Zwischen Modulen, Batterien und Netz - Aktuelle Wechselrichter-Generation verfügt über viele neue Funktionen

Mit schnellen Schritten nähert sich der Betreiber seiner PV-Anlage. Als er kurz davor steht, schaltet sich das Bedienmenü automatisch ein. Der Mann schwenkt seine Hand vor dem Display: So blättert er in dem Menü, er ruft die Einspeiseleistung auf und kontrolliert die Fehleranzeige. Er muss keine Knöpfe mehr drücken, nicht auf einer Tastatur tippen und nicht einmal über das Display wischen, wie es bei modernen internetfähigen Handys der Fall ist. Realität oder nur ein Traum von Ingenieuren? Bei Bosch Power Tec ist die berührungslose Bedienung von PV-Wechselrichtern gerade Wirklichkeit geworden.
Das Beispiel zeigt zweierlei: Zum einen, dass Entwickler nie um eine Idee verlegen sind, um den Bedienungskomfort für die Nutzer noch weiter zu erhöhen. Zum anderen, dass PV-Wechselrichter heutzutage Hightec-Geräte sind, die es mit hoch entwickelten elektronischen Geräten jeder anderen Sparte aufnehmen können. Die meisten neuen Funktionen tragen aber vor allem der neuen Rolle Rechnung, die PV-Wechselrichter in der Stromversorgung spielen. Sie sind das Bindeglied zwischen PV-Anlage, öffentlichem Netz und neuerdings auch Batteriespeichern.

Speichern oder einspeisen
Fragt man Wechselrichterhersteller nach Neuheiten, kommt die Rede deshalb auch schnell auf Energiemanagement und Speichersysteme. Ein Schlagwort lautet Hybrid-Wechselrichter. Als solche werden Wechselrichter bezeichnet, die dafür sorgen, dass Solarstrom, der nicht im Gebäude verbraucht werden kann, in einer Batterie zwischengespeichert wird. Einen solchen bringt z.B. der österreichische Hersteller Fronius International Mitte dieses Jahres auf den Markt. Der chinesische Hersteller Sungrow kündigte für das vierte Quartal einen Hybrid-Wechselrichter an.
SMA Solar Technology bringt in diesem Jahr den auf der Intersolar 2013 vorgestellten „Sunny Boy Smart Energy“ auf den Markt. Dies ist ein Multi-String-Wechselrichter mit integrierbarem Speicher. Der Lithium-Ionen-Speicher hat eine Speicherkapazität von nur 2 kWh für eine niedrige Anfangsinvestition. Während dieses Gerät zu den kleinsten Speichersystemen im Markt gehört, gibt es die Speichersysteme „BPT-S 5 Hybrid“ von Bosch Power Tec mit erweiterbaren Speicherkapazitäten von 4,4 bis 13,2 kWh. Bosch werde die Preise für diese Batteriespeicher um etwa 25% reduzieren, gab Pressesprecher Christoph Lapczyna bekannt.

Energie clever managen
Energiemanagement ist eine weitere neue Funktion von Wechselrichtern. Eine einfache Form, den Energieverbrauch zu steuern, ist ein in den Wechselrichter integriertes Relais, wie Sungrow es anbietet. An das Relais, einem potenzialfreien Schaltkontakt, wird ein Funksender angeklemmt. Er steuert die Funksteckdose und so die Haushaltsgeräte. Der Installateur stellt am Wechselrichter einen Schwellwert ein, z.B. 2000 Watt. Wenn dieser Wert überschritten wird, wird das Relais aktiviert, es steuert den Verbraucher an. Fällt die Leistung unter einen ebenfalls festgelegten Schwellwert, z.B. 1800 Watt, wird der Verbraucher wieder deaktiviert.
Komplexere Energiemanagementsysteme können noch mehr: z.B. Energieflüsse im Haushalt anzeigen, Verbräuche analysieren und elektrische Geräte der Solarstromerzeugung entsprechend aktivieren. Kaco New Energy beispielsweise arbeitet mit einem externen Leistungsrelais für den Hausbereich bis 10 kW, um Haushaltsgeräte bei ausreichender Solarleistung zuzuschalten. So können u.a. Elektroheizungen, Tauchsieder und Warmwasserspeicher angesteuert werden. Dadurch kann der Eigenverbrauch erhöht werden.
Der Schweizer Hersteller Sputnik Energineering bietet momentan nur ein Paket zur Nachrüstung von Wechselrichtern der Serie „Solarmax P“ für Dachanlagen bis 6 kW Leistung an. Es besteht aus einer Batterieschnittstelle inklusive Energiemanagement und einer Solarbatterie. Der Solarstrom wird tagsüber in der Batterie gespeichert. „Der Anlagenbetreiber kann aus verschiedenen Modi auswählen, wie die Batterie ge- bzw. entladen wird, z.B. in Abhängigkeit vom Verbrauch, der Uhrzeit, aber auch um das Netz zu entlasten“, erklärt Hans-Georg Schweikardt, Leiter des Bereichs Produktmanagement bei Sputnik. Die Geräte der „P“-Serie haben außerdem optionale Ein- und Ausgänge, durch die steuerbare Verbraucher wie Wärmepumpen an die PV-Anlage gekoppelt werden können.
Fronius hat einen anderen Weg für das Energiemanagement gewählt. Der österreichische Wechselrichterhersteller kooperiert seit dem vergangenen Jahr mit Loxone, einem Anbieter von Miniserver-basierten Lösungen für die Hausautomation. Der Miniserver steuert die elektrischen Verbraucher wie Beleuchtung, Verschattung und Kühlung. In Kombination mit einer PV-Anlage und einem Fronius-Wechselrichter können die Verbraucher je nach erzeugter Solarstrommenge, Uhrzeit und Wetter angesteuert werden.

