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Modulwechselrichter: Höherer Energieertrag und mehr Sicherheit

Seit vergangenem Jahr haben Modulwechselrichter für Photovoltaikanlagen ihren Siegeszug angetreten. Modulwechselrichter beheben elegant und wirkungsvoll viele Probleme, die durch konventionelle Strang- oder Zentralwechselrichter verursacht werden. Modulwechselrichter wandeln den aus dem Solarmodul gewonnenen Gleichstrom direkt am Solarmodul in Wechselstrom um und ersetzen somit Strang- oder Zentralwechselrichter. Da beim Einsatz von Modulwechselrichtern keine Kabel mit hohen Gleichspannungen auf dem Dach verlegt sind, bieten diese Systeme eine erhöhte Sicherheit bei der Installation, dem Betrieb oder bei der Entfernung der Anlage. Die Gefahr von tödlichen Stromschlägen und Brand ist deutlich geringer. Auch werden die Arbeiten der Feuerwehr im Falle eines Brandes vereinfacht.
Traditionell sind Solarmodule in einer als Strang bekannten Serie hintereinandergeschaltet. Der Gleichstrom aus diesem Strang wird in einen einzigen Wechselrichter geleitet, den man als Strang- oder Zentralwechselrichter bezeichnet und der wiederum an das Netz angeschlossen ist. Der Modulwechselrichter hingegen wird am Montagesystem hinter jedem einzelnen Modul angebracht. Um Kosten zu sparen, kann alternativ ein dualer Wechselrichter aus zwei Modulen gespeist werden, ohne dass es dadurch zu Einbußen bei der Gesamtleistung des Systems kommt. Die Modulwechselrichter sind parallel geschaltet, und ihre Ausgangsleistung kann ins Netz gespeist werden. Der Wechselstromausgang aus dem Modulwechselrichter ist phasengleich mit dem Stromnetz und zeigt eine hohe Stromqualität bei geringer Verzerrung und fast einheitlichem Leistungsfaktor.

Modulwechselrichter – handfeste Vorteile

Modulwechselrichter maximieren die erzeugte Energie aus jedem Solarmodul und somit aus der gesamten Photovoltaikanlage. Dies wird mittels Betrieb im Punkt der maximalen Leistung (Maximum Power Point Tracking, MPPT) und einer Leistungsoptimierung erreicht. Durch das Nachführen (Tracking) jedes einzelnen Solarmoduls wird eine maximale Energieerzeugung gewährleistet. Eine Leistungsbeeinträchtigung einzelner Module durch fehlerhafte Anpassung, Verschattung durch Wolken oder andere Hindernisse wie Bäume oder Schornsteine oder Behinderungen wie Blätter oder Verschmutzung haben keine Auswirkungen auf die restlichen Module und somit nur einen minimalen Einfluss auf die mit der Gesamtsolaranlage gewonnene Energie. Dies bringt gewöhnlich eine verbesserte Energieerzeugung von 5 bis 20%.

Detaillierte Informationen in Echtzeit

Modulwechselrichter bieten ein Monitoringsystem, das herkömmlichen Systemen überlegen ist, da der Ertrag jedes einzelnen Moduls überwacht werden kann. Betreiber und Installateure erhalten detaillierte Informationen in Echtzeit und haben somit die Möglichkeit, die Performance der Solaranlage über die gesamte Laufzeit zu verfolgen. Mit diesem System können einzelne, fehlerhafte Module erfasst werden, was eine erhebliche Verbesserung gegenüber Strangsystemen darstellt.

Hohe Lebensdauer

Die Modulwechselrichter ersetzen String- und Zentralwechselrichter, die häufig das schwächste Glied einer Solaranlage sind, da sie in aller Regel mindestens einmal über die Laufzeit der Solaranlage überholt bzw. komplett ausgetauscht werden müssen. Die Geräte gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb über die gesamte erwartete Lebensdauer von 25 Jahren. Dies entspricht der Lebensdauer von Solarmodulen. Um dieses hohe Maß an Zuverlässigkeit zu erreichen, verfügen die Modulwechselrichter von Enecsys über drei Haupteigenschaften: eine patentierte, widerstandsfähige Topologie, hochtemperaturbeständige und robuste Komponenten und eine patentierte Speichertechnik. Dabei werden Dünnschichtkondensatoren anstelle von weniger zuverlässigen Elektrolytkondensatoren eingesetzt.

Individuelle Anpassung der Anlagengröße

Modulwechselrichter erschließen große neue Märkte durch Schatten eingeschränkte Dächer, gebäudeintegrierte PV (Fassaden und unebene Oberflächen) und PV auf Strommasten und/oder Straßenlampen. Sie bieten eine modulare Anpassung an die Anlagengröße, das heißt die Anzahl der Module wird optimal an die verfügbare Fläche angepasst.

