photovoltaik Ausgabe: 07-2016

Neue Nischen öffnen


Solarfassade eines Wohnhauses in Zürich. Sie wurde mit speziellen Kleinwechselrichtern verschaltet.

Solarfassade eines Wohnhauses in Zürich. Sie wurde mit speziellen Kleinwechselrichtern verschaltet.

Niedrige Stringspannungen — Mit der Parallelschaltung von kurzen Solarstrings lassen sich teilverschattete Dachgeneratoren und Solarfassaden gut ausnutzen. Vor allem kleinteilige Anlagen liefern auf diese Weise ausreichend Sonnenstrom für den Eigenverbrauch. Heiko Schwarzburger

Inhaltsübersicht

  1. Neue Nischen öffnen
  2. Senec/Solarinvert

Das ist bekannt, das kleine Einmaleins der Photovoltaik: Normalerweise werden die Solarmodule innerhalb eines Strings in Reihe geschaltet, um den Spannungsbereich des Wechselrichters – bis zu 1.000 Volt – möglichst auszureizen.

Bei sehr kleinen Anlagen ist das problematisch, ebenso bei Solarfassaden. Nur wenige Module ergeben eine geringe Stringspannung, nicht selten zu gering für die gängigen Stringwechselrichter. Und: Bei Teilverschattung – an den Solarfassaden fast immer der Fall – wird die Sache noch komplizierter.

Dann bietet sich die Parallelverschaltung der Module an, gekoppelt mit speziellen Kleinwechselrichtern. Solarinvert aus Freiberg am Neckar bietet solche Systeme unter dem Namen PPI (Professional Protecting Inverter) schon seit Jahren an. Auf diese Weise lassen sich sehr kleinteilige Sonnengeneratoren oder Solarfassaden gut ausnutzen, obwohl der Schattenwurf die Erträge eigentlich in die Knie zwingen würde.

Umrichter erfüllen die VDE AR 4105

Die neuen PPI-Wechselrichter von Solarinvert erfüllen die VDE AR 4105 für den Netzanschluss von dezentralen Generatoren. Die Module werden in Parallelschaltung angeschlossen. Auf diese Weise sind die Systemspannungen im String zwar sehr gering, doch die Ertragsausbeute ist viel höher als bei Reihenstrings, auch wirkt sich die Teilverschattung der Dächer kaum aus.

Denn bekanntlich ist der in Reihe geschaltete Solarstring nur so ergiebig wie seine schwächste Zelle. Wird nur ein Modul verschattet, sinkt der Ertrag signifikant. Die Bypassdiode überbrückt das betroffene Modul, damit es den Stromfluss nicht unterbricht.

Schatten auf dem Dach, davon können Installateure und Dachdecker ein Lied singen: Nicht selten stören Dachgauben, Schornsteine oder Lüftungsauslässe das Modulfeld auf dem Dach. Benachbarte Gebäude oder Bäume werfen ihren Schatten auf die Paneele. Solche Dächer galten bisher als kaum nutzbar für die Photovoltaik, bieten aber ein großes Potenzial.

Das Gleiche gilt für Solarfassaden: Die Module an die Fassade zu hängen ist nur die halbe Miete. Denn die elektrische Verschaltung ist anspruchsvoll. Das Solarmodul in acht Metern Höhe in einer Fassadenanlage kann man nicht einfach mal schnell ausbauen, um den darunterliegenden Mikrowechselrichter oder DC-Optimierer zu tauschen. „Deshalb führen wir die Fassadenstrings zusammen und schließen sie an unsere Wechselrichter an, in einem leicht zugänglichen Betriebsraum“, erläutert Ralf Kleinknecht, Geschäftsführer von Solarinvert. „Das haben wir beispielsweise bei einem Haus in Zürich gemacht, bei dem alle Seiten mit Solarfassaden versehen waren. Insgesamt wurden 29 Kilowatt Solarleistung angeschlossen.“

Neue Platinen für Solarfassaden

Die neue Generation der Low-Voltage-Wechselrichter wurde mit neuen Platinen ausgerüstet, die speziell für die Fassadenintegration geeignet sind. Denn noch immer trauen sich viele Installateure nicht an kleinteilige Dächer, die obendrein häufig verschattet sind. Dieser Markt ist nur sehr klein, und dort konkurriert Solarinvert beispielsweise mit den bekannten DC-Optimierern. Generell geht der Trend eher zu größeren Anlagen zwischen acht und zehn Kilowatt, das bringt der Eigenverbrauch mit sich.

Für die Solarfassaden gab es bisher keine wirklich überzeugende Idee zur elektrischen Anbindung der Module. Mit den PPI-Umrichtern könnte die gebäudeintegrierte Photovoltaik einen neuen Schub bekommen. Denn die Elektronik wurde für Objekte mit lichtschwachen Verhältnissen optimiert. Auch Solarmodule für Balkone lassen sich damit gut anschließen.

