photovoltaik Ausgabe: 07-2015

Intelligent, schlank, vielseitig

Innovationen — Auf der Intersolar zeigten die Anbieter von Invertern viele neue Ideen und Lösungen. Die Integrationsdichte und die Funktionalität der Geräte wachsen. Zudem müssen sie auf vielen Märkten ihr Geld verdienen. Separate Batteriewechselrichter sterben aus. Heiko Schwarzburger

Der weltweite Markt für Solarwechselrichter steigt deutlich an. Wie bei den Solarzellen und den Solarmodulen ist die Krise der Produktionskapazitäten nahezu beendet. Die größten Zuwächse werden in Asien verzeichnet. Aus diesem Grund wachsen asiatische Hersteller sehr schnell.

Nach Angaben der Analysten von IHS ist SMA weiterhin der weltgrößte Anbieter, gefolgt von ABB. Auf den drei weiteren Plätzen folgen japanische Anbieter, die in Europa bislang kaum eine Rolle spielen. Omron, TMEIC und Tabuchi profitieren vom enormen Wachstum in ihrem Heimatmarkt, wo die Leistungselektronik – wie auch die Stromspeicher – eine unangefochtene Domäne der einheimischen Hersteller sind. Obwohl die Zubauzahlen weltweit steil in die Höhe weisen, gehen die Umsätze der Anbieter von Wechselrichtern weiter zurück. Im vergangenen Jahr sank der Umsatz auf 6,6 Milliarden US-Dollar, was ungefähr 6,4 Milliarden Euro entspricht.

SMA verlor im fünften Jahr in Folge Marktanteile, vor allem die genannten japanischen Hersteller holten auf. Der Marktanteil von SMA ist derzeit nur noch halb so groß wie 2012 und um 25 Prozent geringer als 2009.

Die gute Nachricht: SMA hat die Umstrukturierung erfolgreich hinter sich gebracht. Die Umsätze der ersten beiden Quartale zeigen, dass das Unternehmen aus Niestetal bei Kassel wieder nach vorn blicken kann.

Kleinteiliger Markt mit Eigenverbrauch

Generell läuft in Europa und speziell in den deutschsprachigen Märkten seit zwei Jahren ein unglaubliches Rennen um Innovationen. Deutschland, Österreich und die Schweiz sind derzeit das größte Forschungslabor, um den Eigenverbrauch von Sonnenstrom – in Kombination mit weiteren Generatoren und Stromspeichern – technisch und wirtschaftlich umzusetzen.

Dieser Markt ist viel kleinteiliger als die Wachstumsregionen in Asien, Amerika oder am Kap der Guten Hoffnung, wo immer größere Solarparks an die Netze gebracht werden.

Lastmanagement im Gewerbe

Dort besteht die Innovation im Wesentlichen darin, von 1.000 Volt aus dem Solarfeld auf 1.500 Volt Systemspannung umzustellen. Auch erhöht sich die Integrationsdichte der Leistungselektronik, der Spulen, Schalter, Transformatoren und Anschlüsse.

Das Ziel: Kosten drücken, wo es nur geht. 2008 kosteten die Zentralwechselrichter für ein Megawatt noch 250.000 US-Dollar. Heute bekommt der Lieferant nur noch 50.000 Dollar.

Anders bei den kleinen Wechselrichtern für private Kunden (residential): Durch den Eigenverbrauch erhöht sich die Funktionalität, auch müssen die Wechselrichter in der Kommunikation für das Monitoring mehr Schnittstellen anbieten. Dieser Trend dehnt sich langsam auch auf die gewerblichen Geräte aus, die mehr als zehn Kilowatt leisten.

Mehr Produkte, eine Plattform

Denn auch dort spielt der Eigenverbrauch zunehmend eine Rolle. Allerdings erfolgt das Lastmanagement meist durch ein separates Energiemanagementsystem, nicht durch einen oder mehrere potenzialfreie Kontakte, um eine Wärmepumpe oder andere Verbraucher direkt anzuschließen.

Wer technologisch mitspielt, kann sogar im deutschen Markt zulegen. Der österreichische Hersteller Fronius meldete auf der Pressekonferenz in München, dass mittlerweile 1.100 Snap-Inverter über den Tisch gehen – täglich. „Bis September sollen es 1.400 werden“, stellt Solarchef Martin Hackl in Aussicht. „Wir haben unseren Umsatz in der DACH-Region im vergangenen Jahr um 86 Prozent gesteigert.“

Fronius war der erste Hersteller, der 2012 eine neue Generation von Stringwechselrichtern speziell für den Eigenverbrauch auf den Markt gebracht hat. Seit 2012 schicken die Österreicher immer neue Produkte ins Rennen. Weltweit stieg der Umsatz um 74 Prozent. In den deutschsprachigen Ländern hat Fronius mittlerweile einen Marktanteil von 30 Prozent.

