Platinum, Sputnik, Bosch Power Tec, Siemens: Die Krise der Photovoltaik hat nicht nur kleinere Anbieter von Wechselrichtern aus dem Markt katapultiert. Selbst die großen Anbieter wie SMA oder Kaco New Energy mussten harte Einschnitte hinnehmen, sich verschlanken, wie es neudeutsch heißt.
Nun treibt der Eigenverbrauch das Geschäft in Europa. Dafür werden Batteriewechselrichter und Stromspeicher gebraucht. International hebt aber auch der Bau von großen Solarparks ab, eher das Geschäft der großen Zentralwechselrichter oder von leistungsstarken Stringgeräten jenseits von 20 Kilowatt.
Neue Königsklasse der Architektur
Die Konsolidierung in der Wechselrichterbranche hat Luft geschaffen. Hinzu kommen neue Anwendungen der Photovoltaik, beispielsweise sehr kleine Eigenverbrauchsanlagen für die ländlichen Regionen Osteuropas oder Solarfassaden, die neue Königsklasse der Architektur.
Sie verbinden atemberaubende Optik mit der Stromerzeugung, machen die Fassade zum Kraftwerk. Dort sind vor allem Dünnschichtmodule und die noch sehr junge organische Photovoltaik auf dem Vormarsch.
Solarinvert aus Freiberg am Neckar hat die Krise überstanden, auch wegen der sehr speziellen Produkte. „Hochvoltwechselrichter sind Massenware und weitgehend austauschbar geworden. Wie bei Solarmodulen ist der Kostendruck enorm und das Einsparpotenzial schon weitgehend ausgeschöpft“, erläutert Tobias Schwartz, Geschäftsführer von Solarinvert. „Um Kosten zu sparen, müssen die Geräte immer kompakter und leichter werden.“
Höhere Spannung bedeutet kleinerer Strom bei gleicher Leistung. Weniger Strom heißt weniger Kupfer und kleinere Geräte, also günstigere Herstellungskosten. „Hohe Systemspannungen sind aber für den Anwender nicht immer von Vorteil“, urteilt Schwartz. „Deshalb brechen wir mit diesem Trend und konzentrieren uns auf Anwendungen, wo eine möglichst effiziente Verarbeitung von kleinen Spannungen gefordert ist.“
Nur 24 bis 96 Volt im System
Kleine Spannungen liegen zwischen 24 und 96 Volt. Das sind zwei oder drei Module in Reihe, nicht 25 oder mehr wie bei DC-Systemen mit 1.000 Volt Systemspannung.
Doch diese kurzen Strings lassen sich parallel verschalten, um ähnlich große Leistungen zu erzielen. „Durch die Parallelschaltung wird der Strom auf viele Kabel verteilt, wodurch sich die Leitungsverluste in Grenzen halten. Das bedeutet zwar einen höheren Aufwand, aber das ist die Mühe wert“, erläutert Schwartz weiter. „Das hat Vorteile in Systemen, bei denen der Brand- oder Berührungsschutz eine besondere Rolle spielt, wo Teilverschattungen und Verschmutzungen auftreten oder keine Betreuung durch qualifizierte Fachkräfte möglich ist. Denken Sie zum Beispiel an kleine Solaranlagen in Afrika.“
Direkter Anschluss der Batterie
Oder an Solarfassaden. Denn kein Architekt will hohe Spannungen in der Wand, die zusätzliche Probleme bei der elektrotechnischen Installation verursachen. Je kleiner die Spannungen, desto einfacher lassen sich auch kleine Inselversorgungen aufbauen, etwa in den Alpen oder in Entwicklungsländern.
Ein weiterer Vorteil: Speicherbatterien lassen sich ohne Umwandlungsverluste in der Ladeelektronik direkt ansteuern. Ein einziger Konverter reicht für die Beladung und Entladung aus, weil die Spannungsspreizung zwischen Solargenerator und Batterie nur gering ist. „Das erlaubt es uns, Batterien sehr verlustarm in das System einzubinden“, sagt Schwartz.
Gleiches gilt für Brennstoffzellen, die meist kleinere Ausgangsspannungen liefern. Der Hochsetzsteller wird überflüssig, die Systemverluste beim Einspeichern und beim Ausspeichern entfallen.
In diesem Jahr noch will Solarinvert einen Multistringwechselrichter für die Kleinspannung bringen, an den man die Batterie direkt anschließen kann. Die Wechselrichter haben einen Trafo auf der Netzseite, zudem macht eine einzige Leistungshalbleitereinheit die ganze Arbeit.
Neue Chancen in der GIPV
In der Architektur geht es nicht nur um ansprechende Optik, sondern eben auch um hohe Zuverlässigkeit, Sicherheit und Funktionalität. Elektronik in der Fassade oder gar im Modul, anstatt im leicht zugänglichen Keller oder Dachstock, verursacht einen unverhältnismäßigen Wartungsaufwand.
Denn wenn die Nutzungsdauer der Module nicht durch integrierte Elektronik begrenzt wird, hält eine solche Fassade praktisch ewig. Das Bilden langer Modulketten ist manchmal schon aus baulichen Gründen nicht möglich. Hohe Spannungen machen die Anlage aber auch anfällig für Teilverschattungen oder bringen verschärfte Sicherheitsauflagen mit sich.
