PV-Moduloptimierer so überflüssig wie Kühlschränke am Nordpol
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.
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.
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.
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.
Guten Tag,
Wo kann man diese Studie durchlesen? Habe zur Studie keinen Link gefunden.
Freundliche Grüsse
B.
Hallo Herr Cespedes,
Details zur Studie und viele weitere Informationen zum Thema finden Sie in unserem Whitepaper.
Beste Grüße
C. Keim
Hallo, ich möchte 15 Module in 3 Reihen bauen.
ist es möglich in der unteren Reihe 5 Optimierer einzubauen und in den 2 oberen reihen keine?
(alle 15 Module in Reihe geschaltet)
Hallo Herr Leusche,
bitte wenden Sie sich mit Ihrem Anliegen direkt an den SMA Service, vielen Dank.
Beste Grüße
C. Keim
Da wir ein Walmdach mit mehreren Dachfenstern haben, können wir eine ausreichende Zahl von Modulen nur unter Verwendung von 3 Dachseiten installieren (Nordost 6 Module, Südost 5 Module, Südwest 6 Module). Zusätzliche Verschattungen der 3 Dachseiten sind nicht vorhanden.
Ein von uns angesprochener Solateur empfiehlt wegen der unterschiedlichen Himmelsrichtungen, alle Module mit Leistungsoptimierern zu versehen und in einem String zu montieren.
Ist Shadefix auch in der Lage, so eine komplizierte Anordnung auch ohne Leistungsoptimierer zu optimieren?
Hallo Herr Jaburg,
SMA ShadeFix leistet eine ähnliche Unterstützung wie die von Ihrem Installateur empfohlenen Moduloptimierer. In einer unverschatteten Anlage sind keine Moduloptimierer erforderlich. Auch bei einer möglichen zeitweisen Verschattung sind SMA Wechselrichter, die mit ShadeFix ausgestattet sind, die optimale Lösung.
Bei weiteren Fragen unterstützt Sie auch gern der SMA Service (aufgrund der SMA Betriebsruhe vom 27.12. – 01.01.2023 kann es hier ggfs. zu einer Verzögerung kommen). Vielen Dank für Ihr Verständnis und schöne Weihnachtstage!
Beste Grüße
C. Keim
Hallo Herr Jaburg,
unsere technischen Expert:innen haben sich Ihre Anfrage nochmal detailliert angeschaut:
Bei der von Ihnen beschriebenen Konstellation ist der Einsatz eines Wechselrichters mit 2 MPPT und einer Polystring-Verschaltung auf einem MPPT empfehlenswert. Modul-Optimierer sind nicht notwendig.
Durch 2 MPPT und Polystring-Technology, zusammen mit SMA Shadefix für einen optimalen MPP, können Anlagen mit der von Ihnen beschriebenen Ausrichtung sehr gut ausgelegt werden.
Ausführliche Informationen zur Anlagenauslegung erhalten Sie per Mail.
Beste Grüße
C. Keim
Herr Hannes sollte seine Software unbedingt auf den Straßenverkehr portieren. Offensichtlich hat SMA die Software, mit der sich die Stauprobleme in Baustellen und anderen Nadelöhren lösen lassen, ohne das dafür Straßenverbreiterungen oder Entlastungsstraßen gebaut werden müssen. Denn genau das machen Moduloptimierer in der oben beschriebenen Verschattungssituation.
Hallo Herr Rinsche,
erstmal danke für den kreativen Vorschlag.
Durch die in jedem PV-Modul integrierten Bypassdioden sind diese für möglicherweise auftretende „Staus“ durch Verschattung im „Elektronenverkehr“ bereits ab Werk mit „Umgehungsstraßen“ ausgestattet.
SMA Shadefix regelt entsprechend intelligent per Software den „Verkehr“ – ohne zusätzliche „Straßenverbreiterungen“ oder „Entlastungsstraßen“.
Das ist vergleichbar mit modernen Verkehrsleitsystemen und aktuellen Navigationsgeräten.
Beste Grüße
C. Keim
Inzwischen konnte ich den Ertrag mit und ohne Optimierer vergleichen: Bei reinem Streulicht bringen sie – wie erwartet – nichts, bei Sonnenschein (und einer Installation mit durchaus herausfordernden Verschattungen) dafür etwa 50% mehr Ertrag. Solange man seinen Strom auch an sonnigen Tagen selbst verbrauchen kann, rechnen sie sich also.
