Solar-Wechselrichter mit feiner Leistungsabstufung: Vom Sonnenlicht zum Strom mit hoher Effizienz

Im Falle des Solarparks Udestedt wurden insgesamt 13 Gebäude einer Agrargenossenschaft entsprechend umgerüstet. Auf einer Dachfläche von 20.000m² sind nun 5.738 Photovoltaik-Module installiert, die pro Jahr 918.000kWh Strom erzeugen. Mit dieser Energie werden 296 Haushalte versorgt. Insgesamt hat meridian bisher in 27 Einzelprojekten über 500.000m² asbesthaltige Dächer saniert und Photovoltaikmodule mit einer Gesamtleistung von mehr als 31MWp installiert. Wechselrichter: Arbeit im \’Tandem\’ Solche Projekte sind umso wirtschaftlicher, je höher der Wirkungsgrad der Anlagen ist. Hier spielt die Effizienz der Umwandlung von Solar- in elektrische Energie eine entscheidende Rolle. Damit rückt der Solar-Wechselrichter ins Zentrum des Interesses. Die Ingenieure verfolgen dabei ein intelligentes Konzept: Da die Solarleistung in Abhängigkeit der Intensität der Sonneneinstrahlung stark schwankt, wird für jede Anlage bzw. für jeden Anlagenabschnitt eine Kombination aus kleinen und großen Wechselrichtern eingesetzt, wobei der kleine im Idealfall etwa 20% der Leistung seines großen Partners aufweist. Durch diese Kombination kann man auch bei geringer Solarleistung, d.h. im Teillastbetrieb, einen hohen Wirkungsgrad erzielen: In diesem Falle arbeitet das kleinere der beiden Geräte; steigt die Leistung, übernimmt der größere Wechselrichter die Umformung und Einspeisung der ­elektrischen Energie. Feine Leistungsabstufung Das beschriebene Konzept setzt allerdings voraus, dass man ein modulares System von Solar-Wechselrichtern mit ausreichend feiner Leistungsabstufung verwendet. Mit dem Unidrive SPV-System bietet Emerson ein solches System als indust­rielle Standardlösung. Meridian setzt diese Geräte ein, die Leistungsmodule vom Typ SPMD1424 enthalten. Sie sind in einem Industrie-Standard-Gehäuse montiert und leisten im \’regen\’-Betriebsmodus bei 3x340V Trafospannung jeweils 175kVA. Durch Parallelschaltung dieser Umrichtermodule wird ein Leistungsbereich von bis zu 1.590kVA abgedeckt. Das entspricht einer Photovoltaik-Generatorleistung von etwa 1,7MWp. Effizienzsteigernde Funktionen Der kleine und der große Wechselrichter speisen abwechselnd je nach anfallender Leistung in eine isolierte Niederspannungswicklung (3x340V) eines Mittelspannungstrafos ein, der die Energie wiederum ins 10 bis 30kV Mittelspannungsnetz einspeist. In der Applikations-Software der Umrichter sind Funktionalitäten wie Blindleistungsregelung und EVU-Leistungsmanagement hinterlegt, die die Effizienz der Photovoltaik-Systeme nochmals erhöhen. Über ein Modem ist jeder Umrichter mit einer zentralen Leitwarte verbunden. Application Engineering: Variable DC-Spannung Abweichend von der in anderen Anwendungen üblichen Netzspeisung im \’regen\’-Mode mit fester DC-Spannung muss die DC-Spannung im Photovoltaik-Wechselrichter bedingt durch die Arbeitsweise der Solarmodule in einem weiten Bereich zwischen 510 und 800V variiert werden. Diese Aufgabenstellung hat das Application Engineering von Emerson gelöst: Im Applikationsmodul wurde ein Algorithmus implementiert, der den optimalen Spannungswert für den maximalen Leistungsumsatz im Photovoltaik-Generator (MPP) findet. Dieser Wert ist abhängig von der Einstrahlung und der Zelltemperatur der Photovoltaik-Module, d.h. letztlich von Sonnenstand und Bewölkung. Auf diese Weise wird auch bei schwacher Sonneneinstrahlung der maximal mögliche Ertrag erzielt. Das Systemkonzept mit den Teillastwechselrichtern hat sich bewährt: Der Ertrag der Anlagen liegt zwischen 100 und 101% des Erwartungswertes, der sich aus den jeweiligen aktuellen Wetterdaten ergibt. Außerdem liegt die Verfügbarkeit der Anlagen über den vertraglich zugesicherten 98%. Diese Werte überzeugen auch die Investoren, die sich an den Anlagen beteiligen: So werden die Voraussetzungen für einen stabilen Return on Invest geschaffen. Ähnliche Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen mit Wechselrichtern von Emerson plant meridian inzwischen für Standorte in Italien, Tschechien und Frankreich. Starkes Wachstum mit Solar-Wechselrichtern Dass sowohl das technische Konzept als auch das Application Engineering und der Service stimmen, ist eine wichtige Voraussetzung für die Zusammenarbeit zwischen meridian und Emerson. Schließlich bindet das Unternehmen seine Zulieferer über Wartungsverträge mit einer Laufzeit von 20 Jahren. Meridian hat sich auch für die SPV-Solarwechselrichter-Baureihe entschieden. Emerson rechnet damit, dass sich der Absatz von Solarwechselrichter im Jahr 2010 gegenüber dem Vorjahr verdoppeln wird, denn in wachsender Zahl vertrauen Hersteller und Betreiber im Zukunftsmarkt Solartechnik auf diese innovative Art der Energieumformung.