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Analog Devices

Elektronikschaltungen in Solaranlagen - Anforderungen heute und in Zukunft

9. Februar 2011, 13:44 Uhr | Kai Rohm, Applikationsingenieur bei Analog Devices

Bild 1: Prinzip einer Solaranlage mit Umrichter

Auf Dächern von Gebäuden montierte PV-Anlagen und in Solarparks gebündelte Modulgruppen erzeugen künftig viel größere Leistungen als heute. Windstrom wird ebenfalls eine wichtige Rolle spielen. Die daraus resultierenden Herausforderungen sind nur mit innovativen Bauelementen zu meistern.

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Allgemeine Anforderungen an Photovoltaik-Anlagen

PV-Anlagen bestehen im Kern aus Solarzellen in Modulform und Wechselrichtern. Dabei generieren die Solarzellen durch photoelektrische Umwandlung der Sonneneinstrahlung eine Gleichspannung. Elektronische Wechselrichter erzeugen daraus eine Wechselspannung, welche zur Einspeisung in das öffentliche Netz geeignet ist. Die gesamte Elektronik in solchen energieerzeugenden Anlagen ist nach Sicherheitsaspekten zu entwickeln.

Die physikalischen Eigenschaften der Solarmodule bestimmen maßgeblich die Anforderungen an die Wechselrichter-Elektronik. Die maximal mögliche Abgabeleistung der PV-Module wird nur im optimalen Arbeitspunkt, Maximum Power Point (MPP) genannt, erreicht. Hierbei hängt die dem MPP zugehörige Arbeitsspannung hauptsächlich von der Einstrahlungsleistung ab.

Um verlustarm und wirtschaftlich die erzeugte Solarleistung zu sammeln, werden Solarmodule in großen Anlagen in Serie in gleichlangen so genannten Strängen zusammengeschaltet. Im Idealfall liefern dabei alle Stränge dieselbe Gleichspannung.

Allerdings sind exakt gleiche Strangspannungen in der Praxis schon aufgrund der unvermeidlichen Fertigungsstreuungen nicht zu erreichen. Außerdem hängt die abgegebene Spannung der Stränge von Temperatur und Sonneneinstrahlung ab. Unterschiedliche Betriebstemperaturen und Einstrahlung, teilweises Verschatten oder Verschmutzen einzelner Stränge sowie unterschiedliche Zuleitungswiderstände führen zu voneinander abweichende Strang-Spannungen, dem so genannten Mismatching.