Leistungsoptimierer sind spezielle Geräte, die in Photovoltaiksystemen verwendet werden, um die Gesamtleistung der Solaranlage zu verbessern. Hier sind einige Details:

Fachliche Erklärung:

Im Wesentlichen ist ein MLPE-Gerät (Module Level Power Electronics) ein Spannungswandler mit eingebauter Kommunikationsfähigkeit. Genaugenommen handelt es sich um einen DC-DC-Wandler, dessen ausgangsseitige Gleichspannung entweder größer oder kleiner als die eingangsseitige Gleichspannung eingestellt werden kann.

Gut zu wissen: In modernen String-Wechselrichtern ist diese Funktion, bezeichnet als Maximum-Power-Point-Tracking (MPPT)-Eingang, oft direkt integriert.

Funktionsweise:

Leistungsoptimierer werden normalerweise zwischen den einzelnen Solarmodulen und dem zentralen Wechselrichter in einer Solaranlage installiert. Ihr Hauptziel ist es, den Energieertrag der Solarmodule zu maximieren, insbesondere unter Bedingungen wie Teilschatten, unterschiedlichen Ausrichtungen oder Modulmismatch, die sonst die Gesamtleistung beeinträchtigen könnten.

Teilschatten-Minimierung:

Wenn nur ein Teil eines Solarmoduls durch Schatten bedeckt ist, kann dies die Leistung des gesamten Moduls stark beeinträchtigen. Leistungsoptimierer sollen helfen, diesen Effekt zu minimieren, indem sie sicherstellen, dass jedes Modul individuell auf seinem optimalen Leistungspunkt arbeitet, unabhängig von den anderen Modulen in der Anlage.

Überwachung und Datenerfassung:

Viele Leistungsoptimierer verfügen über Überwachungsfunktionen, die es ermöglichen, den Betrieb jedes Solarmoduls in Echtzeit zu überwachen. Dies ermöglicht es den Anlagenbetreibern potenzielle Probleme frühzeitiger zu erkennen.

Langlebigkeit:

Die meisten Leistungsoptimierer haben einen Garantiezeitraum von 25 Jahren. Daher wird oft fälschlicher weise angenommen, dass sie auch so lange halten. In Wahrheit ist es jedoch nicht unüblich, wenn bereits nach 2-3 Jahren die ersten Leistungsoptimierer ihren Dienst quittieren.

Es ist wichtig zu beachten, dass Leistungsoptimierer von Mikroinverters zu unterscheiden sind. Während Leistungsoptimierer auf Modulebene arbeiten und genau genommen DC-DC-Wandler sind, wandeln Mikroinverter für jedes einzelne Solarmodul separat den Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC ) um, ohne einen zentralen Wechselrichter. Beide Technologien zielen jedoch darauf ab, die Gesamtleistung von Solaranlagen zu verbessern.

Irrtum Nummer 1:

Optimierer erzeugen bei verschatteten PV-Modulen mehr Energie

Dieser Irrglaube basiert auf der Annahme, dass Leistungsoptimierer mehr Energie liefern, wenn ein oder mehrere Module im Schatten stehen. Obwohl der Kern dieser Aussage nicht grundsätzlich unrichtig ist, ist zu berücksichtigen, dass vorübergehend mehr Leistung nicht zwangsläufig zu einem insgesamt höheren jährlichen Energieertrag der Anlage führt. Die Erläuterung hierzu: Ähnlich dem Maximum-Power-Point-Tracker eines modernen String-Wechselrichters passt der Leistungsoptimierer die Betriebsspannung der PV-Module so an, dass sie insgesamt der für den Betrieb des Wechselrichters benötigten String-Gleichspannung entspricht. Wenn also ein oder mehrere PV-Module im Vergleich zu den anderen Modulen im String stark verschattet sind, verhält sich der Leistungsoptimierer ähnlich wie ein MPP-Tracker. Der Strompfad durch die verschatteten Bereiche der PV-Module wird überbrückt – allerdings nicht durch den Leistungsoptimierer selbst, sondern durch die Bypass-Dioden der PV-Module. Infolgedessen betreibt der Leistungsoptimierer nur 1/3 oder 2/3 des PV-Moduls bei einem Maximum Power Point, mit entsprechend reduzierter Ausgangsspannung des verschatteten Moduls.

Leistungsoptimierer zeigen nur dann einen messbaren Anstieg des Energieertrags, wenn Teile der PV-Anlage zur Tagesmitte stark verschattet sind. Dennoch stellt sich die Frage: Wer errichtet schon eine PV-Anlage im Schatten?

