Geballte Power im Feld

Immer mehr Power in immer weniger Raum, so lautet die Philosophie von Delta Energy Systems. Und tatsächlich, die Leistungsdichte bei Wechselrichtern wächst kontinuierlich. Bei 96 Kilowatt pro Kubikmeter war der Technologiekonzern 2009 mit seiner trafolosen Serie gestartet. Innerhalb von acht Jahren hat die Forschungs- und Entwicklungsabteilung die Leistungsdichte der Geräte auf das mehr als Achtfache gesteigert. Der jüngste, auf der Intersolar vorgestellte Inverter M88H erreicht 815 Kilowatt pro Kubikmeter. Er wird ab Anfang 2017 ausgeliefert.

Leistung pro Kilogramm entscheidet

Das Verhältnis von Größe und Leistung ist aus Sicht von Delta entscheidend – weniger die eingebaute Leistung pro Kilogramm. Der neue Wechselrichter mit 88 Kilowatt Ausgangsleistung ist sogar noch kleiner als der RPI M50A mit 50 Kilowatt. Er misst nur 64 Zentimeter in der Höhe, ist 61,5 Zentimeter breit und 27,5 Zentimeter tief. Vergleicht man die Ausmaße des M88H mit dem älteren Solivia 15 TL, der um den Jahreswechsel 2009/10 auf den Markt kam und nur 15 Kilowatt Ausgangsleistung hat, so werden die Größenunterschiede noch deutlicher (siehe Bild). Die Außenmaße sind zwar vergleichbar, allerdings enthält der M88H bei fast sechsfacher Ausgangsleistung zusätzlich zum Leistungsteil einen Anschlusskasten. Der Leistungsteil selbst ist um etwa ein Drittel kleiner als beim Solivia 15 TL.

Ein Aluminiumgehäuse schützt die Geräte vor Feuchtigkeit und Korrosion. Die Wechselrichter liefern die volle Ausgangsleistung bei Umgebungstemperaturen von – je nach Modell – bis zu 40 bis 48 Grad Celsius bei voller Einspeisung. Erst wenn diese Temperaturmarke überschritten wird, drosselt die Elektronik die Leistung. Die maximale Betriebstemperatur liegt mit 60 Grad Celsius bei allen Geräten deutlich höher.

Auch im Freien aufstellbar

Wie alle Wechselrichter von Delta Energy Systems hat der neue M88H Schutzgrad IP 65 und ist damit auch für die Aufstellung im Freien zugelassen. Zu den Vorzügen des Wechselrichters gehört, dass die Lüfterbaugruppe für eine Reinigung oder einen Austausch einfach und schnell entfernt werden kann – ohne dafür den Wechselrichter ausschalten zu müssen.

Der generelle Markttrend bestätigt die Strategie von Delta Energy Systems: Stringwechselrichter in größeren Solarparks zu nutzen, eröffnet mehr Spielraum bei der Anlagenplanung und minimiert bei partiellen Anlagenstörungen die Ertragsausfälle. Zudem kann jeder String einzeln im Monitoring überwacht werden.

Und auch Investoren sollte dieser Trend interessieren: Marktdaten zeigen zwar, dass die Investitionskosten bei String- und Zentralwechselrichtern relativ identisch sind. Allerdings unterscheiden sich die Installations- und Betriebskosten deutlich.

Separater DC-Anschlusskasten nötig

Ein Zentralwechselrichter braucht ein solides Fundament und einen größeren Kran vor Ort. Alleine die Kranmiete beträgt rund 2.000 Euro pro Tag. Im Normalfall ist ein erfahrener Kranfahrer ebenso nötig wie eine bereits asphaltierte Straße auf dem Anlagengelände. Da Zentralwechselrichter zudem in die Mittelspannung einspeisen, braucht es auch einen Installateur, der solche höheren Spannungen anschließen darf. Auch die Sicherheitsrichtlinien sind für Zentralwechselrichter aufwendiger. Beispielsweise ist ein separater DC-Anschlusskasten vorgeschrieben, der zwischen je 100 Kilowatt Modulleistung und dem Zentralwechselrichter installiert sein muss. Und das erhöht wiederum die Kosten.

