Beim dritten Auslegungs-Kriterium geht es um das Verhältnis der Peak-Leistung des Solargenerators – also der Leistung die dieser bei Standard Test Bedingungen liefert – im Verhältnis zur Wechselrichter Nennleistung auf der Wechselstromseite.
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Warum wählt man die Leistung des Wechselrichters nicht einfach genauso groß wie die Leistung des Solargenerators werden Sie sich sicher fragen… Was gibt es da groß auszulegen.
Prinzipiell macht man auch nichts falsch wenn man genau so vorgeht. Es ist jedoch durchaus üblich in der Photovoltaikbranche, dass man den Wechselrichter etwas schwächer dimensioniert als den Solargenerator. Wichtig zu wissen ist hierbei, dass man den Wechselrichter dadurch auch niemals zerstören kann. Man könnte zum Beispiel ohne weiteres einen 10 kWp Solargenerator an einen 3 kWp Wechselrichter anschließen. Der Wechselrichter würde dadurch zwar öfter mit seiner Nennleistung belastet, kaputt gehen darf er aber trotzdem nicht. Zerstören kann man einen Wechselrichter nur dadurch, dass man zu viele Solarmodule in Reihe schaltet. (siehe Kriterium 1) Die Unterdimensionierung macht aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten heraus durchaus Sinn. Betrachtet man die Leistung eines Solargenerators im Verlauf eines Tages, so kommt die Maximalleistung natürlich nur um die Mittagszeit herum vor (bei südl. ausgerichteten Modulen ) wenn der Winkel zwischen der Solarfläche und den Sonnenstrahlen möglichst steil ist. Je flacher der Sonnenstand wird, desto geringer ist auch die Leistung des Solargenerators. Der Wechselrichter benötigt seine maximale Leistungsfähigkeit daher nur um die Mittagszeit. Doch auch zu dieser Zeit kommt nicht immer die Maximalleistung, da diese ja nicht nur eine Einstrahlung von 1000W/m² erfordert, sondern auch eine Temperatur von nur 25°C. An einem schönen Sonnentag im Sommer werden aber locker Modultemperaturen bis zu 60°C und darüber erreicht, so dass auch bei voller Einstrahlung noch keine volle Wechselrichterleistung benötigt wird (Im Beispiel sind es noch nicht einmal 80%).
Die alles entscheidende Frage ist bei der Auslegung der Wechselrichternennleistung schließlich wie weit man die Wechselrichterleistung gegenüber der des Solargenerators verringern kann ohne eine signifikante Einbuße beim Energieertrag hinnehmen zu müssen. Hier hat dankenswerter Weise das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE eine umfangreiche Untersuchung angestellt, deren Ergebnisse man hier anschauen kann. Es wurde ein Diagramm berechnet, auf dem man sehen kann bei welcher Dachneigung und Dachausrichtung man den Wechselrichter um wie viel Prozent unterdimensionieren kann um über’s ganze Jahr gesehen nicht mehr als 0,5% des maximal möglichen Stromertrages zu verlieren.
Beispiel: Bei einem Dach mit einer Neigung von 15° und einer Ausrichtung von 120° (60° Südabweichung) kann man den Solargenerator um 25% größer dimensionieren als den Wechselrichter. (siehe Diagramm)
Es gibt also durchaus etwas Spielraum bei der Auslegung der Wechselrichter Nennleistung, zumal viele Wechselrichter auch kurzfristig für ein paar Minuten mal eine etwas höhere Leistung übertragen können (Die maximale AC-Wechselrichterleistung). Man sollte die Nutzung dieses Spielraumes jedoch nicht übertreiben.
Grundsätzlich gilt: Je geringer die Überdimensionierung des Solargenerators, desto geringer der Stress für den Wechselrichter wenn dann wirklich einmal die volle Leistung kommt. Wenn ein Wechselrichter weniger oft an seiner Leistungsgrenze arbeitet kann man auch von einer längeren Lebensdauer der Geräte ausgehen.
Im nächsten Beitrag lesen Sie was man sonst noch so bei der Wechselrichterauslegung beachten sollte…
Vielen Dank für den sehr informativen Artikel! Zum Thema Unterdimensionierung habe ich jedoch ein Frage: Bei Balkonsolar Wechselrichtern (Mikrowechselrichtern) schreiben die Hersteller schon sehr deutlich, was der maximale Eingangsstrom vom Modul sein darf. Bzw. wird bei einem 300 Watt Wechselrichter z.B. geschrieben “maximale Leistung 370 Watt). Ist das nur eine Vorsichtsmaßnahme der Hersteller oder ist es hier ev. wirklich begründet? Denn da bei Balkonsolaranlagen ja i.d.R. keine Einspeisevergütung stattfindet “lohnt” sich hier eine Überdimensionierung ja noch viel eher als bei EEG vergüteten Anlagen.
Auf den Punkt gebracht: Kann ein 300 Watt Microwechselrichter allein aufgrund des zu hohen Stroms kaputt gehen wenn ich bspw. zwei 370 Watt Module dranhänge?
Das hängt natürlich immer vom Gerät ab. Ein gut designter Wechselrichter kann aber nur durch eine zu hohe Spannung kaputt gehen, niemals durch einen zu hohen Strom. Der WR kann ja durch Einstellung einer etwas höheren Eingangsspannung immer dafür sorgen den Strom auf den maximal zulässigen Wert zu begrenzen. Mit anderen Worten: Der WR muss ja nicht mehr abnehmen auf der DC Seite als er kann. Er stellt den Solargenerator bei Überangebot einfach in einen Arbeitspunkt zwischen Leerlaufspannung und MPP Spannung (also nicht exakt auf den MPP) und reduziert dadurch den DC Strom.
