Wenn an heißen Tagen plötzlich der Solarstrom-Ertrag einbricht

Solarzellen haben einen negativen Temperaturkoeffizienten und liefern daher bei hohen Temperaturen, wie sie derzeit in Deutschland herrschen eine deutlich niedrigere Spannung. Als Daumenwert kann man sich hier –2mV pro Solarzelle pro °C merken. In solchen Extremsituationen können dann Auslegungsfehler des Systems in Erscheinung treten, die an kühlen Tagen völlig unbemerkt bleiben. Wenn die eigene Photovoltaikanlage über eine Datenüberwachung verfügt, kann man schnell rausfinden, ob eine solche Fehlauslegung vorliegt.

Im Zusammenhang mit der Auslegung von Wechselrichtern hatte ich die Problematik hier im Blog vor einigen Jahren schon mal detailliert beschrieben.  In diesem Artikel wird zunächst beschrieben wie man die Auslegung korrekt macht und hier kann man im Detail nachlesen was passiert, wenn man die Temperaturproblematik nicht beachtet. Da die Artikel inzwischen schon 6 Jahre alt sind und die Problematik aber immer noch zu beobachten ist, nehme ich das mal zum Anlass, um das Phänomen nochmal kurz zu beschreiben.

Wenn man die Erträge der eigenen PV-Anlage immer mit denen anderer Anlagen vergleicht und plötzlich bei sehr hohen Temperaturen eine signifikante Abweichung der eigenen Erträge nach unten feststellt, lohnt es sich, einmal ein Blick auf die MPP Regelung des Wechselrichters zu werfen. Dies erreicht man am Besten dadurch, dass man sich den Spannungsverlauf der DC Spannung des Solargenerators im Tagesverlauf anschaut. Üblicherweise macht man das an einem sogenannten “Clear Sky Day”, also an einem Tag, an dem von morgens bis abends die Sonne von einem wolkenlosen Himmel scheint.
Wenn alles in Ordnung ist, muss man dann einen Spannungsverlauf wie im Bild unten sehen. Am Vormittag, bei noch recht kühlem Solargenerator findet der Wechselrichter eine hohe MPP Spannung (MPP steht für Maximum Power Point). Mit zunehmender Einstrahlung und zunehmender Modultemperatur wandert die MPP Spannung zu immer kleineren Werten, um schließlich am späteren Nachmittag wieder etwas größer zu werden (rote Kurve).

typischer Spannungsverlauf bei funktionierender MPP Regelung©photovoltaikbuero 2015

Um die Mittagszeit wird so eine Spitzenleistung von 66% der Wp Leistung des Solargenerators erreicht, was für sehr hohe Außentemperaturen ein durchaus typischer Wert ist.

Wenn nun aber der Solargenerator falsch ausgelegt ist und die MPP Spannung bei hohen Temperaturen unter der Mindesteingangsspannung des Wechselrichters (Udcmin) liegt, so kann der Wechselrichter den tatsächlichen MPP nicht mehr finden und bleibt den ganzen Tag an seiner unteren Einspeisegrenze hängen. Der typische Verlauf der DC Spannung in diesem Fall ist eine nahezu konstante Gleichspannung über den ganzen Tag, wie sie unten im Bild zu sehen ist.

typischer Spannungsverlauf wenn der Wechselrichter an der Einspeisegrenze arbeitet©photovoltaikbuero 2015

In der Folge wird auch nur eine maximale Leistung von 53% der Wp Leistung des Solargenerators erreicht, was für eine südlich ausgerichtete Photovoltaikanlage auch bei sehr hohen Temperaturen zu wenig ist.

Stellt sich abschließend die Frage, was man tun kann, wenn eine derartige Fehlauslegung diagnostiziert wurde ?
Antwort: Es bleiben eigentlich nur zwei Möglichkeiten. Entweder man verschaltet den Solargenerator neu und sorgt dafür, dass mehr Module in Reihe geschaltet werden, um auch bei sehr hohen Temperaturen noch ausreichend Spannung zu generieren, so dass die Mindestspannung des Wechselrichters Udcmin nicht unterschritten wird oder man baut einen Wechselrichter ein, dessen Mindesteingangsspannung deutlich niedriger liegt.