Übrigens: Wenn die gesamte Anlage gleichmäßig verschattet ist (beispielsweise durch eine Wolke), bieten Leistungsoptimierer im Vergleich zu Anlagen mit String-Wechselrichtern keine zusätzlichen Erträge.

Irrtum Nummer 2:

Leistungsoptimierer erzeugen mehr überschüssige Energie, als sie selbst verbrauchen

Leistungsoptimierer zeigen einen Ruheverbrauch auf, der mit der Bereitstellung der integrierten Leistungselektronik und Kommunikation zusammenhängt. Diese Geräte benötigen elektrische Energie, die sie aus den PV-Modulen beziehen, wenn diese in Betrieb sind. Zusätzlich passen Leistungsoptimierer die Spannung beinahe kontinuierlich an. Schließlich ist ihre Hauptaufgabe, das Modul mit einer Spannung zu betreiben, die mit der Nenn-Eingangsspannung des Wechselrichters (z. B. 400 VDC) für die gesamte Gruppe in einem String abgestimmt ist.

Unter widrigen Betriebsbedingungen wie Modul-Mismatching (Kombination von PV-Modulen unterschiedlicher Leistung), unterschiedlichen Neigungswinkeln der PV-Module oder einer Verschattung der PV-Module müssen die Leistungsoptimierer ihre Betriebsspannung anpassen. Dies führt zu einem geringeren Wirkungsgrad.

Es gilt zu beachten: Je nach Betriebsbedingungen, desto niedriger ist der Wirkungsgrad, da die Geräte mehr Aufwand betreiben müssen, um die Spannung anzupassen.

Irrtum Nummer 3:

Die Effizienz von Leistungsoptimierern beträgt 99%

Während Wechselrichter einen "Europäisch gewichteten Wirkungsgrad" von bis zu 99 Prozent haben können, gibt es keine standardisierte Methode zur Ermittlung oder Überprüfung des "Europäisch gewichteten Wirkungsgrades" eines Leistungsoptimierers auf Modulebene. Selbst wenn auf den Datenblättern möglicherweise "gewichtete Wirkungsgrade" angegeben sind, handelt es sich dabei um einen Marketingbegriff ohne klare Definition oder standardisierte Prüfung wie beim CEC- oder EU-Wirkungsgrad. Es könnte einen spezifischen Betriebspunkt geben, bei dem ein Leistungsoptimierer einen Wirkungsgrad von 99 Prozent aufweist.

Analyse der Effizienz von Optimierern

In einem Labor in Winterthur wurden PV-Systeme mit und ohne Optimierer vermessen und analysiert. Die Ergebnisse sind seit 2021 öffentlich zugänglich. Die Studien zeigen, dass die tatsächlichen Wirkungsgrade von Optimierern stark von ihrem Betriebspunkt (Eingangs-Ausgangsspannungs-Verhältnis und Leistung) abhängen und realistisch zwischen 96 % und 97,5 % liegen könnten. Dies liegt deutlich unter den oft übertriebenen zweistelligen Prozentgewinnen in den Marketingaussagen der Hersteller von Leistungsoptimierern. Diese Ergebnisse stimmen mit den Resultaten einer im Jahr 2019 veröffentlichten Feldstudie der University of Southern Denmark (SDU) überein.

Irrtum Nummer 4:

Leistungsoptimierer steigern die Sicherheit von PV-Anlagen

Hersteller von Leistungsoptimierern vermarkten ihre zusätzliche Hardware mit dem Versprechen, die Sicherheit von PV-Anlagen zu verbessern. Sie behaupten, dass MLPE-Technologien mit Rapid Shutdown-Funktionalität angeblich dazu beitragen können, Feuerwehreinsätze zu erleichtern und sogar Brände zu verhindern.

Hierbei soll der Optimierer die Ausgangsspannung der PV-Anlage auf einen sicheren Pegel begrenzen. Dies ist jedoch nur wirksam, wenn das Gerät im Brandfall nicht das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat und vor oder während des Brands nicht beschädigt wurde. Im Ernstfall werden Feuerwehrleute keine Möglichkeit haben, die Funktionalität der Dachelektronik zu überprüfen. Stattdessen müssen sie die gesamte PV-Anlage bei der Brandbekämpfung genauso behandeln wie jedes andere elektrische System, unter Einhaltung der erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen und Abstände.

Es ist auch zu beachten, dass der Schutz vor elektrischem Strom für die persönliche Sicherheit von Ersthelfern weitaus relevanter ist als der angepriesene Schutz vor Spannung.