Wir haben uns im Artikel Moduloptimierer - Was bringen die eigentlich? bereits angesehen was Moduloptimierer eigentlich machen. Wir haben aber auch festgestellt, dass es verschiedene Hersteller mit unterschiedlichen Techniken gibt. Die beiden gängigsten Hersteller für Leistungsoptimierer sind aktuell auf jeden Fall SolarEdge und Tigo. Wir sehen uns von beiden Herstellern die Optimierer mal genauer an.
Bevor wir mit den beiden starten, möchte ich als Beispiel noch kurz die Funktion einer Anlage ohne Leistungsoptimierer erklären. So fällt es uns anschließend leichter die Unterschiede zu erkennen.
Strangwechselrichter ohne Leistungsoptmierer
Hier wird der Modulstrang am Eingang des Wechselrichter angeschlossen. Der Wechselrichter macht ein MPP Tracking und sucht sich zu jedem Zeitpunkt den besten Arbeitspunkt des gesamten Strangs raus. Kommt es zu einer Verschattung, fällt der erzeugte Strom ab und die Leistunng wird weniger.
Das Verschattungsmanagement im Wechselrichter versucht trotz Verschattung den optimalen Arbeitspunkt zu finden. Das klappt meist ganz gut, es kann dabei aber auch zu größeren Leistungseinbrüchen kommen, da einzelne Module verschattet sein können aber der Wechselrichter nur auf Strang-Ebene regeln kann.
Bei optimaler Einstrahlung ist ein Strangwechselrichter ohne Optimierer sicherlich am effektivsten. Bei Verschattung hat dieser allerdings Nachteile, da dieser nicht wie die Modulopmierer auf Modul-Ebene regelt. Bei leichten Verschattungen ist das meist kein Problem, die kann der Wechselrichter alleine gut kompensieren. Anders sieht das bei starken und lang anhaltenden Verschattungen aus oder wenn Module unterschiedlicher Ausrichtungen im selben Strang hängen.
Grafik: Fronius.com
Leistungsoptimierer SolarEdge P-Serie
Bei einem optimierten System von SolarEdge benötigt jedes PV Modul einen Optimierer. Diese sind bereits mit dem SolarEdge Wechselrichter abgestimmt. Ein Wechselrichter eines anderen Herstellers kann hier nur schwierig werden, denn anders als beim traditionellen Strangwechselrichter macht auch das MPP Tracking bereits der Leistungsoptimierer. Zudem der im Optimierer eingebaute DCDC Wandler, der sich anders als beim klassischen Fall, nicht im Wechselrichter befindet.
Die Leistungsoptimierer stellen automatisch eine feste Strangspannung bereit. So können auch Module, die verschattet sind oder eine andere Ausrichtung haben im selben Strang verschaltet werden. Der Wechselrichter muss dann den bereits angepassten Gleichstrom dann nur noch in nutzbaren Wechselstrom umwandeln.
Grafik: solaredge.com
Die SolarEdge Optimierer bringen zudem die SafeDC Funktion mit. Wird der Wechselrichter oder das Netz abgeschaltet, schalten die Optimierer den Gleichstrom bereits am Modul ab.
Jedes PV Modul wird von dem angeschlossenen Optimierer aufgezeichnet und kann somit auch visualisiert werden. Man kann die erzeugte Leistung eines jeden Moduls anzeigen lassen.
Neben den Vorteilen, die hier aufgezählt wurden, geht auch gleich mal ein großer Nachteil hervor. Man ist, wenn man nicht zusätzlichen Aufwand auf sich nimmt, daran gebunden hier sowohl die Optimierer als auch den Wechselrichter vom selben Hersteller zu verwenden was das System besonders auf lange Sicht gesehen recht unflexibel macht.
Was die Performance in der Praxis angeht, haben wir davon noch nicht so viel gehört.
Dazu hier mehr: Moduloptimierer: SolarEdge im Fokus
Leistungsoptimierer Tigo TS4-Serie
Bei einem System mit Tigo ist es, anders als bei SolarEdge, nicht unbedingt notwendig, dass alle Module mit einem Optimierer ausgestattet werden. Die Tigo können zudem auch mit jedem beliebigen Wechselrichter verwendet werden.
Grund dafür ist, dass das MPP Tracking hier weiterhin der Wechselrichter macht. Die Tigo Optimierer besitzen keinen eigenen DCDC Wandler sondern passen den Artbeitspunkt der einzelnen Module per Impedanzmessung an. Aus diesem Grund ist es auch ausreichend wenn nur verschattete Module oder die Module mit einer anderen Ausrichtung mit einem Optimierer ausgestattet werden.
Die Elektronik im Optimierer erfasst Spannung, Stromstärke und Temperatur des PV-Modules. Diese Werte werden über ein Gateway an die zentrale Recheneinheit übertragen. Die Recheneinheit ermittelt die Arbeitskurve und schickt die Anforderung für den optimalen Arbeitspunkt der einzelnen Module an die Optimierer zurück.
Dabei wird jedem Modul eine virtuelle Impedanz vorgegeben, die der internen Impedanz des jeweiligen Moduls entspricht. Da das Anlegen eines ohmschen Widerstandes zum Leistungsverlust führen würde, implementiert der Schaltkreis die Impedanz durch die Kombination eines Feldeffektivtransistors (FET) und eines kleinen Kondensators.
So wird ein “Stromtunnel”, erzeugt, dass jedes Modul mit seinem optimalen Strom- und Spannungswert arbeiten kann, ohne dass der optimale Stringstrom beeinträchtigt wird.
I modul + I tunnel = I mp (String)
Der Stringstrom bleibt auf dem Arbeitspunkt, der von den leistungsfähigsten Modulen des Strings unterstützt wird, und der Wechselrichter empfängt vom gesamten Modulstrang eine normalisierte I-V-Kurve ohne lokale Maxima für ein genaues MPP Tracking.
Module, die verschattet sind oder eine andere Ausrichtung haben, wirken sich somit also nicht negativ auf den restlichen Strang aus und die Optimierer an diesen Modulen versuchen pro Modul den bestmöglichen Arbeitspunkt zu halten.
Grafik: tigoenergy.com
Auch die Tigo können die Leistungen der einzelnen Module aufzeichnen und visualisieren. Im Bedarfsfall kann der Gleichstrom auch direkt bei den Modulen per Schnellabschaltung getrennt werden.
Soviel zur Technik dahinter Wie sich diese in der Praxis präsentieren, ist natürlich die andere Frage. Auch dazu sollen weitere Beispiele genaueres zeigen.
Wir haben nun also neben dem klassischen Strangwechselrichter zwei Systeme mit Optimierern kennen gelernt. Was man mit Sicherheit sagen kann. Die besten Erträge erzielt man auf jeden Fall mit einem gut geplanten System, optimaler Ausrichtung ohne Verschattung und ohne Moduloptimierer. In so einem System schafft die zusätzliche Elektronik an den Modulen kaum einen Mehrwert.
Hat man aber aufgrund der Gegebenheiten vor Ort verschattete oder anders ausgerichtete Module, können Leistungsoptmierer durchaus sinnvoll sein. Wir haben die Technik hinter den Systemen von SolarEdge und Tigo etwas genauer kennen gelernt - wie sich diese in der Praxis geben, ist aber viel interessanter. Dazu gibts bald mehr.
