Die korrekte Auslegung von Wechselrichtern ist ein entscheidender Schritt bei der Planung von Photovoltaik-(PV-)Anlagen. Wechselrichter wandeln den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um, der dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder für den Eigenverbrauch genutzt werden kann. Eine sorgfältige Berechnung der Wechselrichter-Auslegung ist notwendig, um eine hohe Effizienz und optimale Performance der PV-Anlage zu gewährleisten. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Einblick in die Faktoren, die bei der Dimensionierung von Wechselrichtern zu berücksichtigen sind, und erläutert die notwendigen Berechnungen.
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Ergebnisse:
Generatorleistung der Module:
Spannungsbereich mindestens:
Spannungsbereich höchstens:
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Faktoren bei der Auslegung von Wechselrichtern
Die Auslegung von Wechselrichtern für PV-Anlagen ist ein komplexer Prozess, der eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigen muss. Die korrekte Berechnung der Nennleistung, des Spannungsbereichs, des Temperaturkoeffizienten und des Wirkungsgrades sind entscheidend für die Effizienz und Leistung der gesamten Anlage.
AC/DC Nennleistung
Die AC/DC Nennleistung gibt an, wie viel Leistung der Wechselrichter maximal von DC in AC umwandeln kann. Die Auswahl der richtigen Nennleistung ist essentiell, um eine Über- oder Unterdimensionierung zu vermeiden.
Spannungsbereich
Der Spannungsbereich des Wechselrichters muss zu den Spannungen der Solarmodule passen. Eine korrekte Spannungsauslegung gewährleistet, dass der Wechselrichter effizient arbeitet und die maximale Leistung der Solarmodule nutzen kann.
Temperaturkoeffizient
Die Leistung von Solarmodulen und Wechselrichtern ist temperaturabhängig. Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie sich die Leistung mit der Temperatur verändert. Dieser Faktor muss bei der Auslegung berücksichtigt werden, um die Anlage für alle klimatischen Bedingungen optimal zu dimensionieren. Besonders wichtig: Bei Kälte steigt die Spannung der Module. Die Leerlaufspannung an einem kalten, klaren Wintermorgen ist der höchste Wert, den der Wechselrichter aushalten muss. Liegt sie über seiner maximalen DC-Eingangsspannung, kann er beschädigt werden.
Wechselrichter-Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters beschreibt, welcher Anteil der DC-Leistung effektiv in AC-Leistung umgewandelt wird. Ein hoher Wirkungsgrad ist wünschenswert, da dies die Effizienz der Gesamtanlage erhöht.
Berechnungsbeispiele
1. Bestimmung der AC/DC Nennleistung
Gegeben: 10 Solarmodule mit je 350 Watt Leistung
Berechnung: Gesamtleistung = Anzahl der Module * Leistung pro Modul = 10 * 350W = 3500W
Die AC-Nennleistung des Wechselrichters muss nicht mindestens so groß sein wie die Modulleistung. Weil die Module ihre Nennleistung in der Praxis selten erreichen, wählen Planer die Wechselrichterleistung oft gleich oder etwas kleiner als die Modulleistung, im Beispiel also bis zu 3.500 W. Das passende Verhältnis hängt von Ausrichtung, Neigung und den Herstellerangaben des Wechselrichters ab.
2. Ermittlung des Spannungsbereichs
Gegeben: 10 Solarmodule in Reihe (ein Strang), MPP-Spannung je Modul im Betrieb zwischen 29 V und 36 V
Berechnung:
- Untere Grenze = Anzahl der Module * niedrigster Spannungsbereich = 10 * 29V = 290V
- Obere Grenze = Anzahl der Module * höchster Spannungsbereich = 10 * 36V = 360V
Entscheidend sind zwei Werte: Die MPP-Spannung des Strangs (hier 290 bis 360 V) muss im MPP-Bereich des Wechselrichters liegen, und die Leerlaufspannung aller Module bei der tiefsten erwarteten Temperatur muss unter der maximalen DC-Eingangsspannung des Wechselrichters bleiben. Die Leerlaufspannung liegt immer über der MPP-Spannung; sie steht im Datenblatt des Moduls und wird im nächsten Schritt für Kälte hochgerechnet.
3. Berücksichtigung des Temperaturkoeffizienten
Die Berechnung des Einflusses des Temperaturkoeffizienten erfordert die Kenntnis der maximalen und minimalen Umgebungstemperaturen. Eine genaue Berechnung berücksichtigt die Änderungen der Modulspannung und -leistung in Abhängigkeit von der Temperatur. Ein Rechenbeispiel mit angenommenen Datenblattwerten: Leerlaufspannung 40 V je Modul bei 25 °C, Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung -0,3 % je Kelvin, tiefste angesetzte Temperatur -10 °C. Das sind 35 Kelvin unter 25 °C, die Spannung steigt also um 35 × 0,3 % = 10,5 %. Je Modul ergibt das 40 V × 1,105 = 44,2 V, für den Strang aus 10 Modulen 442 V. Die maximale DC-Eingangsspannung des Wechselrichters muss über diesem Wert liegen. Welche Mindesttemperatur für Ihren Standort angesetzt wird und welche Werte Ihre Module tatsächlich haben, legt der Fachbetrieb bei der Planung fest.
4. Einbeziehung des Wechselrichter-Wirkungsgrades
Angenommen: Der Wirkungsgrad des Wechselrichters beträgt 96%.
Berechnung: AC-Leistung = DC-Leistung × Wirkungsgrad = 1.000 W × 0,96 = 960 W
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