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Mikro-Wechselrichter und Wechselstrom-Solarmodule: Die Zukunft der Solarenergie?


(Mikro-Wechselrichter sind nur eine Form der sogenannten „PLO“ – Panel Level Optimization.

Ursprünglich erzeugten Sonnenkollektoren Strom in Form von Gleichstrom (DC) – der gleichen Art von Strom, der auch in Batterien vorkommt.

Um diesen Strom für den Betrieb von Geräten oder den Anschluss an das Stromnetz nutzbar zu machen, musste er mithilfe eines großen Elektronikkastens, eines sogenannten Wechselrichters, in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden.

In netzgekoppelten Systemen wurden Solarmodule in Reihe geschaltet (sogenannte Strings), um Gleichstrom mit höherer Spannung zu erzeugen, was zur Reduzierung von Verlusten beiträgt. Allerdings verursachte dieser Ansatz auch einige Probleme.

Hier kommen Mikro-Wechselrichter ins Spiel.

Mikro-Wechselrichter

Ein Mikro-Wechselrichter ist im Wesentlichen ein miniaturisierter Wechselrichter, der so konzipiert ist, dass er mit einzelnen Solarmodulen und nicht mit einer Reihe von Modulen kompatibel ist.

Obwohl es sich nicht um ein neues Konzept handelte – sie erschienen erstmals Ende der 1990er-Jahre – hatten Mikro-Wechselrichter Probleme mit der Zuverlässigkeit und waren recht teuer. In den letzten Jahren erlebten sie jedoch ein Comeback und gewinnen deutlich an Bedeutung.

Es gibt weltweit mindestens 21 verschiedene Marken von Mikro-Wechselrichtern, aber Enphase ist in Australien bei weitem die am weitesten verbreitete Marke (und die einzige, die ich empfehlen würde).

So sieht einer dieser kleinen Kerle im Vergleich zu seiner herkömmlichen Alternative aus, einem großen und leistungsstarken String-Wechselrichter.

AC-Solarmodule

Ein AC-Solarpanel ist im Wesentlichen ein Solarpanel, das mit einem Mikro-Wechselrichter ausgestattet ist, der es ermöglicht, Wechselstrom anstelle von Gleichstrom zu erzeugen.

Ein typisches „Series String“-Array

Derzeit sind die meisten in Australien installierten Solarmodule auf diese Weise konfiguriert, mit einem einzigen großen Wechselrichter und einer hohen Gleichspannung. Wenn bei 600 V DC ein Lichtbogen entsteht, kann es zu einem Knall kommen! und möglicherweise ein Feuer (weshalb Sie bei den Installationskosten keine Kompromisse eingehen sollten).




Was ist gut an AC-Panels und Mikro-Wechselrichtern?

Es gibt eine Reihe von Komplexitäten, die durch die herkömmliche Art der Verbindung von Solarmodulen (in einer Reihenschaltung) verursacht werden und bei deren Bewältigung Mikro-Wechselrichter helfen können, darunter:


Hochspannungs-Gleichstrom

Hochspannungs-Gleichstrom, der von einem Reihen-Solarstromsystem erzeugt wird, kann die Gefahr von Lichtbögen bei sehr hohen Temperaturen und möglicherweise einem Brand bergen. Da Mikro-Wechselrichter in 240-V-Wechselstrom umwandeln, wird das Risiko dafür erheblich minimiert.


Schaltanlage

Hochspannungsgleichstrom erfordert relativ teure Schutzschalter und Sicherungen. Durch die Verwendung von Wechselstrom sind Schaltanlagen allgemeiner verfügbar und damit kostengünstiger.


Schattierung

Um das Ganze etwas unterhaltsamer zu machen, habe ich ein Video zusammengestellt, in dem es um Beschattung und Sonnenkollektoren geht. Wenn Sie keine besondere Lust haben, den Film anzusehen, können Sie ihn gerne überspringen und einfach die Zusammenfassung unten lesen.


Wenn Solarmodule in einer Reihe miteinander verbunden sind, kann die Beschattung nur eines von ihnen dramatische Auswirkungen auf das gesamte Array haben (ähnlich wie wenn man auf einem Schlauch steht).

