photovoltaik Ausgabe: 01-2015

„Geräte aus dem Baukasten“

Wechselrichter — Bei den Solarmodulen wächst die Leistung, bei der Leistungselektronik steigtdie Leistungsdichte. Zudem werden immer mehr Funktionen integriert. Das zwingt die Herstellerzum Umdenken: Die eierlegende Wollmilchsau für alle Märkte gibt es nicht mehr. Jürgen Reinert istVorstand für Technische Entwicklung bei SMA in Kassel. Er erläutert, wie steigende Anforderungenund der enorme Kostendruck unter einen Hut gebracht werden. Ein Interview

Inhaltsübersicht

  1. „Geräte aus dem Baukasten“
  2. Danfoss/Zeversolar
  3. Jürgen Reinert
  4. Steca

Auch bei kleinen Leistungen werden zunehmend Wechselrichter mit drei Phasen angefordert, bislang eine Domäne der einphasigen Geräte. Sterben die einphasigen Wechselrichter aus?

Jürgen Reinert: Die einphasigen Wechselrichter sterben ganz sicher nicht aus. Die Förderung von eingespeistem Solarstrom hat immer geringeren Einfluss, deshalb treten nun die Systemkosten und die Systempreise für die Kaufentscheidung der Kunden in den Vordergrund. Die spezifischen Kosten, also die Kosten pro Watt, liegen bei kleinen Geräten per se höher als bei Großgeräten. Aus diesem Grund ist der Kostendruck bei den kleineren Wechselrichtern stärker als bei größeren Stringwechselrichtern oder gar den Zentralwechselrichtern für die Megawattparks. Also ist es wichtig, auch einfache Geräte anzubieten, die nicht so komplex und aufwendig sind wie dreiphasige Wechselrichter.

Wie wirkt sich die Komplexität auf die Installationskosten aus?

Das ist der zweite wichtige Punkt. Die einphasigen Wechselrichter lassen sich sehr einfach installieren, also Plug-and-play. Deshalb werden sie vor allem bei kleinen Anlagenleistungen weiterhin eine wichtige Rolle spielen. Um die steigenden Anforderungen der Netzbetreiber in Deutschland, was die Symmetrie der Einspeisung und der Lasten am Netz betrifft, zu erfüllen, haben dreiphasige Geräte zwar Vorteile. Es hängt aber auch von der Planung ab, ob die Photovoltaikanlage und der Wechselrichter diese Vorgaben erfüllen. Man muss nicht zwangsläufig dreiphasige Geräte einbauen. Symmetrie kann man auf verschiedenen Wegen erreichen, auch mit einphasigen Wechselrichtern.

Planen Sie neue einphasige Wechselrichter?

Ja, wir werden im zweiten Quartal 2015 die neuen Sunny Boy für 1,5 und 2,5 Kilowatt auf den Markt bringen. Sie sind sehr einfach zu installieren, sehr leicht und sehr robust. Diese Geräte wiegen nur rund acht Kilogramm. Unser Sunny Boy 2100 TL ist noch doppelt so schwer.

Welche Chancen haben dreiphasige Geräte?

Generell denke ich, dass es zunehmend dreiphasige Wechselrichter auch für kleinere Leistungen geben wird, was die Einsatzmöglichkeiten der Photovoltaik verbreitert. Aber es wird noch eine Weile dauern, bis sie auch in den unteren Leistungsklassen das Geschäft dominieren.

Welche Funktionalität wird künftig von dreiphasigen Stringwechselrichtern erwartet?

Früher haben wir die Strategie verfolgt, dass ein Produkt alle relevanten Märkte auf der Welt weitgehend abdecken sollte. Das war die eierlegende Wollmilchsau, wenn Sie so wollen. Heute sind die Märkte in Amerika, in Indien, in China oder Japan schon so weit entwickelt, dass wir die Produkte nach dem Baukastenprinzip diversifizieren. Es gibt Anwendungen und Regionen, da genügt ein einfacher Basiswechselrichter mit DC-AC-Umsetzung. Er ist robust und preiswert. Er muss auch nicht mehr für alle Modultypen und Eingangsspannungen ausgelegt sein.

