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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

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Grundkonzepte für große Solaranlagen

In Anlagen mit Zentralwechselrichter werden sämtliche Stränge parallel geschaltet und speisen einen einzigen großen Wechselrichter. Vorteilhaft ist hierbei, dass große Wechselrichter einen guten Wirkungsgrad bei geringen spezifischen Kosten aufweisen. Bedingt durch das oben bereits erwähnte Mismatching wird bei Anlagen mit Zentralwechselrichter im oberen Leistungsbereich in der Praxis nur 97%-99% der theoretisch möglichen Anlageneffizienz erreicht. Bei abnehmender PV-Generatorleistung verringern zusätzlich die Leerlaufverluste des Wechselrichters die Anlageneffizienz.

Die Mismatching-Verluste beim Zentralwechselrichter werden bei der Strang-Technik großenteils vermieden. Die Stränge werden hier nach gemessener Abgabespannung zu Gruppen vorsortiert. Den einzelnen Gruppen, gebildet aus beispielsweise 4 Strängen, wird jeweils ein eigener Wechselrichter zugeordnet. Hierdurch steigt der Wirkungsgrad im oberen Leistungsbereich. Die Anlagenverfügbarkeit bei Strang-Wechselrichtern ist höher, da im eventuellen Fehlerfall nicht die gesamte Anlage, sondern nur eine Gruppe ausfällt. Die Leerlaufverluste sind allerdings etwas höher als beim Zentralwechselrichter.

Abgeleitete Wechselrichterkonzepte

Deutliche Verbesserungen der Gesamtleistungsausbeute von PV-Anlagen bringen insbesondere das aus den beiden zuvor beschriebenen Grundkonzepten abgeleitete Master-Slave Konzept und der Team-Betrieb.

Beim Master-Slave Konzept werden, wie beim System mit Zentralwechselrichter, alle Stränge gebündelt. Allerdings arbeiten mehrere kleinere Wechselrichter im Parallelbetrieb. Einer der Wechselrichter arbeitet als Master und steuert die Zuschaltung der restlichen Wechselrichter. Je nach Eingangsleistung werden nur so viele Wechselrichter betrieben, wie zur Umrichtung der Gesamtleistung erforderlich sind. Die Leerlaufverluste der nicht benötigten Wechselrichter werden so vermieden. Dies verbessert deutlich den Anlagenwirkungsgrad im Teillastbereich (< 50% der Nennleistung). Die Mismatching-Verluste verringern im oberen Lastbereich beim Master-Slave-Konzept sowie beim Zentralwechselrichter die maximale Effizienz.
Im Team-Betrieb werden die Vorteile des Strang- und des Master-Slave-Konzeptes vereint. Bei Volllast arbeitet das System in Strang-Technik. Bei abnehmender Leistung werden zunehmend Stränge auf weniger Wechselrichter gebündelt, die noch jeweils unabhängig auf den MPP regeln. Bei weiter abnehmender Last bleibt zuletzt nur ein einziger aktiver Wechselrichter übrig, welcher dann als Zentralwechselrichter arbeitet. Der Anlagenwirkungsgrad bei Volllast wird im Team-Betrieb nur unmerklich durch Mismatching verringert. Darüber hinaus kann in praktischen Anlagen bis herunter zu PV-Generatorleistungen von nur 0,5-Prozent-Nennlast ein beachtlicher Gesamtwirkungsgrad von über 94 Prozent gehalten werden [1].