Intelligenz für PV-Anlagen - Schluss mit der Schattenwirtschaft: Leistung optimieren und Sicherheit erhöhen

Die Stromproduktion einer PV-Anlage lässt sich im Wesentlichen über die Optimierung der Leistungsfähigkeit der einzelnen Module und deren Performance im String steigern. Denn die Dynamik eines Strings hängt maßgeblich von der Einzelleistung der Module ab. Probleme bei einem einzigen Modul beeinträchtigen daher bei konventionellen Systemen den Betrieb der gesamten Anlage. Da alle Module im selben String denselben Strom liefern wie das schwächste Modul, würde beispielsweise selbst bei Verschattung nur eines einzigen Moduls die Ausgangsleistung des kompletten Strings deutlich verringert werden.

Detaillierte Anlagenüberwachung
Über eine detaillierte Anlagenüberwachung auf Modulebene sowie eine Optimierung der Leistung lässt sich der Energieertrag des Strings und damit der gesamten Anlage steigern: Die Module werden dabei alle im Punkt maximaler Leistung betrieben, wobei ein Optimierer, wo nötig, Spannungswandlungen vornimmt. Dies bewirkt, dass alle Module im selben String am Ausgang denselben Strom liefern und sich die Gesamtspannung des Strings an die parallel liegenden Strings anpasst. Dies verringert sowohl die Verluste beim einzelnen Modul (primärer Verlust) als auch die sogenannten sekundären Verluste durch die Auswirkungen auf den gesamten String.
Eine detaillierte Überwachung der Anlage ist auch deshalb wichtig, weil manche Störungen nicht auf den ersten Blick erkennbar sind – wie verschmutzte Module, verursacht etwa durch einen Abluftkamin. Störungen dieser Art sind zwar von außen nicht sichtbar, können aber zu signifikanten Leistungsverlusten führen. Eine effiziente Systemüberwachung identifiziert die verunreinigten Module der Anlage und ermöglicht schnelles Handeln: Die betroffenen Module können gereinigt oder gegebenenfalls ersetzt werden.
Eine andere Ursache für einen signifikanten Leistungsabfall kann in der Verschattung liegen: Durch umstehende Bäume, Schornsteine oder auch Funk- und Strommasten können temporär im Tagesverlauf Schatten auf einzelne Module der Solaranlage fallen. Gerade bei kleinen Anlagen auf Wohnhäusern und Gewerbedächern ist aufgrund von Dachneigung, Gauben oder Winkeln nicht immer eine flächige, regelmäßige Anordnung der Module realisierbar. Werden Module mit Leistungsoptimierern eingesetzt, lassen sich auch Teile des Daches nutzen, die z.B. morgens und abends verschattet sind. Normalerweise würde dadurch die Stromproduktion der Module im selben String reduziert, der Optimierer verhindert diese Auswirkungen jedoch.
Intelligente Lösungen zur Leistungsoptimierung von Solaranlagen wie „Trinasmart“ von Trina Solar ermöglichen dem Betreiber, die Auswirkungen solcher Störfaktoren zu minimieren. Dies beginnt schon bei der Anordnung der PV-Module: Die Gegebenheiten vor Ort sind in der Regel nicht veränderbar. Daher ist Flexibilität in der Gestaltung und Anordnung der PV-Modulreihen gefragt, um eine größtmögliche Abdeckung der verfügbaren Fläche zu erreichen. Die „Smart-Curve-Technologie“ von „Trinasmart“ reduziert den Spannungsbereich für jedes einzelne Modul und erlaubt die Anordnung der Module in längeren Strings; auf diese Weise lässt sich die Anlage besser an die Situation vor Ort anpassen – so wird eine maximale Flächenabdeckung erreicht. „Trinasmart“ spart auf diese Weise bis zu zwei bis drei Eurocent pro kWh produzierten Stroms – ein wesentlicher Beitrag zur Kostensenkung der gesamten Anlage.
Zusätzlich lässt sich das Kosten-Leistungs-Verhältnis durch die bessere Auslastung und Steuerung der einzelnen PV-Module optimieren. Ziel ist dabei die Minderung negativer Effekte schwächerer Module auf die Gesamtstromproduktion einer PV-Anlage. „Trinasmart“ setzt hierbei auf Impedanz-Anpassung: Dabei kommunizieren die Panels Parameter wie Strom und Spannung sowie die Temperatur in der Anschlussdose zur MMU (Monitoring und Management Unit). Aus diesen Informationen berechnet diese Steuereinheit den optimalen Betriebspunkt und meldet diesen zurück an das PV-Modul. Es wird eine virtuelle Impedanz simuliert, um so die maximale Leistung jedes einzelnen PV-Moduls zu erzielen, die von Modul zu Modul variiert. In der Praxis arbeiten alle Module im String im optimalen Arbeitspunkt, und der Optimierer ermöglicht durch Spannungswandlung, dass die Maximalleistung jedes Moduls in einem String bei konstantem Strom zur Verfügung steht.