Der Stringwechselrichter M88H wird dagegen mit allen auf der DC-Seite benötigten Komponenten geliefert, sogar der Anschlusskasten ist bereits im Gerät integriert. Aufgrund seines vergleichsweise geringen Gewichts werden für Transport und Heben am Installationsort nur ein Kleintransporter und eine leichte Hebevorrichtung benötigt.

Auch im Schadenfall ist ein String- dem Zentralwechselrichter überlegen. Fällt ein Zentralwechselrichter mit einem Megawatt Leistung aus, kostet das den Anlagenbesitzer etwa 500 Euro pro Tag, wenn man eine potenzielle Energieproduktion von 10.000 Kilowattstunden unterstellt. Bei einem kleineren Wechselrichter mit 88 Kilowatt Leistung und 880 Kilowattstunden Ertrag kostet das nur 44 Euro – und damit weniger als ein Zehntel. Das Risiko eines hohen Ertragsausfalls ist wesentlich geringer.

Bringt 74 Kilogramm auf die Waage

Bei einem technischen Defekt muss bei Zentralwechselrichtern immer ein Spezialist anrücken, der spontan verfügbar sein muss, nicht notwendigerweise in unmittelbarer Nähe wohnt und wie bei der Installation erneut schweres Gerät braucht. Ein Stringwechselrichter hingegen kann von jedem lokalen Elektriker vor Ort einfach und schnell ausgetauscht werden. Auch aufgrund des geringeren Gewichts. Ein RPI M50A wiegt zum Beispiel 74 Kilogramm. Beim M88H bringt der Leistungsteil, der vom Anschlusskasten getrennt werden kann, nur 68 Kilogramm auf die Waage, das komplette Gerät wiegt etwa 84 Kilogramm.

Mindestabstand einhalten

Um die im Datenblatt angegebene Leistung in der Realität auch erreichen zu können, ist ein ausreichender Geräteabstand mitentscheidend. Die Forschungsabteilung von Delta arbeitet mit Simulationstools, um den Mindestabstand zwischen einzelnen Wechselrichtern zu berechnen. Auf Wärmebildern, die mithilfe von Thermografiekameras erstellt werden, ist erkennbar, welcher Geräteabstand notwendig ist, damit einerseits die abgegebene Wärme entweichen kann und andererseits keine warme Abluft von benachbarten Wechselrichtern angesaugt wird.

Der neue Wechselrichter erreicht einen maximalen Wirkungsgrad von 98,8 Prozent, der EU-Wert steht mit 98,5 Prozent im Datenblatt. Bei dem Preisdruck im Markt der Wechselrichter zählt jeder Hundertstelprozentpunkt an Effizienz. Entwickelt wurde der M88H vor allem für den Einsatz in gewerblichen Solarparks.

Der M88H verfügt über zwei MPP-Tracker und arbeitet mit Eingangsspannungen von bis zu 1.000 Volt DC. Eine Schutzvorrichtung sichert das Gerät sogar bis 1.100 Volt DC Leerlaufspannung ab. Im M88H arbeiten zwei Booster, die die Eingangsspannung entsprechend der Vorgabe der beiden MPP-Tracker auf ein optimales Spannungsniveau heben.

Wechselstromseitig kann der M88H an Netze mit 400 oder 480 Volt angeschlossen werden. Mit einer um 80 Volt höheren Netzspannung verringern sich durch den niedrigeren AC-Strom die wärmebedingten Kabelverluste bei gleichem Kabelquerschnitt und gleicher Kabellänge um etwa vier Prozent. Im Umkehrschluss kann man den Kabelquerschnitt verringern, da die Ströme niedriger sind, und auf diese Weise Kosten bei den Kabeln sparen.

Spannungsabfall berücksichtigt

Der M88H ist so ausgelegt, dass er Netzüberspannungen bis 30 Prozent über der Nennspannung aushält. Damit sind die Spannungsabfälle in den Kabeln zwischen Netzanschlusspunkt und dem Wechselrichter besser berücksichtigt.

In dem Anschlusskasten sind berührungssichere Überspannungsableiter integriert. Ein mechanischer DC-Trennschalter stellt sicher, dass der Wechselrichter auch unter Last von den Solarmodulen getrennt werden kann.