Mehr Sicherheit, besserer Service

Entscheidend für Solarfassaden sind zwei Kriterien: Zum einen muss die Anschlusstechnik leicht zugänglich sein, sollte also nicht an den Modulen selbst befestigt sein oder irgendwo unmittelbar hinter der Fassade. Denn das hat brandschutztechnische Konsequenzen, falls in der Elektronik ein Hotspot entsteht, zum Beispiel durch eine fehlerhafte Lötstelle. „Unter Umständen werden die Bypassdioden an der Fassade sehr warm“, erläutert Ralf Kleinknecht. „Man darf die Erwärmung der Module nicht unterschätzen.“

Zum anderen muss die Anlagenwartung genauso einfach sein wie bei den normalen Dachanlagen. Dafür ist es besser, die Solarmodule per DC-Verkabelung mit zentral aufgehängten Wechselrichtern zu verbinden. Aufgrund der Parallelschaltung liegt die DC-Spannung am Wechselrichter nicht höher als 70 Volt.

Mittlerweile wurden solche Kleinumrichter in einigen Tausend Solaranlagen verbaut. Denn Solarinvert ist schon seit 2003 im Photovoltaikgeschäft tätig, hat seinerzeit den Solar Star 1.500 für Würth entwickelt und gebaut. Dieser Kleinwechselrichter entsprach dem Geist der damaligen Zeit, als die Photovoltaik noch sehr kleine Brötchen backte. Die Eingangsspannung war auf 70 Volt begrenzt, ab 30 Volt begann der kleine Umrichter zu arbeiten. Es wurden immer zwei Solarmodule in Reihe geschaltet und dieser Doppelstring dann parallel aufgeschaltet.

Heute hat der PPI zwischen 50 und 80 Volt DC-Spannung, maximal 110 Volt. Die maximale Stromstärke liegt bei 30 Ampere, bis zu fünf Strings lassen sich anschließen. Ein MPP-Tracker ist integriert. Der einphasige Wechselrichter leistet bis zu 1,7 Kilowatt (AC), mit 230 Volt und knapp sieben Ampere. Auch ein Trafo zur galvanischen Trennung ist eingebaut.

Ein Solarturm mit Windturbine

Solche Wechselrichterzwerge erlauben auch ausgefallene Solarinstallationen und die Einbindung von kleinen Windrädern. Solarinvert bietet Windumrichter mit 300 Watt bis 2,4 Kilowatt Leistung an. In Unterhaching wurde ein werbewirksamer Solarturm errichtet, dessen vier Fassadenseiten allesamt mit Photovoltaik verkleidet sind. Die Gesamtleistung beträgt 5,44 Kilowatt, die Fassaden wurden mit Kleinwechselrichtern mit je 2,2 Kilowatt verschaltet. „Sobald die Sonne rauskommt, liefert der Turm über den Tag hinweg konstant Strom bis zum Sonnenuntergang“, erzählt Ralf Kleinknecht.

Zum Einsatz kamen CIS-Module, naturgemäß sind Teile der Anlage immer verschattet. Ergänzt wurde der Solarobelisk durch ein kleines Windrad (Turbina TE 20: ein Kilowatt Leistung) auf der Spitze. Eine Ladesäule ist ebenfalls angeschlossen, um Elektroautos zu tanken.

Keine Lichtbögen, keine PID

Geringe Spannungen am Wechselrichter haben einige charmante Vorteile: Sollte sich ein Marder durch die Kabel fressen, ist die Gefahr von Lichtbögen sehr gering. Das hat für den Brandschutz von Solarfassaden eine enorme Bedeutung. Fehler in der Technik oder bei ihrer Installation wirken sich einfach nicht so verheerend aus wie in Systemen mit 800 oder 1.000 Volt im Solarstring.

Schlimmer noch sind Defekte in Anschlussdosen, kalte Lötstellen, lose Schrauben, unsauber gekrümmte Steckkontakte oder schlecht verarbeitete Zellverbinder in den Modulen. Hier entstehen Lichtbögen auf engstem Raum – gefürchtete Hotspots, die man mit bloßem Auge nicht erkennen kann. Auch um solche Risiken möglichst klein zu halten, sollte man auf der DC-Seite die Spannungen so niedrig wie möglich wählen.

Weil beim Solarinvert PPI immer Modulpaare parallel aufgeschaltet werden, sind auch die Ströme durch die separate Verkabelung nie höher als der Strom eines Moduls. Trotz niedriger Spannungen braucht man keine großen Kabelquerschnitte.

Komplette Lösungen für Architekten

Des Weiteren vermeidet die parallele Verschaltung der Module vorzeitige Leistungsverluste aufgrund der potenzialinduzierten Degradation (PID), die durch hohe Spannungen im Solarstring verursacht wird.

Selbstverständlich haben die Wechselrichter für kleine DC-Spannungen nur begrenzte Märkte im Blick, derzeit eher Nischen. Aber beispielsweise die Gebäudeintegration der Solarmodule an den Fassaden dürfte in den kommenden Jahren deutlich zulegen. Auch dabei geht es fortan immer weniger um die Solarpaneele, sondern um komplette Lösungen für die Architekten.

www.solarinvert.de

Literatur

Fussnoten

  • Wechselrichter für die Solarfassade in Zürich: Sie sind leichter zugänglich als DC-Optimizer direkt am Modul.

  • Kleine und teilverschattete Systeme lassen sich mit den Umrichtern gut planen.

Foto: Solarinvert

Grafiken: Solarinvert

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