Maximale Sicherheit
Neben den genannten Vorteilen für einen optimalen Energieertrag erhöht „Trinasmart“ zudem die Sicherheit von Solaranlagen: Jedes PV-Modul kann einzeln überwacht werden, und im Fall eines elektrischen Defekts schaltet das System die betroffenen Module automatisch ab. Darüber hinaus lässt sich die PV-Anlage, beispielsweise im Brandfall, ferngesteuert abstellen. Auf diese Weise erhalten die Betreiber einen einzigartigen Schutzmechanismus. Beschädigte Module können aus dem Gesamtsystem eliminiert werden und beeinflussen dann nicht mehr die Sicherheit der Anlage. Sie werden einfach spannungsfrei geschaltet und können bei der nächsten Wartung ersetzt werden.
Ein Risiko für Solaranlagen stellen Lichtbögen in der Anschlussdose dar, da sie nur schwer zu identifizieren sind, aber beträchtlichen Schaden anrichten können. Die Indizien hierfür müssen richtig interpretiert werden, um unnötige Abschaltungen zu vermeiden, da auch Wechselrichter hin und wieder vergleichbare Störsignale erzeugen. Die Aufgabe von „Trinasmart“ liegt daher darin, einen Fehl­alarm ebenso zu vermeiden wie einen Schaden aus einem tatsächlichen Lichtbogen.
Eine effiziente Überwachung ist aber nicht nur im Hinblick auf Störungen, sondern auch für den regulären Betrieb der Anlage wichtig. Denn zu der Anforderung, Ausfallzeiten gering zu halten, kommen zahlreiche weitere hinzu. Mit „Trinasmart“ lassen sich automatisch sämtliche Informationen über die Leistung der Solaranlage erfassen. Diese Informationen helfen dabei, wiederkehrende Probleme zu erkennen und frühzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Der Betreiber erfährt über Alarmmeldungen sofort von Betriebsschwierigkeiten und kann schnell und einfach Reports erstellen – etwa zur Ertragsstatistik, bezogen auf die Leistung einzelner Module oder des Gesamtsystems. Diese Informationen stehen via Computer, Handy oder Tablet-PC zur Verfügung, immer und von jedem Ort. Besonders sinnvoll ist dies, wenn beispielsweise mehrere Anlagen gleichzeitig überwacht werden müssen, oder Büro und Anlage räumlich weiter voneinander entfernt liegen.

Flexible und kostensenkende Technologie
Ein wesentliches Ziel von Optimierungslösungen besteht darin, die Systemkosten zu senken und die Rendite der Anlage zu erhöhen. Dazu muss der gesamte Prozess von der Inbetriebnahme bis zum Betrieb über den gesamten Lebenszyklus der Anlage so effizient wie möglich sein. Hier bietet die Lösung von Trina Solar zahlreiche Vorteile: Zum einen ist die „Trinasmart“-Technologie in die Anschlussdose des Moduls integriert und spart daher die Zeit für die Montage einer Box vor Ort; zum anderen ist eine zusätzliche Modulverkabelung nicht erforderlich. Außerdem funktioniert „Trinasmart“ weltweit und ist mit jedem Wechselrichter kompatibel. Im Betrieb der Anlage bietet „Trinasmart“ eine hohe Bedienerfreundlichkeit, da der Benutzer sowohl vom stationären als auch vom mobilen Arbeitsplatz zugreifen kann. Nicht zuletzt gewährleistet die Flexibilität bei der Installation von PV-Modulen mit Trina­smart eine höhere Stromproduktion sowie die Senkung der BOS (Balance of System)-Kosten.

Autor: Rolf-Peter Wurtz, Product Manager Europe bei Trina Solar

Bilder: Trina Solar

KONTAKT: Trina Solar GmbH, 85609 Aschheim, Tel. 089 122849250, Fax 089 122849251, germany@trinasolar.com, www.trinasolar.com