PV-Moduloptimierer so überflüssig wie Kühlschränke am Nordpol

Hannes Knopf, Expert in Modern String Inverter Features Interview

Erträge in Solaranlagen clever optimieren, aber sicher! Beim Thema zusätzliche Modulelektronik versus schlankes Anlagendesign mit moderner Wechselrichter-Technologie ist Hannes Knopf ganz in seinem Element. Der Experte für integrierte Funktionen moderner String-Wechselrichter teilt sein Wissen: Warum stellen Moduloptimierer ein Sicherheitsrisiko dar? Und wie profitieren Betreiber und Installateur mit der integrierten Software SMA ShadeFix von mehr Wirtschaftlichkeit und Sicherheit?

 

Eine Studie hat unterschiedliche Technologien zur Ertragsoptimierung miteinander verglichen. Dabei schnitten die Hardware-Lösungen in Form von Moduloptimierern in den meisten Fällen schlechter ab als die softwarebasierte SMA Lösung. Woran liegt das?

Das liegt an einer Besonderheit der SMA String-Wechselrichter. Sie haben die patentierte Funktion SMA ShadeFix integriert. Und die sorgt automatisch dafür, dass Solaranlagen besonders viel Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln können. Auch in Verschattungssituationen. Dass das jetzt auch eine wissenschaftliche Studie belegt, freut mich besonders. Sie zeigt, dass Hardware-Lösungen zur Moduloptimierung nur in Ausnahmefällen, also bei sehr starker, dauerhafter Verschattung überhaupt einen zusätzlichen Ertrag bringen. Für die Mehrheit der PV-Anlagen sind Moduloptimierer jedoch so überflüssig wie Kühlschränke am Nordpol.

 

Solarerträge im Schatten. Das klingt schon ein wenig paradox. Wie funktioniert das?

Genaugenommen gibt’s die gar nicht. Zumindest sind sie in der Regel vernachlässigbar klein. Das liegt daran, dass die meisten Verschattungen auf Solarmodulen im Tagesverlauf nur temporär auftreten, etwa in den Morgen- und Abendstunden. Das sind beispielsweise Schatten durch Schornsteine, Dachgauben oder Bäume. Und genau hier punktet unsere Technologie. Denn sie ist darauf ausgelegt, dass der Wechselrichter auch bei Verschattung immer die maximale Leistung aus den Solarmodulen holen kann.
Das kann man sich in etwa so vorstellen: Die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen durch die Solarzellen im PV-Modul fließen, hängt von der Sonneneinstrahlung ab. In der Sonne bewegen sie sich sehr schnell, im Schatten sind sie hingegen sehr viel langsamer unterwegs. Dadurch entsteht im verschatteten Teil des Moduls sozusagen ein Elektronenstau. SMA ShadeFix umgeht genau diesen Teil des Moduls, in dem ohnehin kein nennenswerter Energieertrag zu erwarten ist. Die Software leitet die Elektronen direkt in den unverschatteten Teil weiter. Hier können sie sich mit normaler Geschwindigkeit fortbewegen. Das Ergebnis ist mehr Solarertrag.

Shading SMA

 

 

Modulelektronik soll für mehr Sicherheit in der Anlage sorgen. Deshalb schreiben einige Länder den Einsatz von Modulelektronik immer noch vor.

Die Diskussion um den Einsatz von Module Level Power Electronics, MLPE, zur Abschaltung auf Modulebene, dem sogenannten Rapid Shutdown, dreht sich um die Sicherheit von Einsatzkräften vor Ort. Etwa ein Feuerwehr-Einsatz an einer PV-Anlage. Sie vernachlässigt jedoch die Sicherheit der Installateure völlig. So kann die Rapid Shutdown Regelung in den USA und die damit verbundene Begrenzung der Spannung auf 80 Volt zu einer falschen Einschätzung der Sicherheitslage führen. Auch 80 Volt Spannung an den Solarmodulen sind immer noch gefährlich. Und wer versichert mir denn, dass das Rapid Shutdown nach 20 Jahren im Betrieb auf dem Dach oder im Brandfall überhaupt noch zuverlässig funktioniert? Gleichzeitig erhöht eine höhere Anzahl an Komponenten, insbesondere der Steckverbinder, das Brandrisiko an der Anlage. Außerdem lässt die verpflichtende Abschaltfunktion auf Modulebene völlig außer Acht, dass sich die Arbeitszeit der Installateure auf dem Dach durch die dafür nötigen Komponenten stark erhöht. Dadurch steigt auch ihr Unfallrisiko etwa durch einen Sturz vom Dach.