Langsam entsteht ein Bewusstsein
Gute Perspektiven sieht Tobias Schwartz darum in der gebäudeintegrierten Photovoltaik (GIPV). Die Solarfassaden brauchen genau solche Wechselrichter, um den Strom aus der Fassade zu sammeln und im Gebäude nutzbar zu machen. „Die Solararchitektur ist noch sehr individuell und von Sonderanfertigungen geprägt“, meint Schwartz. „Deshalb sind die meisten Großhändler bei diesem Thema zögerlich. Der Großhandel hat aber einen starken Einfluss darauf, welche Produkte ein Installateur seinen Kunden anbietet. Also müssen wir direkt an die Anbieter ran.“
Er will den Vertrieb deshalb auf Deutschland, Österreich und die Schweiz konzentrieren. Nach seiner Ansicht entsteht hier gerade so etwas wie ein Bewusstsein für solare Architektur: „Für mich ist es nur eine Frage der Zeit, bis die gebäudeintegrierte Photovoltaik aus ihrer Nische heraustritt und zur Normalität für Architekten und Bauherren wird. Ich glaube, dass das schneller passieren kann, als das den meisten bewusst ist.“ Dadurch entstehen neue Chancen für Unternehmen, die wie Solarinvert abseits vom Mainstream agieren.
Um trotz der eher geringen Stückzahlen die Qualität und Langlebigkeit der Produkte sicherzustellen, bezieht Solarinvert seine Platinen ausschließlich von erfahrenen, deutschen Lieferanten, zum Beispiel der Firma Rinklin Elektronik aus Neuffen in Baden-Württemberg.
Platinen aus der Nachbarschaft
Das Unternehmen wurde 1982 gegründet, Firmenchef Peter Rinklin übernahm es von seinem Vater. Rund 30 Leute sind mit der Herstellung von Elektronikplatinen befasst. „Die Nachfrage ist enorm“, bestätigt Peter Rinklin beim Werksbesuch. „Wir können unseren Kunden die komplette SMD-Bestückung bieten. Wir sind sehr flexibel und fertigen Losgrößen von einer einzigen Leiterplatte bis zu 500 Stück.“
Die SMD-Automaten bestücken die Platinen, dann werden die Bauteile per Dampfphase gelötet. „Dieses Verfahren ist sehr milde“, erläutert Peter Rinklin. „Es verursacht nur wenig Stress für die Bauelemente.“ Gelötet wird unter einem Stickstoffmantel und ohne Blei.
Zudem werden größere Bauteile wie Elkos oder Induktivitäten von Hand gesetzt und im Wellenlötbad oder selektiv verlötet. Rinklin Elektronik kann solche THT-Bauteile aber auch an speziellen Automaten auf die Platine setzen. Dazu gehören ICs, axiale Widerstände, Dioden, Kerkos, radiale Kondensatoren, Transistoren und LEDs. Der Kunde kann die Leiterplatten anschließend sogar selbst löten, denn die bestückten Platinen sind im ungelöteten Zustand risikolos transportierbar.
Anspruchsvolle Aufträge sind kein Problem
Wellenlötung für THT-Bauteile ist nur einseitig möglich, SMD-Bauteile kann man auf beiden Seiten der Platine sehr dicht packen und verlöten. Für Solarinvert stellt der Zulieferer sechs Leiterplatten für die Leistungsumsetzung und Steuerplatinen her, insgesamt neun Varianten.
Auch für den neuen Windinverter, den Solarinvert für einen Kunden in Österreich entwickelt, entstehen die Platinen in Neuffen. Insgesamt stellt Rinklin Elektronik im Jahr für seine Kunden rund 250.000 Leiterplatten her. 2017 waren es sogar 450.000, weil auf angelieferten Leiterplatten lediglich bestimmte Drahtbrücken gesetzt wurden. Auftraggeber war ein anspruchsvoller Kunde aus der Automobilbranche.
Power to Heat
Heizstabsteuerung für Batteriespeicher und Energiemanager
Besitzer eines Senec-Stromspeichers oder Powerdog-Energiemanagers können ab sofort überschüssigen Solarstrom zum Heizen verwenden. Mit der Power Unit stellt Solarinvert ein Erweiterungsmodul zur Warmwasserbereitung vor. Das spart Wärmekosten und erhöht den Eigenverbrauch.
Die neue SHKW Power Unit erlaubt die dreiphasige und stufenlose Steuerung von bis zu sechs Kilowatt Überschussleistung. Ein ausreichend großer Wärmespeicher vorausgesetzt, wird somit die Netzeinspeisung fast vollständig unterbunden. Ein eigenes Steuergerät oder Messgeräte sind nicht erforderlich, wenn das Erweiterungsmodul mit einem kompatiblen Stromspeicher oder Energiemanager kombiniert wird. Die Funktion kann dann außerdem über ein gemeinsames Onlineportal überwacht werden.
Die Power Unit ist als Zubehör für alle Batteriespeicher von Senec ab dem Senec Home G2plus oder einer neueren Version sowie für den Powerdog-Energiemanager von Ecodata verfügbar. Als Komplettpaket bietet Solarinvert außerdem den Stromhamster an. Alle Varianten enthalten 60 Monate Garantie durch Solarinvert und werden über das Fachhandwerk vertrieben.
Tobias Schwartz (links) von Solarinvert und Peter Rinklin (rechts) von Rinklin Elektronik begutachten eine bestückte und verdrahtete Platine.
Solche Wechselrichter für kleine Spannungen werden neuerdings auch in der Windkraft eingesetzt.
Kompakter Aufbau einer Platine im Wechselrichter.
Sichtkontrolle einer Leiterplatte im Werk von Rinklin Elektronik in Neuffen.
Dieser Bestückungsautomat setzt Tausende verschiedene Bauteile auf die Platinen.
Am Ende der Fertigung steht die Prüfung der kompletten Platine.
