7 Gründe warum man PV-Generatoren größer auslegen sollte

Einen PV-Generator überzudimensionieren bzw. den PV-Wechselrichter unterzudimensionieren, bedeutet, PV-Generatoren zu installieren, deren DC-Nennleistung unter Standardtestbedingungen größer ist als die AC-Ausgangsnennleistung des Wechselrichters.  Für Anlagenplaner eine wertvolle Hilfe, um die maximale Menge an Energie zu geringstmöglichen spezifischen Kosten zu liefern. Nachstehend findet ihr Gründe für die Installation überdimensionierter PV-Generatoren sowie wichtige Faktoren, die ihr dabei berücksichtigen  solltet.

1. Bessere Nutzung der AC-Leistung des Wechselrichters

Jedes PV-Modul hat Kennwerte, die uns nähere Informationen zum Betriebsverhalten geben. Die Werte für Leistung, Strom und Spannung werden dabei jeweils unter Standardtestbedingungen (STC) ermittelt. Diese gelten unter  folgenden Bedingungen :

• Modultemperatur 25º Celsius
• Astronomische Luftmasse 1,5
• Einstrahlung von 1000W/m² in Modulebene

Im praktischen Einsatz finden PV-Module nur selten solche Bedingungen vor. Die Betriebsbedingungen können je nach Tageszeit variieren und auch die Temperatur kann sich stark auf die Ausgangsleistung eines PV-Generators auswirken. Mit zunehmender Temperatur eines PV-Generators nimmt dessen Spannung und Leistung ab. In Zeiten maximale Sonneneinstrahlung wird die STC-Ausgangsleistung eines PV-Generators um 20-25 % vermindert ( „Derating“), weil die Anlage über 25 °C betrieben wird.  Ein 100 kWp-Generator würde an einem klaren, sonnigen Tag zur Mittagszeit nur etwa 77 kW generierenund damit um 23% weniger Leistung erbirngen, als es seiner Nennleistung entspricht!

Wenn wir davon ausgehen, dass ein PV-Generator nie seine gesamte Nennleistung erbringt, kann eine Anpassung des Wechselrichters an die typische Spitzenleistung der Anlage eine bessere Nutzung der AC-Ausgangskapazität des Wechselrichters ermöglichen.

2. Niedrigere spezifische Energiekosten

Ein überdimensionierter PV-Generator kann zu niedrigeren Energiekosten führen (weniger €/kWh). Zwar erhöht ein solcher Generator die Kosten für PV-Module und Gestelle. Da aber nicht unbedingt die Anzahl oder Nennleistung anderer Systemkomponenten erhöht werden muss, wird die dadurch größere Energieerzeugung bei geringeren €/kW-Installationskosten erzielt.  Dies ergibt wiederum niedrigere systemspezifische Energiekosten. Ein mit Sunny Design berechnetes Vergleichsbeispiel zeigt, dass die Überdimensionierung eines PV-Generators in Verbindung mit einem 5 kW-Wechselrichter den jährlichen Energieertrag des Systems um mehr als 28 % erhöhen kann, während die Gesamtinstallationskosten nur um ca. 10 % ansteigen.

3. Reduzierung der Wechselrichter-Kosten

Durch die Verwendung eines überdimensionierten PV-Generators kann der DC-Energieertrag der Anlage besser an die AC-Nennleistung des Wechselrichters angepasst werden. So kann ein Wechselrichter mit niedrigerem AC-Nennwert (somit mit geringeren Kosten) eingesetzt werden. In Folge verringern sich die relativen Kosten von Wechselrichtern im Vergleich zu den Gesamtsystemkosten.

4. Günstiger Energieertrag bei der Installation von Wechselrichtern an räumlich begrenzten Orten

Aufgrund von Einschränkungen durch den Besitzer oder die örtlich geltenden elektrischen Vorschriften müssen Wechselrichter manchmal an ganz bestimmten Orten installiert werden. Daher ist es manchmal nicht möglich, an einem Standort so viele Wechselrichter zu installieren, wie für ein ideal kalibriertes System nötig wären.  Hier kann ein überdimensionierter PV-Generator mit weniger Wechselrichtern fast den gleichen jährlichen Energieertrag erzielen. Die Berechnung mit Sunny Design zeigt, dass ein 100 kWp PV-Generator mit drei Sunny Tripower 25000TL-30 Wechselrichtern (75 kW Wechselrichter-Leistung) jährlich nur ca. 2 % weniger Energie erzeugen würde als der gleiche PV-Generator mit vier STP25000TL-30 Wechselrichtern (100 kW Wechselrichter-Leistung). Bei 25 % weniger Wechselrichter-Leistung reduziert sich der Energieertrag also nur um ca. 2 %.

5. Nutzen der tagsüber gewonnenen Energie für den Anlagenbesitzer maximieren

Ein Unternehmen, das zu normalen Geschäftszeiten tätig ist, kann die während des Tages generierte Energie je nach Bedarf unterschiedlich einsetzen. Der PV-Ertrag kann verwendet werden, um die hohen Tarife der Stromversorger zu Zeiten hoher Auslastung zu umgehen oder konstante Lasten beim Betrieb am Standort auszugleichen. Für solche Unternehmen kann ein überdimensionierter PV-Generator mehr Kostensicherheit bedeuten, insbesondere wenn die Preise von PV-Modulen auf dem Markt sehr gering sind. Bei einem überdimensionierten PV-Generator kann der Wechselrichter seine AC-Nennkapazität bereits früher am Tag erreichen und diese Leistung dann bis zum späten Nachmittag beibehalten. Dies wird im folgenden Diagramm dargestellt.