Erhöhtes Feuerrisiko bei herkömmlicher Technik

PV-Module erzeugen bei Tageslicht eine Gleichspannung, die, bedingt durch die Reihenschaltung mehrerer Module (Strang), Werte bis 1.000V erreichen können. Diese Gleichspannung wird mittels eines Wechselrichters in eine Wechselspannung umgewandelt und im Hauptverteilerkasten ins Netz eingespeist. Auch wenn der Wechselrichter über die Hauptsicherung abgeschaltet werden kann, existiert weiterhin die durch die Module erzeugte, hohe Gleichspannung auf dem Dach. Diese wird durch eine vom Dach ausgehende, bis in den Keller bzw. zum Ort des Wechselrichters reichende Installation an die Wechselrichter weitergeleitet. Somit besteht im gesamten Haus ein erhöhtes, durch Kurzschlüsse bedingtes Feuerrisiko. Auf der Wechselspannungsseite schützen Leistungsschalter und schalten Kurzschlüsse sicher ab, sodass Lichtbögen nicht entstehen können. In einer PV-Anlage gibt es weniger Möglichkeiten der sicheren Abschaltung, um Lichtbögen, die zu einem Brand führen können, zu verhindern. Die Ursachen für einen Brandfall auf der Gleichstrom-Seite können verschiedener Herkunft sein. Durch die Alterung der PV-Anlagen oder schadhafte Isolierungen können Brände, ausgelöst durch Lichtbögen, entstehen. Dies kann z.B.l im Bereich der Generatoranschlusskästen geschehen. Einige PV-Anlagen verfügen über eine Trennstelle am Ende des Strangs, um so die hohe Gleichspannung von der Trennstelle zum Wechselrichter abzuschalten. Dieses Abschalten eliminiert jedoch nicht das Vorhandensein der hohen Gleichspannung auf dem Dach, was zu hohen Risiken für die Feuerwehren im Brandfall führt. Nach VDE 0100 Teil 410 ist die Berührungsspannung bei Gleichspannung mit mehr als 120V lebensgefährlich. Deshalb muss die Feuerwehr zuerst auf die Suche nach Trennschalter oder Wechselrichter gehen. Die Feuerwehren dürfen keine Anschlusskästen öffnen, da durch hohe Gleichspannung die Gefahr eines Lichtbogens entsteht. Neuere Anlagen werden gemäß VDE 0100-7-712 mit einer Gleichstrom-Freischaltstelle (DC-Schalter) vor dem Wechselrichter ausgestattet, die aber häufig im Keller eingebaut wird, sodass auch nach dem Ausschalten die Solarmodule selbst und die Leitungen bis zum DC-Schalter noch unter Strom stehen.

Theoretische Lösungskonzepte

Es gibt verschiedene, aber zum Teil eher theoretische Lösungskonzepte. Z.B. könnten Notausschalter direkt an den Modulen angebracht werden, die auch im Brandfall noch sicher und zentral bedient werden können. Hier ist die Problematik, dass solche Schalter bisher nicht zu akzeptablen Preisen bis zur Serienreife entwickelt werden konnten. Eine andere Möglichkeit wäre, die PV-Anlage durch eine Abdeckung total zu verdunkeln, sodass keine Energie mehr erzeugt wird und sich die Anlage automatisch abschaltet. Allerdings würde eine technische Umsetzung im Ernstfall scheitern. Außerdem könnte durch das Auftragen einer dicken Löschschaumschicht eine Reduzierung der hohen Gleichspannung erreicht werden. Allerdings wird die ursprüngliche Stromleistung nach wenigen Minuten wieder erreicht.

Modulwechselrichter verringern Brandrisiko

Modulwechselrichter reduzieren das Risiko der Entstehung von Bränden sowie für die Feuerwehren im Löschfall. Gerade was die Brandschutzproblematik im Zusammenhang mit PV-Anlagen auf Dächern angeht, bieten Systeme mit Modulwechselrichtern erhebliche Vorteile: Durch den Einsatz von Modulwechselrichtern können die zuvor beschriebenen Risiken minimiert bzw. gänzlich beseitigt werden, da die Modulwechselrichtertechnologie die Ursachen für einen Brand und die Gefahren beim Löschen einer PV-Anlage erheblich verringert und komplett ausschließen kann. Modulwechselrichter wandeln die Modulspannung direkt am jeweiligen Modul in eine Wechselspannung um, das heißt, hohe Gleichspannungen werden nicht erzeugt und liegen somit nicht vor. Diese Technik vermeidet das Risiko von Lichtbögen und bedeutet somit hohe Sicherheit.

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