Als Beispiel: Hier ist eine Reihe von 3 Solarmodulen, die an einen herkömmlichen Zentralwechselrichter angeschlossen sind. Eines der Paneele wurde von einem Vogel angekotzt, was die Leistung leicht um 50 % reduzieren könnte. Allerdings wird dadurch auch die Leistung aller anderen Panels um den gleichen Betrag reduziert: 


Da jedoch an jedem Solarpanel ein Mikrowechselrichter angebracht ist, sind die Ausgänge völlig unabhängig voneinander. Damit sich Vogelkot nur auf der verschmutzten Platte niederschlägt:



Nach Angaben des US-amerikanischen National Renewable Energy Laboratory kann dieser Effekt im Laufe eines Jahres bis zu 12 % mehr Energie liefern. 

Aber – Was über Jahre hinweg die konventionelle Denkweise war, muss im Zuge der Weiterentwicklung der String-Wechselrichter-Technologie möglicherweise überdacht werden. Bei einem Feldtest im Jahr 2021, bei dem ein Fronius Gen 24-Stringwechselrichter mit En*-Mikrowechselrichtern verglichen wurde, gab es kaum Unterschiede darin, wie beide mit unterschiedlichen Verschattungsstärken auf einem einzelnen Panel umgingen.

 

Es bleibt abzuwarten, ob sich diese Erkenntnis allgemein durchsetzen wird, aber ein Ende 2001 veröffentlichter Bericht über eine Studie über 200 Solarsysteme in Frankreich kam zu dem Schluss, dass Mikro-Wechselrichter keinen Leistungsvorteil gegenüber String-Wechselrichtern im Allgemeinen haben.

 

Nichtübereinstimmung der Solarmodule

Bei der Herstellung von Solarmodulen können aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügige Abweichungen in ihren elektrischen Eigenschaften auftreten. Dies führt zu einem Phänomen namens „Mismatch“, wenn Sie sie in einer Reihe verbinden. Mikro-Wechselrichter können sich jedoch an die individuellen Eigenschaften jedes Moduls anpassen und so diese Diskrepanz beseitigen.

 

Maximum Power Point Tracking

Unterschiedliche elektrische Eigenschaften jedes Panels führen auch zu unterschiedlichen Maximalleistungspunkten. Der Maximum Power Point ist der optimale Punkt, um einem Solarmodul die maximale Leistung zu entziehen, und an einzelne Module angeschlossene Mikrowechselrichter können diesen Punkt besser ansteuern.

 

Überwachung und Fehlersuche

Während die meisten Wechselrichter ein gewisses Maß an Überwachung und Fehlersuche bieten, können sie nur die kombinierte Leistung aller Module in einem Reihenstrang überwachen. Im Gegensatz dazu können Mikro-Wechselrichter jedes Panel einzeln überwachen, was eine schnellere und einfachere Identifizierung von Problemen ermöglicht.

 

Werkseitig montiert

Einige Hersteller von Solarmodulen montieren mittlerweile Mikro-Wechselrichter in der Fabrik und stellen so AC-Module her. Diese Montage in einer kontrollierten Umgebung kann Zeit und Geld sparen.

 

Redundanz

Fällt ein Reihen-Strangwechselrichter aus, stellt die gesamte Solaranlage die Stromproduktion ein. Sollte jedoch ein Mikro-Wechselrichter ausfallen, können die verbleibenden Einheiten weiter betrieben werden, was zu einem zuverlässigeren System führt.

 

Modularität

Bei Serien-Stringwechselrichtern ist die Anzahl der Module, die sie aufnehmen können, begrenzt, was es schwierig macht, später weitere Module hinzuzufügen. Im Gegensatz dazu können AC-Solarmodule problemlos hinzugefügt werden, da sie unabhängig voneinander sind. Allerdings kann das Hinzufügen einiger Module zu einem vorhandenen Array mit zusätzlichen Kosten verbunden sein.

 

Orientierung

In einer Reihenschaltung müssen alle Solarmodule in der gleichen Ausrichtung angeschlossen sein, um eine ordnungsgemäße Spannungsausrichtung zu gewährleisten. Wechselstrom-Solarmodule hingegen können in jede Richtung ausgerichtet werden, ohne den Betrieb anderer Module zu beeinträchtigen.

 

Nachteile von AC-Panels und Mikrowechselrichtern

Allerdings haben AC-Panels und Mikro-Wechselrichter auch einige Nachteile:

 

Zugänglichkeit des Daches

Im Falle einer Störung des Mikro-Wechselrichters muss jemand auf das Dach gehen, um ihn von der Unterseite des Solarpanels zu trennen. Dies erhöht den Zeit- und Kostenaufwand im Vergleich zur Entfernung eines Reihen-Strangwechselrichters von der Wand.