Matthias Diehl
Hallo Herr Diehl,
auch von mir ein Lob über die sehr guten Beiträge! Vielen Dank! Hilft enorm…
In wieweit hängt denn dann der max. Kurzschlussstrom mit der o.g. Aussage zusammen?
Beispiel Modul: Max Arbeitsstrom Imp 12,98 A, max KurzschlussStrom 13,87A.
Beispiel Wechselrichter: Max Eingangsstrom 13 A, max Kurzschlussstrom 16,25.
Man schließt dabei ja nichts kurz?
Grundsätzlich passt das o.g. Beispiel von den Werten ja. Nur eine Parallelschaltung (bei recht hoher Verschattung) würde ja den Strom deutlich überschreiten.
Ihrer Aussage nach “nimmt” sich der WR nur das, was er kann… warum gibt es dann die o.g. Werte der WR Hersteller? Irgendwie finde ich dazu im Netz keine valide Aussage, mal abgesehen davon, daß wenn man ihn ständig am Limit betriebt, die Haltbarkeit aufgrund Temperatur ggf. leidet, klar. Aber direkt kaputtgehen sollte er doch nicht?
Vielleicht können Sie das noch einmal kurz verständlich erläutern.
Vielen Dank.
Michael Steffens
Hallo Herr Steffens,
ein Wechselrichter geht nur kaputt, wenn man ihm eine zu hohe Spannung anbietet. Eine zu große Leistung sollte immer dazu führen, dass das Gerät die Leistung selbst begrenzt, um sich vor Zerstörung zu schützen. Nun gibt es allerdings ständig neue Wechselrichterkonzepte und evtl. auch welche die nicht sehr clever sind. Im Zweifel sollte man sich immer das WR-Handbuch ansehen, um nähere Details zu erfahren.
Hallo Herr Diehl,
ja, korrekt. Es gibt auch eine Herstellererklärung dazu, die weist auf die Selbst-Regelung des WR bei Überschreiten des IDCmax hin. Verstanden.
Jedoch…der Begriff “max Kurzschlussstrom”… dieser sollte laut Erklärung nie überschritten werden, “um die elektrische Sicherheit und die Gültigkeit der Garantie nicht zu gefährden”.
Bedeutet das an der beispielhaft oben aufgeführten WR/Modulkombination, daß sich der IDC max auch zwischen 13 und 16,25 A befinden darf, der WR kann das regeln.
ÜBER 16,25A Generatorleistung kann dann ein Kurzschluss im WR entstehen?
Wo kommt der “Kurzschluss” her? Das habe ich noch nicht verstanden.
Und bei Parallelschaltung ist dieser Strom doch im Zweifel auf Generatorseite sogar 2x 13,87 A?
Hier hänge ich noch im Gesamtverständnis… 🙂
Danke und Grüße
Michael Steffens
Hallo,
verhält es sich bei Mikrowechselrichtern genau so? Hintergrund ist, dass ich bei meiner Anlage auf einen bestimmten Wechselrichter festgelegt bin (HM-600) und das Ding nun laut Datenblatt nur einen Eingangsstrom von maximal 2×11,5A verträgt. Bei fast allen interessanten Modulen liegt der maximale Strom (STC) aber etwas höher so um 11,8-12A und der maximale Kurzschlussstrom um 12,5A.
Entschuldige, wenn ich so dumm nachfrage, aber ich möchte halt keinen Bock einbauen der ständig die Mikrowechselrichter himmelt und am Ende gar den Austausch der Module erzwingt.
wenn es sich um einen vernünftigen Modulwechselrichter handelt, sollte das so sein. Ich möchte meine Hand aber nicht für alle am Markt befindlichen Modulwechselrichter ins Feuer legen.
Es gäbe nur ein Szenario, bei dem der WR den vollen Strom abbekommen könnte. Das wäre eine ISO Messung zu deren Zweck der WR den Eingang kurzschließt. Dies passiert aber normal morgens vor dem Zuschalten und da hat man in aller Regel eine geringe Einstrahlung und nicht Istc. Die Gefahr einer Zerstörung des Gerätes sollte also überschaubar gering sein.
Guten Tag Herr Diehl,
ich habe folgende Erklärung zu dem Thema gehört, kann aber nicht wirklich sagen ob diese zutrifft:
Normalerweise kann sich der Wechselrichter selbst gegen zu hohe Ströme schützen in dem er die Spannungslage erhöht und damit den Strom reduziert. Dieser Regelvorgang erfordert aber eine gewisse Zeit. Wurde die Sonne z. B. durch eine schnell wegziehende Wolke verdeckt kann der Strom dann bei plötzlich vollem Sonnenschein nicht schnell genug reduziert werden. Daher können dann Schäden bei Microwechselrichtern auftreten wenn man diese mit mehr Modulen als vorgesehen betreibt.
Bei der Größe des Marktes kenne ich mittlerweile nicht mehr jedes Wechselrichterdesign. Wenn dem so wäre, wäre es in jedem Fall ein schlechtes Wechselrichterdesign. Normal darf ein WR nicht zerstört werden, wenn der Solargenerator zu viel Leistung anbietet.
Hallo Herr Diehl,
bei meiner Pv-Anlage die jetzt 13 Jahre alt ist , ist bereits der vierte Wechselrichter verbaut.
Frage können dafür schlechte Isolationswerte verantwortlich sein. Diese treten des Öfteren in der kalten und nassen Jahreszeit auf.
ISO Fehler können dazu beitragen. Ich würde mir aber in erster Linie mal etwaige zu große Leiterschleifen der DC Verkabelung ansehen. Es wäre außerdem hilfreich zu wissen welche Fehler die Wechselrichter hatten.