In Ländern, in denen eine Abschaltfunktion auf Modulebene Pflicht ist, setzen wir daher auf den SunSpec Rapid Shutdown Signal-Standard. Die Geräte und Komponenten sind nach dem SunSpec Rapid Shutdown Standard zertifiziert*. Sie benötigen keinen Spannungswandler im Leistungspfad der Modulelektronik, wodurch sich die Anzahl der elektronischen Komponenten auf dem Dach um mehr als die Hälfte reduziert. Die Zuverlässigkeit erhöht sich entsprechend. Das wiederum minimiert die Risiken für Einsatzkräfte und Installateure vor Ort.

 

Wozu braucht man heute überhaupt noch Moduloptimierer?

Gute Frage. Die Ergebnisse der Studie sind ja eindeutig. Wie gesagt, mehr Elektronik auf dem Dach erhöht den Installationsaufwand. Auch die Fehlerwahrscheinlichkeit und das Unfallrisiko steigen. Gleichzeitig erhöht eine höhere Komponentenanzahl, insbesondere der Steckverbinder, das Brandrisiko an der Anlage. Solarmodule verfügen üblicherweise über zwei DC-Steckverbinder. Für jedes hinzugefügte MLPE-Gerät werden vier zusätzliche Steckverbinder benötigt. Diese Verdreifachung der Kontaktstellen erhöht das Ausfall- und Brandrisiko. Zu den potenziellen Gefahrenquellen zählen unter anderem fehlerhaft montierte Steckverbinder, gelockerte Steckverbindungen und besonders auch nicht zueinander passende Steckverbinder unterschiedlicher Hersteller, sogenanntes „mismatching“.

Wenn allerdings ein Teil der Anlage sehr stark verschattet ist, könnte die selektive Verwendung eines Leistungsoptimierers sinnvoll sein. Zur wirtschaftlichen Anlagenplanung braucht es dann aber einen kompetenten Installateur. Und auch eine realistische Betrachtung, ob eine Solaranlage an der Stelle grundsätzlich sinnvoll ist. Denn es gibt nach wie vor noch keine Technologie, die aus Schatten Licht machen kann.

Beispiel_Plantage_SMA

Vergleich der Komponenten für eine typische gewerbliche Anlage mit 50 Kilowatt (kW) Leistung: In der SMA Systemlösung sind nur rund 2.000 Elektronikbauteile nötig, während es bei Verwendung von Moduloptimierern mehr als 60.000 Elektronikbauteile sind.

 

Maximale Energieerträge für den Kunden und maximale Sicherheit im Arbeitsumfeld der PV-Anlage. Wie bekommen Anlagenplaner das hin?

Die Lösung ist ein möglichst schlankes Anlagendesign. Denn das erfüllt genau die Grundanforderungen an eine PV-Anlage, nämlich maximale Sicherheitsanforderungen im Arbeitsumfeld der PV-Anlage bei einem gleichzeitig höchstmöglichen Energieertrag für den Betreiber. Deshalb integrieren wir relevante Features direkt in den Wechselrichter. Konkret optimieren die Software SMA ShadeFix und die Service- und Monitoring-Funktion SMA Smart Connected den Energieertrag über die gesamte Anlagenlebensdauer. SMA Smart Connected erkennt Fehler frühzeitig und meldet sie dem Installateur automatisch. Bei Bedarf fordert der integrierte Service sogar automatisch Ersatzgeräte an. Der Installateur spart wertvolle
Arbeitszeit, Anlagenbetreiber profitieren von reduzierten Ertragsverlusten.

 

Was, wenn man als Installateur oder Anlagenbetreiber bereits auf Moduloptimierer gesetzt hat?

