MPPT bei Eingangsspannungen unter 540 V möglicherweise mit Leistungsbegrenzung läuft. Und genau das passiert in der Realität! Das folgende Diagramm zeigt den DC-Strom von zwei MPPTs. Einer hat eine ausreichend hohe Spannung, um mit voller Leistung zu arbeiten, während der andere deutlich auf etwa 60% seines Nennstroms begrenzt ist.

Warum ist die Leistung bei niedrigerer Spannung begrenzt?

Ein Booster besteht im Wesentlichen aus einem Leistungsschalter, einer Induktivität, einer Diode, einem Kondensator und Steuerungselektronik. Eine Schlüsselfunktion hat die Induktivität, die auch wahrscheinlich das schwerste und teuerste Bauteil in einer Boostersschaltung ist. Die Größe einer Induktivität ist proportional zum Ausgang-Strom und zur Spannungsdifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung. Das bedeutet: je niedriger die Eingangsspannung, desto größer muss die Induktivität sein. Daher ist es verständlich, dass einige Wechselrichtertypen mit einem weiten MPPT-Betriebsspannungsbereich möglicherweise nicht so dimensioniert sind, dass sie die volle MPPT-Last für den gleichen Spannungsbereich garantieren.

Persönliche Meinung und Empfehlungen

Die Tatsache, dass viele neu gebaute Solaranlagen unter demselben Problem leiden, deutet darauf hin, dass der Informationsaustausch zwischen Wechselrichterherstellern, Verkäufern und Installateuren unzureichend ist. Aus diesem Grund habe ich diesen Blogbeitrag geschrieben, und ich hoffe, dass er dazu beiträgt, das Bewusstsein für dieses wichtige Thema zu schärfen. Meiner persönlichen Meinung nach treten Probleme in verschiedenen Phasen auf:

Wechselrichterhersteller und -verkäufer

Einige Wechselrichterhersteller lassen in den veröffentlichten Datenblättern vermutlich absichtlich den Unterschied zwischen MPPT-Betriebsspannungsbereich und Vollast-MPPT-Spannungsbereich aus. Dies erschwert Installateuren die schnelle Bewertung von Solar-Wechselrichtermodellen für ein bestimmtes Projekt, da sie sich in Benutzerhandbücher und zusätzliche Dokumente vertiefen müssen, um sicherzustellen, dass der gewählte Wechselrichter für einen bestimmten Anwendungsfall geeignet ist. Darüber hinaus könnte man sich fragen, ob die Schulung der Installateure in der Dimensionierung und Verwendung spezifischer Wechselrichter durch Hersteller und Verkäufer ausreichend ist.

Installateure

Dieses Dimensionierungsproblem ist eines von vielen typischen Dimensionierungs- und Layoutproblemen, die regelmäßig in bestehenden Anlagen beobachtet werden. Auch wenn Wechselrichter heute als Plug-and-Play- und einfach zu installierende Geräte verkauft werden, bleiben sie komplexe Geräte, die ein bestimmtes Maß an technischem Verständnis erfordern, um die Wahl eines passenden Geräts für eine bestimmte Solaranlage sicherzustellen. Es ist bedauerlich, viele Solaranlagen zu sehen, die so gebaut sind, dass die installierten Komponenten ihre Nennleistung nicht erbringen können, einfach weil die öffentlich verfügbare Gerätedokumentation während der Planungsphase nicht sorgfältig gelesen oder verstanden wurde. Wir empfehlen Installateuren, immer alle relevanten Teile der Dokumentation zu lesen, einschließlich manchmal entscheidender Fußnoten.

Anlagenbesitzer

Wir empfehlen Anlagenbesitzern im Allgemeinen, neue Anlagen sehr sorgfältig zu inspizieren und zu genehmigen. Stellen Sie sicher, dass die erhaltene Dokumentation der gebauten Anlage entspricht. Definieren Sie einen detaillierten endgültigen Abnahmetest, einschließlich der Auswertung der ersten verfügbaren Überwachungsdaten, um sicherzustellen, dass jeder Teil der Anlage den Erwartungen entspricht. Novasense würde Sie gerne bei der Definition dieses Prozesses unterstützen.