H5-Topologie ermöglicht Wirkungsgrad von über 98%

Für den Anlagenbetreiber rentabel

Dipl.-Ing. Joachim Laschinski, Forschung und Entwicklung Catrin Nähr, Redaktion Marketing

So wie der Spritverbrauch ein Entscheidungskriterium für den Autokauf darstellt, so wählt der Solarstromanlagen-Betreiber seinen Solarwechselrichter nach dem niedrigsten Energieverbrauch beziehungsweise dem besten Wirkungsgrad aus. Denn der Wirkungsgrad gibt an, wieviel Prozent des wertvollen Solarstroms als Energieertrag in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden und wieviel Prozent an Verlustleistung hauptsächlich in Form von Wärme entstehen.

Ein moderner Wechselrichter „verbraucht” derzeit zwischen 4% und 8% der aus dem Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom gewandelten Energiemenge, was einem Wirkungsgrad von 92 bis 96% entspricht. Eine Reduzierung dieses ohnehin schon niedrigen Energieverbrauchs ist eine große entwicklungstechnische Herausforderung, die durch eine Optimierung von Bauteileigenschaften alleine nicht mehr zu realisieren ist. Ein derartiger Schritt kann nur durch eine neue Konstruktionsidee erreicht werden.

Eine solche Idee hatte das Entwicklungsteam von SMA: Durch eine vollkommen neue Schaltung der Wechselrichterbrücke, der H5-Topologie, konnte die Abgabe des Stroms in das Netz so optimiert werden, dass erheblich weniger Verluste auftreten und erstmals ein Wirkungsgrad von über 98% erreicht wird.

DIE GRUNDFUNKTION EINES WECHSELRICHTERS

Die so genannte Brücke übernimmt die Grundfunktion eines Wechselrichters. Sie besteht normalerweise aus vier elektronischen Schaltern, die den Stromfl uss zwischen Ein- und Ausgang regeln. In einer graphischen Darstellung ähnelt diese Anordnung einem „H” und wird deshalb H- Brücke genannt. Diese elektronischen Schalter werden permanent mit einer sehr hohen Taktgeschwindigkeit geöffnet und geschlossen.

Geht der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom in den Wechselrichter ein, wird dieser zunächst in einem großen Kondensator zwischengespeichert, um kontinuierlich fließen und jederzeit die maximal mögliche Leistung nutzen zu können. Im weiteren Verlauf wird der Stromfluss durch das permanente Öffnen und Schließen der elektronischen Schalter ständig für kurze Zeit unterbrochen, so als würde der Gleichstrom „zerhackt” werden. Dementsprechend schwankt der Wechselrichter permanent zwischen zwei Zuständen: „Einspeisen” und „Nicht-Einspeisen” (Freilauf). Mit einer Drossel als Puffer am Ausgang des Wechselrichters wird aus diesem pulsierenden Gleichstrom ein sinusförmiger Wechselstrom. Nach diesem Prinzip funktionieren die meisten der heute auf dem Markt befindlichen Wechselrichter.

H5 SETZT NEUE MASSSTÄBE

Die H5-Topologie dagegen greift in diesen Ablauf ein. Der Grund dafür ist, dass es auch in dem kurzen Zeitraum, in dem die H-Brücke nicht leitet, zu einem Stromfluss kommt – allerdings in umgekehrter Richtung: weg vom Ausgang des Wechselrichters hin zum Kondensator. Um dieses Pendeln des Einspeisestroms zu verhindern und die damit verbundenen Umwandlungsverluste zu reduzieren, wurde ein neues Schaltkonzept, die H5-Topologie, entworfen.