Welche Vielfalt erlaubt der Baukasten?

Der Basiswechselrichter bildet die Grundlage einer vielfältigen Produktfamilie, die nach den Wünschen der Märkte spezifiziert wird. Dazu gehören verschiedene Konfigurationen für die Anschlüsse, für die Kommunikationsfunktionen oder die Anlagenüberwachung. Das Basisgerät erlaubt es uns, die Kosten durch hohe Stückzahlen zu senken. Die modularen Baugruppen und die Software bieten hohe Funktionalität und Sicherheit, für die der Kunde nach seinem Bedarf einen Aufpreis zahlt. Beispielsweise ist die Bereitstellung von Blindleistung eine Funktion, die unsere neuen Geräte bis hinunter zu den einfachen Wechselrichtern integrieren.

Welche Rolle wird der Eigenverbrauch spielen?

Auch Geräte mit höherer Leistung müssen sich gut einbauen lassen und in der Lage sein, den Eigenverbrauch von Sonnenstrom im Gewerbebetrieb oder in der Industrie zu optimieren. Diese Wechselrichter müssen beispielsweise Stromspeicher ansteuern. Zudem werden die größeren Stringwechselrichter immer häufiger in Megawattparks auf Freiland montiert. Dort lösen sie die Zentralwechselrichter ab. Denn einige Betreiber von Solarparks wollen die Anlagenverfügbarkeit erhöhen, indem sie die Strings dezentral verschalten. Auch lassen sich Stringwechselrichter leichter reparieren oder austauschen. Unser neues Gerät mit 60 Kilowatt ist dafür ein gutes Beispiel.

... das Sie von Danfoss übernommen haben?

Genau. Der ehemalige Danfoss MLX 60 wird zukünftig von uns vertrieben, als Sunny Tripower 60TL. Die Übernahme der Danfoss-Wechselrichtersparte hat unsere Möglichkeiten in diesem Segment verbessert. Das 60-Kilowatt-Gerät ist ein einfacher, robuster Wechselrichter. Die Steuerung der Geräte im Feld erfolgt über einen Invertermanager, nicht jedes Einzelgerät muss diese Funktionalität anbieten. Auf diese Weise erreichen wir eine sehr hohe Leistungsdichte und Preise, die durchaus mit Zentralwechselrichtern mithalten können.

Welche Preise gelten bei den Großumrichtern?

In China können Sie derzeit mit vier Eurocent je Watt rechnen. In anderen Ländern sind die Anforderungen an die Geräte und ihre Sicherheit viel höher. Dort kann der spezifische Preis für einen voll ausgerüsteten Zentralwechselrichter unter Umständen dreimal so hoch sein.

SMA hat mit dem Sunny Boy Smart Energy ein wandhängendes Lithiumsystem mit zwei Kilowattstunden Kapazität entwickelt. Mit welchen Batterieherstellern arbeiten Sie zusammen?

Beim Smart Energy nutzen wir Batteriezellen von LG. Darüber hinaus bieten wir mit dem Flexible Storage System auf Basis der Sunny-Island-Batteriewechselrichter ein modulares Konzept für größere Batterien an, unter anderem auch für kommerzielle Solaranlagen. Denn ein Fünftel aller neuen Anlagen in Deutschland wird mittlerweile mit Stromspeicher installiert, das wird zunehmen. Für die Integration von Batteriespeichern in Großanlagen haben wir den Sunny Central Storage entwickelt.

Werden Sie sich auf einige wenige Hersteller von Batterien konzentrieren?