 

Wettereinflüsse

Auf dem Dach sind Mikro-Wechselrichter extremen Wetterbedingungen wie Hitze, Kälte und Feuchtigkeit ausgesetzt. Dies erfordert eine sorgfältige Konstruktion und den Einsatz robuster elektronischer Komponenten, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

 

Effizienz

Während sich Mikrowechselrichter verbessern, haben sie noch nicht den gleichen Wirkungsgrad wie Serien-Strangwechselrichter erreicht. Das bedeutet, dass sie möglicherweise nicht so viel Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln.

 

Preis

Mikro-Wechselrichtersysteme verursachen im Vergleich zu Systemen mit herkömmlichen String-Wechselrichtern in der Regel etwa 20–30 % höhere Kosten für eine Solarstromanlage.

 

Der BWN POWER-Mikrowechselrichter kann jedoch überall problemlos installiert werden. Es gibt keine Einschränkungen hinsichtlich des Installationsorts, es kann in jeder Ecke platziert werden und es ist nicht notwendig, es mit Photovoltaikmodulen zusammenzubauen. Der Mikro-Wechselrichter von Tentek kann die Energiespeicherfunktion für Privathaushalte realisieren, und auch der Umwandlungswirkungsgrad kommt dem herkömmlicher Wechselrichter nahe.

 

Wann ist ein AC-Solarpanel oder ein Mikro-Wechselrichter die bessere Wahl?

Wie Sie sehen, bieten AC-Solarmodule mit Mikrowechselrichtern eine Reihe von Vorteilen. Der häufigste Grund, warum Menschen sich für sie entscheiden, ist, dass sie über Beschattung verfügen oder unterschiedliche Ausrichtungen auf ihrem Dach benötigen, um den benötigten Strom zu erzeugen.

Immer mehr Menschen entscheiden sich auch für Mikro-Wechselrichter, weil sie bereit sind, einen Aufpreis zu zahlen, um Fehlanpassungen zu vermeiden, ihre Redundanz zu erhöhen und zukünftige Erweiterungen zu ermöglichen. Die anderen beschriebenen Vorteile verstärken die Argumente tendenziell und manche Leute lieben einfach die Idee, über die neueste/neueste Technologie zu verfügen.

Wenn Sie Verschattungen oder eine nicht optimale Ausrichtung haben, sind Mikro-Wechselrichter natürlich die ideale Wahl und könnten auf lange Sicht günstiger sein, weil sie mehr Energie produzieren.

Darüber hinaus sind Mikro-Wechselrichter eine persönliche Entscheidung darüber, wie viel Sie zu zahlen bereit sind, abgewogen im Verhältnis zu den zusätzlichen Funktionen und Vorteilen.

 

Wer verkauft AC-Solarmodule und Mikrowechselrichter?

 

Weltweit gibt es zahlreiche Hersteller, die Mikrowechselrichter anbieten. Darüber hinaus haben immer mehr Distributoren und Händler Zugang zu Mikro-Wechselrichtern und können diese auf verschiedenen Solarmodulen Ihrer Wahl installieren. Wenn Sie jedoch auf der Suche nach einem Mikro-Wechselrichter mit Speicherfunktion sind, bieten derzeit nur Enphase und BWN POWER solche Optionen an.

 

Das letzte Wort

 

Einige Leser haben sich erkundigt, ob Wechselstrom-Wechselrichter eine „Do-It-Yourself“-Option (DIY) sein können, und die Antwort lautet „Nein“, auch wenn sie dem nahe kommt. Da es sich um 240-V-Wechselstrom handelt, ist es dennoch erforderlich, einen zugelassenen Elektriker mit der Installation zu beauftragen, und für Rabatte oder Einspeisetarife (FITs) ist auch ein akkreditierter Installateur erforderlich.

 

Der Marktanteil von mit Mikro-Wechselrichtern ausgestatteten AC-Solarmodulen muss noch bestimmt werden, aber eines ist sicher: Sie lösen bestimmte komplexe Probleme effektiv und haben eine vielversprechende Zukunft. Wenn ihre Kosten weiter gesenkt werden können, könnten sie zur dominierenden Solarwechselrichtertechnologie werden und die großen Zentralwechselrichter ebenso überflüssig machen wie Großrechner auf dem großen Elektronikschrottplatz am Himmel.



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