Mehr Produkte, die speziell auf die verschiedenen Zielmärkte ausgerichtet sind – damit ist Fronius erfolgreich. In den USA beispielsweise wird der DC-Optimierer von Tigo in die Wechselrichter integriert. Mit der Softwareschmiede Loxone kooperieren die Österreicher beim Energiemanagement. Victron liefert die Laderegler der Solarbatterie. Ochsner und Heliotherm sind die Partner bei der Einbindung von Wärmepumpen über Smart Grid.

Mit dem Solar Energy Package bietet Fronius einen Stromspeicher an, dessen Zellen von Sony stammen. Ab dem vierten Quartal wird Fronius auch die neue Powerwall von Tesla ins Programm aufnehmen. „Angesteuert wird der neue Speicher mit unserem Wechselrichter Symo Hybrid“, stellt Martin Hackl in Aussicht.

Die Tesla-Batterie wird ein wandhängendes Gerät sein, das auch minus 20 Grad Celsius aushält, also draußen installiert werden kann. Die Batterie von Sony lässt sich modular von 4,5 bis zwölf Kilowattstunden erweitern, sie ist auch zur Nachrüstung von bestehenden Solaranlagen geeignet.

Hohe Spannung für die Batterie

Weil das eine Hochvoltbatterie mit den kleinen, sehr leistungsfähigen Rundzellen von Sony ist, kann sie mit hoher Leistung (6,4 Kilowatt) entladen oder beladen werden. Tesla erlaubt nur zwei Kilowatt Entladeleistung, also deutlich geringere Ströme. Soll heißen: Will man beispielsweise einen elektrischen Durchlauferhitzer für Warmwasser anschließen, ist die Sony-Batterie klar im Vorteil. „Beide Systeme ergänzen sich gut“, urteilt Hackl. „Die Tesla-Batterie wird ein Austauschgerät sein. Unsere Solarbatterie hingegen wird vor Ort von Fronius-Partnern installiert.“

Auf der Intersolar zeigte Fronius neben den kleineren Snap-Invertern eine wichtige Neuheit: Der Fronius Eco ist ein gewerblicher Stringwechselrichter, der 25 oder 27 Kilowatt leistet. Damit stoßen die Österreicher auf den Projektmarkt vor. Das Gerät wiegt nur knapp 36 Kilogramm, seine Leistungsdichte ist sehr hoch.

Dagegen die Montage: Wie die kleineren Snap-Inverter sind die Geräte mit wenigen Handgriffen montiert.

Zusätzlich erhöht ein neuartiger Algorithmus für das MPP-Tracking (Dynamic Peak Manager) den Ertrag beträchtlich. Die Steuerung sucht die Leistungskennlinie regelmäßig und automatisch ab. Auf diese Weise arbeitet der Wechselrichter auch bei Teilverschattung stets im Punkt der maximalen Leistungsabgabe, dem sogenannten globalen Maximum. Der Wirkungsgrad erreicht 98,3 Prozent. Bis zu sechs Strings können direkt angeschlossen werden, dadurch spart der Anlagenbetreiber zusätzliche DC- oder Sammelboxen.

Ein Gerät aus drei Teilen

Der integrierte Sicherungshalter sorgt für die allpolige Absicherung aller sechs Stränge. Optional ist auch auf der DC-Seite ein Überspannungsschutz möglich. Die Eco-Geräte erfüllen Schutzklasse IP66.

Bei den gewerblichen Stringwechselrichtern hatte auch ABB, vormals Power-One, eine Neuheit zu bieten. Der neue Trio 50 kW ist ein dreiteiliger Wechselrichter. In der Mitte sitzt die Leistungsstufe mit der DC-AC-Umsetzung. Links befindet sich die DC-Box, die separat und nach Kundenwunsch konfiguriert werden kann.

Bis zu 16 DC-Eingänge stehen zur Verfügung. Auch die AC-Box wird individuell bestückt, mit Schaltern, Ableitern für Überspannungen und Sicherungen. Insgesamt wiegt das Gerät 120 Kilogramm, die schwerste Komponente bringt 70 Kilogramm auf die Waage. Da müssen schon zwei Monteure ran.

Montiert wird der Trio 50.0 an einer Wandschiene. Die beiden Anschlussboxen werden mittels leicht einrastenden Steckkontakten mit dem Umrichterteil kontaktiert. Der Wechselrichter ist trafolos, er speist mit Niederspannung ein. Displays gibt es nicht mehr, weil bei größeren Anlagen ohnehin niemand mit dem Merkzettel rumläuft, um die Werte abzulesen. Der Wechselrichter ist auf Fernmonitoring ausgelegt, das Gehäuse erfüllt Schutzart IP65. Lieferbar wird er Ende des Jahres sein.

Kostal präsentierte auf der Intersolar das Speichersystem Piko BA Li, dafür gab es den EES Award. Denn Kostal löst die Scheinehe von Wechselrichter und Batteriewechselrichter auf, künftig sind alle Funktionen in einem Gerät integriert. Damit lässt sich der Solarwechselrichter zunächst für eine Photovoltaikanlage installieren. Später kann der Fachhandwerker eine Lithiumbatterie nachrüsten, ohne Veränderungen am Wechselrichter vornehmen zu müssen.