Bei Hybridsystemen wie dem Sunny Boy Smart Energy sicherlich. Darüber hinaus ist unser Sunny Island mit zahlreichen Batterien kompatibel, sowohl mit Blei- als auch mit Lithiumspeichern. Der Installateur kann den Batteriewechselrichter frei mit Batterien seiner Wahl kombinieren, allerdings legen wir eine Liste der von uns empfohlenen Hersteller bei. Künftig werden aber auch kleinere Batterieanbieter wieder vom Markt verschwinden, und es wird eine Standardisierung geben. Herstellung und Vertrieb von stationären Stromspeichern werden unserer Meinung nach ein globales Massengeschäft.

Welche Chancen zur Kostensenkung sehen Sie durch die Standardisierung, beispielsweise der Batterien oder der Protokolle zur Anlagensteuerung und zur Kommunikation mit dem Stromnetz?

Die Standardisierung wird zunehmen, und dadurch können die Kosten weiter sinken. Allerdings sind solche Standards in den verschiedenen Märkten der Welt oft nicht einheitlich. Deshalb müssen wir Protokolle anbieten, die offen für vielfältige Systeme zur Steuerung und Kommunikation sind. Es geht darum, dass sich die Wechselrichter möglichst einfach mit der übrigen Systemtechnik verbinden. Das betrifft Smart Grids oder die Gebäudeautomation. Unsere Geräte integrieren Ethernet und WLAN. Damit übernehmen die Wechselrichter intelligente Möglichkeiten aus anderen Systemen. Die internationale Harmonisierung der Standards hilft uns natürlich, auch wenn es noch ein langer Weg ist. Das gilt für die Sicherheitsstandards, für die Netzsteuerung und die Steuerung des Eigenverbrauchs gleichermaßen.

Welche Funktionen gewinnen an Bedeutung?

Zum Beispiel die Möglichkeit, auch nachts Blindleistung zu regeln. Unsere neuen Stringwechselrichter für 20 oder 25 Kilowatt haben diese Funktion integriert. Neue Anforderungen betreffen die Einbindung von Elektromobilität, etwa Ladesäulen oder elektrische Gabelstapler. Generell geht der Trend dahin, dass der Wechselrichter flexibel und intelligent genug sein muss, um sich in ganz verschiedene Systemarchitekturen zu integrieren. Das wird sehr wichtig, und es muss möglichst einfach sein, durch Plug-and-play. Die Kommunikation und Vernetzung unseres Sunny Home Managers mit Miele@home ist dafür ein Beispiel. IT und Leistungselektronik wachsen zusammen.

Wird das Batteriemanagement eine obligatorische Funktion des Wechselrichters?

Das werden die Wechselrichter künftig leisten müssen, als optionale Funktionalität. Über das Managementsystem kann der Wechselrichter die Lebensdauer der Batterie entscheidend beeinflussen. Angesichts der hohen Batteriepreise wird das ein wirtschaftliches Erfordernis. Sehr wichtige Funktionen betreffen die Sicherheit der Wechselrichter und der Steuerungen. Bei den neuen Geräten bieten wir zudem die Einbindung in die Gebäudeautomation an, über EEBus. DerBasiswechselrichter ist einfach und lässt sich in hohen Stückzahlen herstellen. Das garantiert geringe Kosten. Zusätzliche Funktionalität wird je nach Anforderung des Kunden integriert.

In der Batterietechnik werden die sogenannten Hochvoltbatterien diskutiert, die mit mehreren Hundert Volt aus dem Solargenerator geladen werden. Welchen Weg verfolgen Sie?

Das ist eine Frage, bei der es auch um die Standardisierung geht. Bei Elektrofahrzeugen fing es mit 48 Volt und 96 Volt an. Nun kommen Batterien mit deutlich höheren Spannungen zum Einsatz. Höhere Spannungen erlauben geringere Ladeströme, also weniger elektrische Verluste und weniger Materialeinsatz. Wir testen zurzeit verschiedene Batteriesysteme aus, vor allem für gewerbliche und industrielle Speichergrößen.

Welche Batterien meinen Sie konkret?

