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Microinverter, Optimierer, Maximierer

Ertragssteigerung auf Modulebene

7. Juni 2010, 16:33 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Tigo Energy

Wie die Vertreter anderen Firmen auch, beklagt Bernd Neuner, Direktor Business Development für Europa der 2007 in Los Gatos/Kalifornien gegründeten Tigo, die suboptimale Leistungsausbeute der bisherigen Photovoltaikanlagen. Das schwächste Panel im String und der schwächste String im Array bestimmen die gesamte Leistungsausbeute der Anlage. Dazu kommt die fehlende Transparenz: Was ist kaputt? Was wird produziert? Diese Fragen blieben in herkömmlichen PV-Anlagen meist unbeantwortet.

Deshalb hat Tigo versucht, zuerst einmal mehr Transparenz in die PV-Anlagen zu bringen. Spannungsüberwachung, Stromüberwachung und Temperatursensoren wurden in die Systeme integriert. Was Tigo dabei fand: Weil die Spannung aufgrund der sich ständig ändernden Umgebungsbedingungen schwankt, arbeitet kein Panel tatsächlich am optimalen Arbeitspunkt. Wirft eine vorbeiziehende Wolke Schatten, so bricht die Spannung der schwächsten Panels ein, die anderen Panels wollen sich anpassen und schwingen nun auch. Ergebnis ist insgesamt ein hoher Leistungsverlust.

Ein sicherlich für die meisten überraschendes Ergebnis: Ein Gefälle des Dachs von nur 1° in Ost-West-Richtung führt zu sehr hohen Spannungs-Schwankungen während des Sonnenauf- und -untergangs – und damit zu hohen Ausbeuteverlusten während dieser Zeiten. »Ein sehr kleiner Winkel kann eine sehr große Auswirkung auf die Energieausbeute des Systems haben«, so Neuner.

Die Konsequenz, die Tigo aus den Ergebnissen zieht: Intelligenz am Panel ist überhaupt nicht nötig, führt nur zu hohen Kosten und verringert die Zuverlässigkeit. Eine einfache Management-Unit am Panel reicht vollständig aus. »Das MPP-Tracking am Panel durchzuführen, bedeutet, mit Kanonen auf Spatzen zu schießen. Es ist nicht sinnvoll, die teure Intelligenz ans Panel zu bringen, die dann aufgrund der hohen Verlustleistung einen guten Teil des Gewinns wieder auffrisst«, so Neuner. Energy Module Maximizer nennt Tigo deshalb die eigenen Produkte. Sie liefern lediglich die Werte, die erforderlich sind, um den jeweils optimalen Arbeitspunkt für das Panel zu berechnen – die Berechnung geschieht in der Maximizer Management Unit. Die dort erzielten Ergebnisse werden dann sofort an die Energy Module Maximizer an den Panels zurückgesandt, die so immer am MPP arbeiten – ohne dass dazu das MPP-Tracking am Panel durchgeführt werden müsste. Die Kommunikation kann über Powerline oder drahtlos erfolgen. Auf der Maximizer Management Unit ist die Internet-Gateway integriert, die die Verbindung zur Tigo Energy analysis engine herstellt.

Das führe im Durchschnitt zu einer um 5 bis 8 Prozent besseren Energieausbeute für Freiflächenanlagen und einer um 20 Prozent besseren Ausbeute für PV-Anlagen auf dem Dach. »Und wir können jedes fehlerhafte Panel sofort erkennen«, so Neuner. Das gleiche gilt für unerwünschte Ereignisse – und sei es auch nur eine Frisbee-Scheibe, die auf dem Dach gelandet ist und für Verschattung sorgt.

Über die MaxiManager-Software können die Anwender auf sie zugeschnittene Interfaces konfigurieren und so die erzielte Leistungsausbeute fast in Echtzeit verfolgen – von jedem mit dem Internet verbundenen Geräte aus. Außerdem erhalten sie die in der Vergangenheit erzielten Ausbeuten. Die Analysis Engine vergleicht ständig die erwartete mit der tatsächlichen Ausbeute und schickt eine Warnung, falls die Anlage oder auch nur ein Panel vom erwarteten Wert abweicht.

Wie gesagt, in den Module Maximizers ist nur sehr wenig Elektronik integriert, im Wesentlichen die analogen Sensoren, die Leistungselektronik und die Kommunikations-ICs. Sie erreichen einen Wirkungsgrad von 99,5 Prozent »und zwar über die gesamte Zeit«. Das führt zu einer kleinen Bauform. Die Maximizer, die nicht höher sind als das Panel selber, lassen sich einfach integrieren. Weil nur wenige einfache Komponenten eingebaut sind, ist die Zuverlässigkeit hoch, die Einheiten produzieren wenig Verlustwärme, die man ja auf der Rückseite der Panels ganz und gar nicht haben will. Deshalb müssen sie nicht in teuren Metallgehäusen stecken, Plastikgehäuse ohne zusätzliche Kühlkörper reichen aus. Demnächst wird es auch Versionen geben, die sich in die Junction-Box des Panels integrieren lassen.

Und Neuner macht auf einen weiteren Aspekt aufmerksam: Tigo arbeitet mit allen Inverter-Herstellern zusammen, steht also nicht in Wettbewerb zu ihnen. In Deutschland beispielsweise besteht eine Kooperation mit Kaco, der Wechselrichterhersteller vertreibt die Maximizer-Systeme unter eigenen Namen mit dem Zusatz »Powered by Tigo«. Anders als SMA will KACO nicht selber in die Entwicklung solcher Geräte einsteigen. »Die Technik von Tigo sieht sehr vielversprechend aus, das Impedanz-Matching auf Modulebene erlaubt es, bis zu 1000 Module nicht nur zu überwachen, sondern auch so zu steuern, dass der String-Output unter den jeweils aktuellen Bedingungen optimiert wird. Das hat es so bisher nicht gegeben«, sagt Andreas Schlumberger, Leiter Marketing von KACO new energy.

Auch Tigo kann sich über mangelnden Zuspruch für den eigenen Ansatz nicht beklagen. Das Unternehmen liefert die Energy Module Maximizer seit 2009, zur Zeit rund 1 MW pro Monat. Was Neuner für die Zukunft optimistisch stimmt, sind nicht nur die Anlagen, die neu installiert werden, sondern auch die existierenden. Mit den Energy Module Maximizers lassen sich die Panels auch sehr kostengünstig nachrüsten. »Wir dürfen die existierenden Anlagen nicht aus dem Blick verlieren«, erklärt Neuner. Das Maximizer-System erlaube es, die PV-Anlagen sehr kostengünstig aufzurüsten, ohne etwa neue Kabel verlegen zu müssen.