Kommentare

  1. Sehr geehrter Herr Diehl,
    danke für diesen lehrreichen Beitrag!
    Als PV-Anfänger und elektrotechnischer Blindgänger habe ich folgende Frage: unterscheidet sich der typische Verlauf der DC-Spannungs-Kurve bei einer parallel verschalteten PVA zu einer mit in Reihe geschalteten Modulen? Meine DC-Spannungs-Kurve sieht fast exakt wie die in Ihrem schlechten Beispiel dargestellte aus. Allerdings habe ich eine parallelgeschaltete Ost-West-Anlage mit Leistungsoptimierern an jedem Modul. Ist die Kurve da dann wieder in Ordnung oder müsste diese im Idealfall an einem “Clear Sky Day” noch ganz anders aussehen?
    Über eine kurze Antwort würde ich mich freuen.
    MfG
    RZ

    1. Hallo Herr Zimmermann,
      die gezeigten Spannungsverläufe gelten nur für PV-Anlagen ohne Leistungsoptimierer. Die Leistungsoptimierer machen ja ein MPP Tracking auf Modulebene. Davon kann man dann am Wechselrichter nichts mehr sehen.
      Es ist also durchaus plausibel, dass der Wechselrichter nur noch eine konstante Spannung bei schwankenden Strömen sieht.

      Gruß Matthias Diehl

  2. Hallo, was ist schuld , wenn die Leistungskurve an einem guten Tag wie auf Bild 1 plötzlich zu einer
    bestimmten Uhrzeit auf ca. halbe Leistung abfällt und diese dann konstant bis zum Nachmittag anhält,
    bis die Sonneneinstrahlung dann einen gleichmäßigen Abfall der Ertragskurve zur Folge hat.
    Wer kann mir dafür einen möglichen Grund nennen ?
    MFG Theo Eichenseher

  3. Hallo Herr Diehl,

    mich (und weitere WR Besitzer) würde interessieren was Sie über den Ramp-Up-Bereich des ersten Bildes sagen können? Hier wird die Generator-Spannung (wie bei dem von uns in der DIY Community besprochenen MPP-Solar MPI10k) vom MPP Tracker auf der minimalen MPP Spannung (bzw. einer anderen unteren Grenze) gehalten. Ohne Einstrahlungsdaten ist es zwar schwer zu sagen ob der Leistungssprung auch mit einem Einstrahlungssprung einhergeht, bei uns ist dies aber nicht der Fall, d.h. der PV-Generator wird einfach in einem ungünstigen Bereich gefahren (Leistung wird verschenkt, an sonnigen Tagen zwar weniger, an dunklen Tagen aber bis zu ~50%). Um welchen WR handelt es sich bei dem dargestellten Verlauf, es scheint ja ein ähnlicher Algorithmus wie bei MPP-Solar/Voltronic zu sein?
    (Hier diskutieren wir darüber und es gibt auch ein paar Diagramme: https://forum.drbacke.de/viewtopic.php?f=14&t=1430&start=10)

    Danke und Viele Grüße,

    Jörg

    1. Hallo Jörg,

      ich weiß jetzt nicht was Sie mit “Ramp up Bereich” meinen. Der untere Wechselrichter war soweit ich mich erinnere ein trafoloses einphasiges Gerät von Kaco ohne DC/DC Wandler im Eingang. Um in die 230V (effektiv) Spannung des Stromnetzes einspeisen zu können benötigt man eine DC-Spannung von 230V*SQRT(2) + ein wenig Regelreserve. Daher konnte der MPP Tracker dieser Geräte die DC Eingangsspannung nicht unter 350V herunter ziehen. Der MPP Regler nutzt ja als Stellglied den DC Eingangsspannungsregler des Wechselrichters. Wenn der MPP Regler z.B. einen Sollwert von 320V verlangt, das Stellglied aber minimal 350V einstellen kann, dann entsteht genau die Verlaufskurve, wie sie im Diagramm zu sehen ist und die DC Spannung “hängt” an der unteren Spannungsgrenze des Wechselrichters fest. Der MPP Tracker ist dadurch ausgehebelt.
      Gruß Matthias Diehl

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