Optimales Zusammenspiel von Solarmodulen und Wechselrichtern

Bereits in der Planungsphase einer Solaranlage die Besonderheiten von Modulen und Wechselrichtern berücksichtigen.

Dipl.-Ing. (FH) Christian Buchholz, Heribert Schmidt
Aufgrund der steigenden Anzahl verschiedener Modultechnologien wie z.B. der Dünnschichttechnologie wird es immer wichtiger, bereits in der Planungsphase einer Solaranlage die Besonderheiten von Modulen und Wechselrichtern zu berücksichtigen. Ausschlaggebend für die Bewertung, ob bestimmte Solarmodule an einem Wechselrichter laufen dürfen, ist der Spannungsverlauf zwischen den Solargeneratorpolen und dem Erdpotenzial. Dieser Spannungsverlauf wird durch die verwendete Wechselrichterschaltung bestimmt.


Spannungsverlauf am Solarmodul
Heribert Schmidt, Wechselrichter-Experte am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, charakterisiert die Spannungsverläufe am Solar-Modul folgendermaßen: In Abb.2 sind die am Eingang eines Wechselrichters auftretenden Spannungen gegenüber dem Erdpotenzial (Neutral- oder Schutzleiter [PE]) dargestellt.

Zwischen den beiden Anschlüssen ist die Solargeneratorspannung USG zu messen. Dieser Gleichspannung ist bei einphasig einspeisenden Geräten typischerweise eine kleine, nahezu sinusförmige Wechselspannung (Ripple) mit doppelter Netzfrequenz, also 100 Hz, überlagert. Deren Amplitude ist abhängig vom Gerätedesign, der Dimensionierung und auch von der momentan übertragenen Leistung. Sie sollte bei Nennlast die Größenordnung weniger Prozent der MPP-Spannung nicht überschreiten, da sonst merkliche Energieverluste durch Verschiebung des Arbeitspunktes aus dem MPP (Maximum- Power-Point) auftreten.

Bei dreiphasigen Geräten ist dieser Spannungsripple im Idealfall Null, in der Praxis tritt zumeist ein geringer Ripple mit der dreifachen oder sechsfachen Netzfrequenz auf. Der Plus- und der Minuspol des Solargenerators weisen gegenüber dem Erdpotenzial die Spannungen UPlus und UMinus auf. Diese Spannungen können nahezu reine Gleichspannungen sein, ihnen können aber auch größere sinus- oder rechteckförmige Wechselspannungen überlagert sein. Hierin liegen die größten Unterschiede zwischen den nachfolgend dargestellten Wechselrichtertopologien.

Allen Spannungen am Eingang sind weiterhin geringe hochfrequente Anteile überlagert. Diese resultieren überwiegend aus der Taktung der Leistungselektronik, weisen also z.B. Frequenzen von 16 kHz und einem Vielfachen davon auf. Hinzu kommen weitere hochfrequente Störspannungen aus geräteinternen Schaltnetzteilen sowie Prozessoren. Da die Wechselrichter auch auf der DCSeite (Direct Current) die einschlägigen EMV-Normen (Elektromagnetische Verträglichkeit) mit sehr niedrigen Grenzwerten (z. B. < 80 dBµV = 10 mV) einhalten müssen, ist davon auszugehen, dass diese hochfrequenten Anteile keinen Einfluss auf das Verhalten des angeschlossenen Solargenerators haben.

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