Wir sammeln unter anderem Erfahrung mit warmen Batterien wie den Natrium-Schwefel- und Natrium-Nickelchlorid-Akkus, die um 300 Grad Celsius Betriebstemperatur haben. Bei kleineren Batterien für Wohngebäude haben solche Batterien sicher keine Zukunft, dort sind Blei und Lithium besser geeignet. Wobei ich davon ausgehe, dass aufgrund der Standardisierung und des globalen Wettbewerbs nur einige wenige Hersteller für die Photovoltaik übrig bleiben.

SMA hat vor zwei Jahren den Sunny Boy 240 auf den Markt gebracht. Werden die Modulwechselrichter auch in Deutschland wichtiger?

In Amerika, in Großbritannien, Belgien und Italien sind sie schon sehr verbreitet, in Deutschland kaum. Bei Schulungen verzeichnen wir ein wachsendes Interesse auch bei deutschen Installateuren, sowohl für Module mit integrierten Mikrowechselrichtern als auch für unseren SB 240. Das ist aber eher erst mal ein grundsätzliches Informationsbedürfnis. Derzeit liegt der Marktanteil der Mikrowechselrichter in Deutschland im unteren einstelligen Prozentbereich des Zubaus. Das könnten in den nächsten Jahren durchaus bis zu zehn Prozent werden. Auf alle Fälle werden wir den Markt beobachten und das Produkt entsprechend weiterentwickeln.

Um die Leistungsdichte der Wechselrichter zu erhöhen, könnte man Leistungsbauteile aus Siliziumkarbid (SiC) statt aus Silizium einbauen. Denn SiC hält höhere Temperaturen aus, dadurch sinkt der Aufwand zur Kühlung der Leistungselektronik. Sehen Sie darin einen Pfad für die weitere Entwicklung?

Das hängt sehr vom Anwendungsfall und dem Kostendruck ab. Vor vier Jahren haben wir beim Sunny Tripower die ersten Leistungsdioden aus Siliziumkarbid eingeführt. Die aktiven Leistungsschalter in den IGBT bestehen weiterhin aus Silizium. Denn noch ist Silizium billiger als Siliziumkarbid, auch wenn der Preisunterschied schrumpft. Ich denke, dass Bauteile aus Silizium auf absehbare Zeit nicht verdrängt werden. Denn die Leistungshalbleiter machen zwischen zwei und 15 Prozent der Kosten für einen Wechselrichter aus. Je kleiner die Geräte, desto größer ist ihr Kostenanteil.

Könnten sehr temperaturfeste Halbleiter aus Galliumnitrid eine Alternative bieten?

Wir forschen an diesem Material, aber es gibt noch keine konkreten Pläne, sie in die Wechselrichter einzuführen. Unsere Forschungen konzentrieren sich darauf, die Kosten der Wechselrichter und damit die Systemkosten weiter zu senken. Sie müssen möglichst einfach sein und sich möglichst einfach installieren lassen, auch das senkt die Systemkosten. Ein zweiter Schwerpunkt ist die Qualität der Geräte und ihre Zuverlässigkeit. So geht es unter anderem darum, den Austausch von kritischen Komponenten wie Lüftern oder Leistungsteilen innerhalb der Gerätelebensdauer planbar zu machen.

Das Interview führten Niels Hendrik Petersen und Heiko Schwarzburger.

http://www.sma.de

Literatur

Fussnoten

  • zurück
  • Druckansicht
  • Versenden

Weitere Artikel zum Thema

Aktuelles Heft

Die aktuelle Ausgabe

PV 04-2019

Zum Inhalt >

Abonnenten können die komplette Ausgabe in unserem Heftarchiv online lesen.

Jetzt abonnieren

Einzelheftbestellung

Aktuelle Einstrahlung

Klicken Sie hier, um Strahlungskarten als PDF downzuloaden oder in einer interaktiven Karte für einen konkreten Standort abzurufen.

Einstrahlung Ausschnitt

Frage der Woche

Wann werden Sie Ihre Bestandsanlage ins neue Marktstammdatenregister eintragen?

Abstimmen
Termine

Aktuelle Seminartermine