Photovoltaik
PV-Leistungsoptimierer: wie funktionieren sie und wann machen sie Sinn?
Der Ertrag einer Photovoltaikanlage kann durch teilweise Verschattungen stark beeinträchtigt werden. Denn da Solarmodule auf Einfamilienhäusern üblicherweise in Reihe geschaltet sind, richtet sich die Leistung der gesamten Anlage immer am schwächsten Modul aus. Sogenannte Leistungsoptimierer können solche „Mismatching-Verluste“ verhindern. Wann lohnt sich der Einbau?
Problematisch: Reihenschaltung plus Teil Verschattung.
Die Module von Solaranlagen auf Wohngebäuden sind in den meisten Fällen in Reihe geschaltet, denn diese Art der Installation hat im Vergleich zur Parallelschaltung einige Vorteile: Es werden höhere Wirkungsgrade erzielt, die Übertragungsverluste sind geringer und auch die Kosten für den Wechselrichter sind niedriger. Aber: Bei teilweiser Verschattung fallen die Leistungsverluste deutlich höher aus, denn das schwächste Glied der Modul-Kette beeinflusst die Leistung der gesamten PV-Anlage. Schlimmstenfalls entstehen durch die Abschattung einzelner Bereiche sogar sogenannte Hot Spots, die zur Zerstörung einzelner Solarzellen führen können. Die Ursache solcher „heißer Flecken“ ist, dass sich der Innenwiderstand verschatteter Solarzellen erhöht, diese aber weiterhin vom vollen Strom der nicht verschatteten Zellen durchflossen werden und schließlich überhitzen.
Was können sogenannte Leistungsoptimierer dagegen tun?
Leistungsoptimierer sind kleine, kastenförmige Bauteile, die an jedem Solarmodul angebracht werden. Dort ermitteln und optimieren sie jeweils den individuellen „Maximum Power Point“ (MPP), also den Punkt, an dem ein Modul die maximale Leistung erzeugt. Einfacher gesagt: Die Leistungsoptimierer sorgen dafür, dass ein einzelnes Modul nicht die Leistung der anderen Module beeinträchtigt bzw. in seiner Leistung nicht durch andere Module limitiert wird.
Lohnt sich der Einbau von Leistungsoptimierern?
Ob eine Investition in Leistungsoptimierer wirtschaftlich Sinn macht, ist von Fall zu Fall verschieden. Wenn einzelne Bereiche einer PV-Anlage nur gelegentlich für kurze Zeit verschattet sind, z.B. früh morgens kurz nach Sonnenaufgang, ist das kein Problem. Auch die Gefahr, dass sich Hot Spots aufgrund von Beschattung der PV-Anlage bilden, wenn z.B. mal ein Frisbee auf dem Dach landet, besteht bei modernen Solaranlagen nicht mehr. Denn Solarzellen sind heutzutage mit Bypass-Dioden ausgestattet, welche die Zellen bei drohender Überhitzung überbrücken. Der Einbau von Leistungsoptimierern lohnt sich daher nicht, wenn eine Dachfläche an normalen Tagen gleichmäßig viel Sonne abbekommt.
Anders sieht es aus, wenn einzelne Module regelmäßig anderen Bedingungen ausgesetzt sind als die übrigen Bereiche der PV-Anlage; zum Beispiel wegen teilweiser Verschattung, unterschiedlichen Anstellwinkeln oder, weil verschiedene Modultypen verbaut sind. In solchen Fällen können Leistungsoptimierer den Ertragsverlust reduzieren und die Auswirkungen von Verschattung der PV-Anlage minimieren. Jedoch sollten vorher die zusätzlichen Kosten gegen den zu erwartenden Nutzen abgewogen werden. Anbieter von Leistungsoptimierern versprechen häufig eine Steigerung des Stromertrags von bis zu 25%. Dieser Maximalwert wird jedoch nur selten erreicht. Bei allen Berechnungen sollte auch mit einkalkuliert werden, dass die Leistungsoptimierer Strom verbrauchen und dadurch den Ertrag einer Anlage um bis zu 1% verringen können. Und – auch wenn es banal klingt: zuallererst sollte man prüfen, ob die Ursache einer teilweisen Verschattung einfach beseitigt werden kann. Zum Beispiel durch das Zuschneiden eines Baums, das Versetzen einer Satellitenschüssel oder ähnliche Maßnahmen.
Wenn Sie das Gefühl haben, dass sich der Einbau von Leistungsoptimierern bei Ihrer PV-Anlage lohnen könnte, bspw. aufgrund von Beschattung der Solarmodule oder unterschiedlicher Anstellwinkel, besprechen Sie dies am besten mit einem Fachbetrieb Ihres Vertrauens.
Vorteile von Leistungsoptimierern:
• Mögliche Ertragssteigerung: Leistungsoptimierer können potenziell den Ertrag einer PV-Anlage steigern, wenn einzelne Module unterschiedlich viel Sonne abbekommen.
• Erhöhte Sicherheit bei Störfällen: Leistungsoptimierer reduzieren bei Störungen, z.B. im Brandfall, automatisch die Gleichspannung des Moduls. Dadurch wird die Sicherheit für Installateure, Wartungspersonal und Feuerwehrleute erhöht.
• Monitoring-Funktion: Die meisten Leistungsoptimierer verfügen über eine Software, mit der sich die Leistungswerte des Moduls über das Smartphone abrufen lassen. Dadurch können z.B. defekte Module schneller identifiziert und repariert bzw. ausgetauscht werden.
• Mehr Flexibilität bei der Planung: Leistungsoptimierer machen es einfacher, verschiedene Modultypen, Ausrichtungen und Neigungswinkel innerhalb einer PV-Anlage zu kombinieren.
Nachteile von Leistungsoptimierern
• Zusätzliche Kosten: Die Ausstattung einer PV-Anlage mit Leistungsoptimieren schlägt mit ca. 50 – 200 Euro pro Kilowatt/peak (kWp) zu Buche. Ob diese Investition durch den verbesserten Ertrag ausgeglichen werden kann, ist für jeden Einzelfall zu prüfen.
• Höherer Wartungsaufwand: Je mehr Technik auf dem Dach installiert ist, umso eher kann auch etwas kaputt gehen. Der Einbau von Leistungsoptimierern kann möglicherweise erhöhte Reparaturkosten nach sich ziehen.
• Leicht erhöhter Energieverbrauch: Leistungsoptimierer benötigen Strom. Zwar nicht mehr als 1% des Gesamtertrags der PV-Anlage, aber auch das sollte in die Kosten-Nutzen-Kalkulation mit einfließen.
Fazit
Leistungsoptimierer sind elektrische Bauteile, die jeweils an den einzelnen Modulen einer PV-Anlage angebracht werden. Sie können den Ertragsverlust der Solaranlage reduzieren, wenn einzelne Bereiche unterschiedlichen Bestrahlungsintensitäten ausgesetzt sind; zum Beispiel aufgrund von Verschattung oder wegen verschiedener Neigungswinkel. In solchen Fällen ist die zu erwartende Ertragsverbesserung gegen die zusätzlichen Kosten individuell abzuwägen. Wenn alle Module einer Anlage ähnlich viel Sonne abbekommen, lohnen sich Leistungsoptimierer nicht.
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