Unterspielt Ihr PV-System? Eine Anleitung zur Anwendung und Konfiguration von Optimizern

In praktischen Anwendungen der photovoltaischen (PV) Stromerzeugung führen Probleme wie Schatten, unterschiedliche Modulorientierungen und Modulverschleiß oft zu einer Verringerung der Systemausgabe. Forschungen deuten an, dass Schatten zu einem Leistungsverlust von bis zu 70 % führen können (Quelle ① : NREL). Insbesondere wenn ein bestimmtes Modul beschattet ist, kann der Strom- und Leistungsabgang des gesamten Serienschaltkreises erheblich abnehmen. Hier kommen photovoltaische Optimierer ins Spiel. Sie passen den Ausgangsstrom der betroffenen Module durch interne DC-DC-Regelschaltungen an, um eine Strömungsausgleichung mit anderen Modulen zu erreichen und effektiv Ertragsverluste aufgrund von Missstimmungen zu reduzieren. Dieser Artikel wird die spezifischen Anwendungsanforderungen für photovoltaische Optimierer in bestehenden und neuen Installationen sowie die von ihnen bereitgestellten Lösungen im Detail darstellen.

Wichtige Maßnahmen zur Erhöhung der Ausgabe in bestehenden PV-Anlagen

Für betriebliche Photovoltaikanlagen ist die Nachrüstung mit Optimierern zweifellos eine entscheidende Upgrade-Strategie. Diese Technologie hebt nicht nur erheblich die Systemausgabe, sondern bietet auch starke Unterstützung für den langfristigen stabilen Betrieb der Anlage. Hier sind einige typische Anwendungsszenarien:

Nachrüstung alter Anlagen (ohne Modulersetzung) Einige ältere Anlagen, die schon seit vielen Jahren im Betrieb sind, erleben oft einen Rückgang der Ausgabe aufgrund des Modulalters, einer Leistungsabnahme und Änderungen in der Arbeitsumgebung. Laut Forschung kann die Stromerzeugungseffizienz alternder Module um bis zu 20 % abnehmen (Quelle ② : IEA), was zu erheblichen Missverhältnissen führt. Durch den Einbau von Optimierern kann dieses Problem nicht nur behoben werden, sondern auch die verlorene Erzeugung soweit wie möglich wiederhergestellt werden. Darüber hinaus ermögicht die Modul-Level-Überwachungsfunktion die Echtzeit-Überwachung der Modulleistung und ermöglicht die genaue Identifizierung problematischer Module, wodurch Zeit für Wartungsarbeiten eingespart wird.

Modernisierung alter Anlagen (vollständiger Modulaustausch) Typischerweise planen Anlagen, die vor 2018 gebaut wurden, alte Module durch die neuesten auszutauschen. Während dieses Austauschs können Änderungen in den Modulabmessungen zu Schatten (wie im Folgenden illustriert) führen, was zu Leistungsverlusten führt. Basierend auf Sheng Gaos Projekt-Erfahrung können Systeme, die Optimizer-Technologie nutzen, die Gesamtgenerierung bei Vorhandensein von Schatten erheblich verbessern, mit durchschnittlichen Zuwächsen von 15 % oder mehr.

Größere neue Module können zu einigen Schatten führen

Sanierung alter Anlagen (teilweiser Modulaustausch)  Mit der raschen Entwicklung der Modulherstellung stehen ältere Anlagen oft vor dem Problem, dass beschädigte Module ersetzt werden müssen, aber der ursprüngliche Hersteller diese Spezifikationen nicht mehr herstellt. Eine einfache Austauschung der beschädigten Module durch aktuelle Marktmodule kann zu Kompatibilitätsproblemen innerhalb der gleichen Modulserie führen. Um dieser Herausforderung zu begegnen, bietet sich die Modernisierung mit Optimizern als eine wirtschaftlichere und effektivere Lösung an, die Unvereinbarkeiten effektiv beseitigt und die Effizienz der Anlage gewährleistet.