Der Piko BA steht in drei Leistungen zur Verfügung: sechs, acht und zehn Kilowatt. Das Lithiumbatteriesystem der Marke Fortelion ist mit drei bis acht Batteriemodulen zwischen 3,6 und 9,6 Kilowattstunden verfügbar. Auch Kostal arbeitet bei den Speicherzellen und Batterien mit Sony zusammen.

Obligatorischer Bestandteil des Speichersystems ist der Piko BA Sensor. Zusammen mit dem Energiemanagement des Wechselrichters sorgt er dafür, dass der Solarstrom dorthin fließt, wo er benötigt wird. Der Stromsensor steuert auch die Wirkleistung am Netz. Optionales Zubehör ist die neue Piko BA Backup Unit, die Ersatzstromeinheit. Fällt das Netz aus, schaltet die Unit auf Inselbetrieb um.

Neue Geräte von AEI und Sungrow

Kostal bietet Solarwechselrichter zwischen drei und 20 Kilowatt an, wobei das größte Gerät ebenfalls kurz vor der Messe eingeführt wurde. Alle Geräte, außer der Wechselrichter mit drei Kilowatt, sind dreiphasig.

Der amerikanische Anbieter Advanced Energy Industries brachte auf die Messe nach München den neuen Stringwechselrichter AE 46 kW 3TL mit, der die Ultra-5-Topologie von Refusol nutzt. Er speist mit 460 Volt ins Stromnetz ein, kommt ohne externen Lüfter aus und hat das Stringmonitoring sowie die Anschlussboxen integriert. Der DC-Eingang für das MPP-Tracking liegt zwischen 575 und 850 Volt.

Da die Ausgangsleistung um 15 Prozent höher liegt als beim Vorgänger (durch die erhöhte AC-Spannung), braucht die Solaranlage weniger AC-Sammler. Das spart Verkabelung auf der AC-Seite ein. Aufgrund der höheren Spannungen auf der DC-Seite sinkt der Bedarf an Kupferverkabelung oder Aluminiumkabeln um rund 25 Prozent. Die wandhängende Montage ist möglich, der Wirkungsgrad erreicht bis zu 98,3 Prozent.

Spitze bei den Wirkungsgraden ist jedoch der chinesische Anbieter Sungrow. Das ist einer der am schnellsten wachsenden Anbieter von Wechselrichtern für die Solarbranche weltweit, zunehmend gewinnt das Unternehmen auch in Europa Boden. „Wir haben den hohen Wirkungsgrad auch auf die anderen Geräte ausgerollt“, berichtet Tobias Krauth, der die Geschäfte in Deutschland führt.

Aufgrund des sehr hohen Wirkungsgrades sind die Geräte außerordentlich kompakt. Vor Jahresfrist hatten die Chinesen zunächst den SG 60 mit 60 Kilowatt und 99 Prozent Wirkungsgrad präsentiert. Er wird seit einem halben Jahr ausgeliefert. Nun gibt es auch einen SG 30 und SG 40 mit dem hohen Wirkungsgrad. Ein neuer SG 80 wurde angekündigt. „Er wird Anfang 2016 lieferbar sein“, bestätigt Tobias Krauth. „Bis dahin muss der SG 60 erst einmal sein Geld verdienen.“

Sungrow hat mit dem SG 60 bereits große Solarparks mit 120 Megawatt Gesamtleistung ausgestattet. Immer mehr Betreiber von großen Parks setzen Stringwechselrichter statt der großen Zentralwechselrichter ein.

Denn die kleineren Wechselrichter lassen sich durch die Service-Elektriker schneller austauschen oder gar reparieren, was bei den Zentralstationen kaum möglich ist. Dadurch sinken die Kosten für Wartung und Betrieb.

Und: Brennt beim Zentralwechselrichter eine Sicherung durch, steht der ganze Park still. Viele kleine Stringwechselrichter senken das Risiko des Ausfalls einzelner Geräte.

55 Kilogramm für 50 Kilowatt

Wegen des hohen Wirkungsgrades ist der SG 60 ausgesprochen leicht: Er wiegt nur 55 Kilogramm. Das vergleichbare Gerät von SMA (früher Danfoss) ist 20 Kilogramm schwerer.

Zudem stellte Sungrow in München eine umfangreiche Produktreihe mit kleinen einphasigen Geräten vor. Auch ein Speichersystem hatten die Chinesen mitgebracht, das zunächst in Australien verkauft werden soll. Das Lithiumsystem nutzt die Zellen von Samsung, es hat eine Kapazität zwischen 2,9 und zehn Kilowattstunden. Im Jahresverlauf 2016 soll es auch in Deutschland auf den Markt kommen.

Literatur

Fussnoten

  • Der neue Eco ist ein Stringwechselrichter fürs Projektgeschäft.

  • Kostal zeigte in München den trafolosen, dreiphasigen Piko 15, der 15 Kilowatt leistet.

Foto: Fronius

Foto: ABB

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