Hallo was ist denn wenn ein Pv Modul defekt ist? Bekommt das Shadefix auch hin? Das defekte Modul hat Auswirkungen auf den ganzen String. Wäre mit Leistungsoptimierer nicht der Fall.
Hallo Christian,
bei einem schadhaften Modul sind viele Einflussfaktoren zu beachten, der Begriff „defekt“ muss deshalb genauer definiert werden.
Eine Fehlerursache kann u.U. darin liegen, dass es am selben MPP noch einen weiteren String gibt, durch den dann Rückströme entstehen.
Liegt z.B. ein Glasbruch vor, kann der Wechselrichter ggfs. bei Feuchtigkeit ermessen, dass die Isolation nicht stimmt.
SMA ShadeFix ist eine patentierte und integrierte Wechselrichter-Software, die den Ertrag von Photovoltaikanlagen in jeder Situation optimiert – auch bei Verschattung.
Ausführliche Informationen gibt’s auf unserer Produktseite.
Sonnige Grüße
Christiane
Hallo ich möchte einen Photovoltaik Anlage mit den Wechselrichter SMA Sunny Triptower 10.0 Smart Energy kaufen Unser Haus hat eine Süd/Ost Lage und ist Teilverschattet duerch hohe Bäume aber nicht den ganzen Tag. Brauche ich dann Leistungsoptimierer für die ganze Fläche oder brauche ich garkeine
Hallo Herr Sternberg
SMA bietet keine Leistungsoptimierer für PV-Module an.
Bitte wenden Sie sich daher zur weiteren Abstimmung an Ihren Installateur, der Sie bei der Anlagenplanung vor Ort auch am besten unterstützen und beraten kann.
Wenn Sie einen Installateur suchen, können Sie sich gern an einen SMA Solar Partner in Ihrem Postleitzahlengebiet wenden.
Beste Grüße
C. Keim
Hallo,
wie sehen sie denn das Problem mit verschiedenen Neigungswinkeln des Dachs.
In meinem Beispiel ist es ein Westdach, dass ich mit 10 Modulen bestücken will. 6 davon hätten einen Winkel von ca. 40°, die anderen 4 nur etwa 25°.
Ich plane noch 2 zusätzliche Stränge, die haben dieses Problem nicht.
Würden Sie für die Module auf dem Westdach mit Moduloptimierern ausstatten?
mfg
Willi
Hallo Willi,
aus der Ferne ist es immer schwierig, pauschale Empfehlungen auszusprechen. Am besten wenden Sie sich diesbezüglich einmal an Ihren Installateur, er kann Ihnen da sicherlich eine Empfehlung unter Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten aussprechen.
Sonnige Grüße!
Danke für die Antwort.
Aber wie würden Sie den MPP Tracker von SMA bei 2 verschiedenen Dachschrägen, also 2 verschiedenen Einstrahlungswerten in einem Strang beurteilen?
Gibt es ein SMA Tool mit dem ich das simulieren kann? Ist ja eigentlich eine sehr konkrete Anwendung, zB 5 Module mit 800W Einstrahlung und 5 Module mit 600W Einstrahlung in einem Strang. Was macht der MPP Tracker?
Viele Grüße und vielen Dank
Hallo Willi,
sprich darauf am besten unsere Kollegen des Online Service Centers an. Diese helfen gerne weiter.
Sonnige Grüße!
Hallo,
da noch ein MPP-Tracker an meinem Sunny Boy 5.0-1AV-41 frei ist, soll dieser für eine Balkon-Photovoltaikanlage verwendet werden. Gemäß aktueller Planung würden sich 7 Module auf der Ostseite im 90 Grad-Winkel befinden, und weitere 4 Module auf der Südseite. Das ergibt eine Leerlaufspannung für den String von etwa 450V. Würden sie hierfür Leistungsoptimierer empfehlen oder ist das integrierte SMA ShadeFix vollkommen ausreichend für diese Anwendung?
Vielen Grüße,
Michael
Hallo Michael,
wir empfehlen keine Optimierer.
Die geplante Auslegung sollte ebenfalls nochmal überprüft werden.
Auf einen MPP-Tracker können 9 und 9 oder 4 und 4 Module verbaut werden.
Weitere Informationen zur Anlagenplanung gibt es hier.
Von der im Beitrag vorgeschlagenen Auslegung müssen wir in jedem Fall abraten.
Beste Grüße
Christiane
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
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
Was ist eigentlich der Unterschied zwischen global optic peak und shadefix?
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