6. Bessere Übereinstimmung zwischen Wechselrichter und PV-Generator, falls ein Wechselrichter ersetzt werden muss

Fällt ein Wechselrichter nach Ablauf der Gewährleistungsfrist aus, ist es nicht immer möglich, ihn durch einen anderen Wechselrichter des gleichen Modells zu ersetzen. In solchen Fällen muss eventuell ein Wechselrichter mit anderer AC-Ausgangsleistung angeschafft und installiert werden.  Durch die Installation eines Wechselrichters mit niedrigerer AC-Ausgangsleistung könnte der bestehende PV-Generator besser an die Kapazität des Wechselrichters angepasst werden, während gleichzeitig die Wiederbeschaffungskosten für den Anlagenbesitzer minimiert werden.

7. Ost-/West-Generatoren bestmöglich nutzen

PV-Generatoren werden meist so installiert, dass der Energieertrag maximiert wird, d. h. sie werden in Richtung Äquator geneigt:in der nördlichen Hemisphäre nach Süden, in der südlichen nach Norden. Manchmal aber ist eine solch ideal ausgerichtete Modulfläche nicht so groß wie eine weniger ideale Modulfläche.  Ist die für Ost-/West-Ausrichtungen verfügbare Fläche größer, kann ein PV-Generator in einige nach Osten und einige nach Westen gerichtete Strings unterteilt werden.  Weil ein Ost-/West-Generator zu unterschiedlichen Tageszeiten Spitzenausgangsleistungen verzeichnet, kann dieser stark überdimensioniert werden (z. B. Installation von Ost/West-Generatoren, deren DC-Eingangsleistung jeweils einzeln der AC-Ausgangsleistung des Wechselrichters entspricht).  Wird die Größe eines Wechselrichters auf diese Weise festgelegt, kann ein insgesamt höherer Energieertrag und im Tagesbetrieb eine ausgeglichenere AC-Leistung erzielt werden.

WAS IHR BEI ÜBERDIMENSIONIERTEN PV-GENERATOREN BERÜCKSICHTIGEN SOLLTET

1.  Eingangsspannung des Wechselrichters

Der wichtigste Grenzwert, der bei SMA Wechselrichtern NIE überschritten werden darf, ist die maximal zulässige Eingangsspannung. Wechselrichter und ihre Komponenten sind für bestimmte Eingangsspannungsbereiche vorgesehen und eingestuft. Werden diese Werte überschritten, führt dies fast immer zum sofortigen Ausfall des Wechselrichters. Wird ein überdimensionierter PV-Generator installiert, muss darauf geachtet werden, dass die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters niemals überschritten wird.  Der Betriebsspannungsbereich des Maximum Power Point-Trackers muss ebenfalls berücksichtigt werden, um zu gewährleisten, dass der PV-Generator diesen Bereich nicht überschreitet. Liegt die PV-Generatorspannung außerhalb des MPP-Spannungsbereichs, kann der Wechselrichter die Systemleistung nicht maximieren.
Für die Planung von überdimensionierten PV-Generatoren ist Sunny Design das beste Auslegungstool: Es gibt Warnungen aus, wenn ein Design die kritischen Eingangsparameter eines Wechselrichters überschreitet.

 

2.  Wirkungsgrad und Wärmeerzeugung des Wechselrichters

Vereinfacht gesagt, verzeichnen Wechselrichter Effizienzverluste als Wärmeerzeugung. Je nach Ausgangsleistung haben Wechselrichter einen unterschiedlichen Wirkungsgrad.  Die nachstehende Beispielkurve zeigt, dass für einen STP25000TL-30 der Betrieb bei bestimmten Eingangsspannungswerten bei voller Nennausgangsleistung zwischen 0,5 und 1,0 % weniger effizient ist als bei 60 % oder 80 % Nennausgangsleistung. Das bedeutet, dass bei 100 % AC-Ausgangsleistung unter Umständen fast doppelt so viel Wärme erzeugt wird als bei 60 % oder 80 % AC-Ausgangsleistung. Bei einem überdimensionierten PV-Generator wird der Wechselrichter öfter im Bereich der AC-Nennausgangsleistung betrieben. Die damit höhere Wärmeerzeugung des Wechselrichters kann am Installationsort zu Problemen führen, insbesondere wenn der Wechselrichter in einem Anlagenraum o. ä. installiert wird, wo Belüftung und Wärmeableitung eventuell nur eingeschränkt vorhanden sind.

Zusammenfassung

Es gibt viele Gründe für die Installation eines überdimensionierten PV-Generators. Weil PV-Generatoren nur selten ihre Nennspitzenleistung erreichen, kann ein überdimensionierter PV-Generator die AC-Nennleistung eines Wechselrichters besser ausnutzen. Das führt zu geringeren Kosten pro Watt, was wiederum zu niedrigeren systemspezifischen Energiekosten führt (€/kWh). Bei überdimensionierten PV-Generatoren ist es wichtig, dass die kritischen Eingangsgrenzwerte eines Wechselrichters nicht überschritten werden. Sunny Design ist das perfekte Werkzeug, wenn ihr einen überdimensionierten PV-Generator plant. Haltet euch stets alle örtlich geltenden elektrischen Vorschriften ein und arbeitet nur mit angemessen qualifizierten Anlagenplanern und -installateuren.