Es ist bestimmt nicht wirtschaftlich, jetzt sämtliche Moduloptimierer in bestehenden Anlagen zu demontieren. Dann müssten die Installateure ja wieder rauf auf die Dächer – mit entsprechendem Arbeitsaufwand und einer erhöhten Unfallgefahr. Und schließlich trägt der Anlagenbetreiber dann die entsprechenden Kosten. Aber wenn ein Austausch der Optimierer ansteht, könnte eine Anlagenmodernisierung mit moderner Wechselrichter-Technologie eine sinnvolle Alternative sein. Bei SMA gibt es dafür spezielle Repowering-Angebote. Per App lässt sich herausfinden, welcher Wechselrichter am besten zur bestehenden Anlage passt.

 

Dein Tipp für alle Anlagenbetreiber oder solche, die es werden wollen?

Eine gute Beratung und zuverlässige Informationen im Vorfeld sind wichtig. Lasst euch nicht von ein wenig Schatten abschrecken.

 

*Die SunSpec Alliance ist ein Wirtschaftsverband von mehr als 100 Unternehmen der Solar- und Speicherbranche aus Nordamerika, Europa und Asien. Ihr Ziel sind einheitliche Normen für die Interoperabilität von „Plug-&-Play“-Systemen.

Zur Person

In seiner Funktion als Senior Expert Business & Portfolio Strategy treibt Hannes bei SMA
Lösungen zur Ertragsoptimierung und deren Implementierung in SMA Wechselrichtern voran. Zu den Steckenpferden des Master of Science und Diplom-Ingenieurs der Elektro- und Informationstechnik zählen dabei seine internationale Erfahrung und die ganzheitliche Betrachtung sicherheitsrelevanter Themen bezüglich des Einsatzes von Solartechnologien.

Ihr wollt mehr über den Vergleich von SMA ShadeFix mit Moduloptimierern wissen? Dann lest jetzt unser Whitepaper.

4 Kommentare
    • Anke Baars
      Anke Baars sagte:

      Hallo Hans,
      SMA ShadeFix basiert auf dem Verschattungsmanagement OptiTrac Global Peak. SMA legt auch künftig viel Wert auf die Weiterentwicklung integrierter Funktionen und ein schlankes Anlagendesign. Mit der Neupositionierung verschaffen wir der patentierten und integrierten Wechselrichter-Software nun die Aufmerksamkeit, die sie verdient hat.
      Viele Grüße,
      Anke

      Antworten
  1. Avatar
    Tobias sagte:

    Hallo,

    gibt es zwischenzeitlich auch Ergebnisse für Ost / West aufgeständerte Module – ich würde kommende Woche meine Anlage bestellen, und bin noch unsicher, ob ich zusätzliche Optimierer für die Solarmodule (LG Neon 2 bifacial, 405) mitbestellen soll, oder ob Shadefix vergleichbare Ergebnisse liefert.

    Viele Grüße

    Tobias

    Antworten
    • Anke Baars
      Anke Baars sagte:

      Hallo Tobias,
      vielen Dank für deine Anfrage.
      Grundsätzlich liefert SMA ShadeFix vergleichbare Ergebnisse wie Moduloptimierer. Bei einer unverschatteten Ost-/Westanlage sind Moduloptimierer daher überflüssig. SMA Wechselrichter (evtl. mit mehreren MPP-Trackern) erzielen mit beiden Ausrichtungen optimale Ergebnisse. Es gibt auch Anlagen mit sogenannter Polystring-Konfiguration, in denen Strings aus Ost und West an einem MPP-Tracker angeschlossen sind.
      Auch bei einer temporären Verschattung sind Wechselrichter mit SMA ShadeFix die kosten-nutzen-orientiertere Lösung. Beachte auch: Mit der Anzahl der elektronischen Geräte im Feld erhöht sich auch die Ausfallwahrscheinlichkeit, und bei Moduloptimierern hast du eben gleich erheblich mehr Komponenten in der Anlage.
      Ich hoffe, das hilft dir weiter.
      Viele Grüße,
      Anke

      Antworten

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