Schattenminderung  Photovoltaikanlagen haben normalerweise eine Lebensdauer von bis zu 25 Jahren, in denen sich die umliegenden Umgebungen ändern können. Neu errichtete Gebäude, transplantierte Bäume oder zusätzliche Dachinstallationen können Schattierungsprobleme für die Photovoltaikmodule verursachen. In solchen Fällen ist die Anwendung von Optimizern besonders wichtig. Durch den Einsatz von Optimizertechnologie kann der Einfluss von Schatten auf die Systemausbeute erheblich reduziert werden und durch Schatten verursachte Verluste wieder wettgemacht werden.

Optimierungskonfigurationsempfehlungen für neue Installationen

Für Benutzer, die noch kein Photovoltaik-System installiert haben, ist das proaktive Konfigurieren von Optimierern von gleicher Bedeutung. Bereits in der ersten Planungs- und Designphase des Systems sollten Optimizer berücksichtigt werden, um von Anfang an hohe Effizienz, Stabilität und intelligente Stromerzeugungsfähigkeiten zu gewährleisten. Die folgenden Szenarien eignen sich besonders für die Installation von Photovoltaik-Optimizern:

Komplexe Dachstrukturen  Einer der wichtigsten Faktoren, die die Größe der Dach-Photovoltaik-Installation bestimmen, ist die Orientierung des Daches. Module in derselben Reihe, die in zwei verschiedene Richtungen ausgerichtet sind, können zu Leistungsverlusten führen. Photovoltaik-Optimierer ermöglichen es jedem Modul, unabhängig von anderen Modulen in derselben Reihe bei seinem maximalen Leistungspunkt zu arbeiten, wodurch die Nutzung des Dachraums maximiert wird.

Schattenprobleme  Schatten durch umliegende Dächer kann zu Stromerzeugungsverlusten in Photovoltaikanlagen führen. Selbst geringer Baumshadow oder Schatten von Freileitungen können die Gesamtleistung der Anlage erheblich beeinträchtigen. Photovoltaik-Optimierer nutzen MPPT (Maximum Power Point Tracking) auf Modulniveau, um beschattete Module unabhängig voneinander zu optimieren und damit die Gesamterzeugung der Anlage zu verbessern.

Variable Naturumgebungen Häufige Umwelteinflüsse wie Staubansammlung, Vogelscheiße und Schnee können ebenfalls stark die Ausbeute von Photovoltaikanlagen beeinträchtigen. Wenn sich Ihr Dach in einem Gebiet mit variablen natürlichen Bedingungen befindet, kann dies zu einer unterdurchschnittlichen Leistungserzeugung führen. Durch den Einsatz von Optimierern können diese Herausforderungen effektiv bewältigt werden und eine stabile Stromerzeugung gesichert werden.

Sicherheits- und Wartungsanforderungen Photovoltaik-Systeme erzeugen stetig Spannung, und Systeme, die bei Störungen oder Bränden keine Niederspannungs-Sicherheitstrennung durchführen können, bergen Sicherheitsrisiken. Photovoltaik-Optimierer können potenzielle Risiken durch modulübergreifendes Monitoring rechtzeitig erkennen und innerhalb von 15 Sekunden einen schnellen Abschaltvorgang durchführen, wodurch die Spannung auf sichere Niveaus reduziert wird und so die Sicherheit des Photovoltaik-Systems sowie der Wartungspersonal gewährleistet ist.

Zusammengefasst spielen Photovoltaik-Optimierer eine entscheidende Rolle bei der Steigerung der Ausbeute von Photovoltaik-Systemen, der Sicherstellung der Sicherheit und der Unterstützung bei der Wartung. Unabhängig davon, ob es sich um betriebene oder neue Photovoltaik-Anlagen handelt, ist ein Nachrüsten mit Optimierern in bestimmten Szenarien eine weise Entscheidung.

Quellen:

① NREL PV Leistung:  https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf 

② IEA Photovoltaik-Kraftwerksprogramm:  https://iea-pvps.org/