Da bei trafolosen Geräten wie dem M88H keine galvanische Trennung zwischen dem Wechselrichter und den Photovoltaikmodulen existiert, überwacht das Gerät permanent den Fehlerstrom.

Die Leistungsmodule sind mit besonders belastbaren Bauelementen aus Siliziumkarbid (SiC) bestückt. Dieses Material ist äußerst hart und enorm verschleißbeständig. Zudem bleibt gerade auch bei hohen Temperaturen die sehr gute Wärmeleitfähigkeit erhalten, und bei Temperaturschwankungen dehnt sich das Material nur minimal aus. Siliziumkarbid spielt somit eine wichtige Rolle, um die Energieverluste zu verringern und die Effizienz des Wechselrichters zu verbessern. Vor allem erhöht das eingebaute Keramikmaterial die Zuverlässigkeit des Wechselrichters – und für die Anlagenbetreiber ist schlussendlich am wichtigsten, dass der Wechselrichter konstant in das Stromnetz einspeist.

Durch die enge, kontinuierliche Zusammenarbeit mit Zertifizierungsunternehmen schon während der Produktentwicklung ist sichergestellt, dass der M88H die nationalen Netzanschlussrichtlinien der wichtigen europäischen Netzbetreiber erfüllt. Dank voreingestellter Ländersettings lässt sich der Wechselrichter in wenigen Schritten am Display konfigurieren und in Betrieb nehmen. Verschiedene passwortgesicherte Zugangsebenen schützen individuelle Eingriffsrechte.

Keine Grenze für Stringwechselrichter

Um Betriebsdaten erfassen und auswerten zu können, hat der neue Wechselrichter zwei RS485-Schnittstellen. Die Kommunikation kann über ein Delta-eigenes oder das Sunspec-Protokoll erfolgen.

Der Anschlusskasten des M88H erfüllt die Anforderungen nach Schutzklasse II, die von den Sicherheitsvorschriften vieler europäischer Länder verlangt wird. Egal, ob Solarpaneel auf dem Eigenheim oder industriell betriebene Großanlage – für den Einsatz von Stringwechselrichtern gibt es aus Sicht von Delta keine Größenbeschränkungen.

Den Wechselrichter RPI M50A hat das Unternehmen beispielsweise im größten Solarpark Skandinaviens mit 50 Megawatt Leistung im dänischen Landkreis Vandel eingebaut. Die Geräte sind vor direkter Sonne und Regen geschützt unter den Solarmodulen installiert.

Im Hafenstädtchen Port-Saint-Louis-du-Rhône bei Marseille ging im Sommer 2016 die größte industrielle Dachsolaranlage Frankreichs mit 6,7 Megawatt Leistung ans Netz. Delta lieferte dafür 112 seiner RPI-M50A-Wechselrichter, die die Energie von den rund 25.000 Solarmodulen mit je 270 Watt umwandeln. Um möglichst effizient zu arbeiten, sind die Wechselrichter in vier Gruppen angeordnet, um so die Kabellänge und damit die Kabelverluste zu minimieren.

Delta Energy Systems hält Stringwechselrichter in Multimegawattanlagen für eine vielversprechende Option. Das Unternehmen steht nicht nur für die technische Weiterentwicklung, sondern auch für den technischen Support bereit und bildet Installateure aus, die mit Delta-Geräten arbeiten.

Umrichter werden immer kompakter

Die Erfahrungen aus dem Feld geben dem Hersteller Delta recht: Die physikalischen Leistungsgrenzen sind bei Weitem noch nicht erreicht. Delta wird auch künftig verstärkt daran arbeiten, das Gewicht zu senken, die Effizienz zu steigern und immer kompaktere Wechselrichter zu entwickeln.

www.solar-inverter.com

www.delta-emea.com

Stringwechselrichter 30 bis 100 kW

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Patrick Schahl

Der Ingenieur hat an der Polytech Paris-UPMC Elektrotechnik studiert und arbeitet als Produktmanager für den europäischen Markt bei Delta Energy Systems. Er hält zudem einen Master in Betriebswirtschaft (MBA) der Uni Straßburg. Der gebürtige Franzose arbeitete elf Jahre in der Telekommunikationsbranche, bevor er 2008 in die Solarbranche wechselte. Er ist seit 2010 bei Delta.