Teilnahme am Netzmanagement
Seitdem Solarstrom eine signifikante Größe im Stromnetz geworden ist, wollen die Netzbetreiber stärkeren Einfluss darüber ausüben, wie viel Strom eingespeist wird. PV-Anlagen sollen nun am sogenannten Netzmanagement teilnehmen, die Voll­einspeisung wurde schrittweise eingeschränkt. Bei Wechselrichtern muss es deshalb nun möglich sein, die Einspeiseleistung auf 70% zu beschränken, und sie müssen den Vorgaben der Energieversorger entsprechend stufenweise abgeregelt werden können. Dafür müssen sie fernregelbar sein. „Um auf Änderungen im örtlichen Netz zu reagieren oder das Netz zu entlasten, verfügen alle Wechselrichter über umfangreiche Funktionen zur Wirkleistungsregelung und Blindleistungskontrolle, sowohl für Niederspannungsnetze als auch Mittelspannungsnetze“, erklärt Jörg Meyer, technischer Redakteur bei Delta Energy Systems. Kaco macht es bei der jüngsten Version seiner Datenlogger „Powador piccoLOG“ und „proLOG“ möglich, die Einspeisegrenze von 70% einzuhalten, ohne dass die übrigen 30% verloren gehen. Hierfür überführen die Datenlogger den verfügbaren Strom in Eigenverbrauch. Nötig ist hierfür nur ein digitaler Verbrauchszähler.
Was vor 2012 noch eine Rarität war, wird nun zum Standard: Solarmodule werden immer häufiger auf Dächern installiert, die nach Osten und Westen gerichtet sind. Diese Ausrichtung ist z.B. für Haushalte von Vorteil. Denn auf Ost- und Westdächern wird in den Morgen- und Abendstunden Energie erzeugt, also dann, wenn viel Strom benötigt wird. Außerdem wird die Mittagsspitze an PV-Strom so reduziert, was der Netzauslastung zugute kommt („peak shaving“).
Darauf haben sich die Wechselrichterhersteller eingestellt. So bietet Sputnik beispielsweise in seiner „P“-Serie wahlweise einen oder zwei MPP-Tracker an. Ein MPP-Tracker ermittelt den Punkt der Strom-Spannungs-Kennlinie, an dem das Solarmodul die höchste Leistung erbringt. Wenn ein Wechselrichter mehrere MPP-Tracker hat, kann er den Strom von unterschiedlich ausgerichteten Teilanlagen optimal ausnutzen. Bosch bietet in seiner Serie „BPT-S“ einphasige Geräte mit zwei MPP-Trackern an.
Auch Kaco New Energy setzt bei zwei neuen Geräteserien auf zwei MPP-Tracker. Im zweiten Halbjahr bringt der Hersteller aus Neckarsulm zwei neue trafolose Geräte in kleinen Leistungsklassen auf den Markt. Das ist einerseits ein einphasiger Wechselrichter mit AC-Leistungen von 2,0 bis 4,6 kVA. „Die größeren Varianten werden zwei MPP-Tracker haben, um Ost-West-Konfigurationen zu steuern und Dachgauben optimal einzubinden“, sagt Pressesprecher Andreas Schlumberger. Bei den neuen dreiphasigen Geräten („5,0 TL3“ bis „9,0 TL3“ kVA) sollen alle Leistungsklassen zwei MPP-Tracker haben. Während Kaco diese Geräte extra für die Betreiber von kleineren Dachanlagen auf den Markt bringt, hat Sputnik Engineering Anlagen auf gewerblichen und industriellen Dächern im Visier. Die Modelle mit 30 und 32 kW Leistung der „HT-Serie“ haben jeweils 4 MPP-Tracker.

Dreiphasige Einspeisung
Darüber hinaus hält der Trend hin zu dreiphasig einspeisenden Wechselrichtern in kleinen Leistungsklassen an. Sie geht auf eine Forderung von Netzbetreibern zurück, dass die Solarstromeinspeisung bei PV-Anlagen über 4,6 kW Leistung dreiphasig erfolgen muss. Üblich war bislang die Solarstromeinspeisung auf einer Phase. Mit der neuen Vorgabe sollen Schieflasten im Netz vermieden werden.
Entsprechend erweitern die Hersteller ihr Programm, wie das Beispiel Kaco oben schon zeigt. Delta brachte im vergangenen Jahr neue dreiphasige trafolose Geräte in den Leistungsgrößen 6,8 und 12 kW auf den Markt. SMA bietet seit dem vergangenen Jahr dreiphasige „Sunny Tripower“-Modelle in den Leistungsklassen 5 bis 9 kW an. Sputnik Engineering führt in diesen Wochen sein neues Gerät „6MT2“ mit dreiphasiger Einspeisung in den europäischen Markt ein. Sungrow wird ab April dreiphasige Wechselrichter der „EC-Serie“ von 3 bis 12 kW Leistung über seine Händler vertreiben.
Die Möglichkeiten der Anlagenüberwachung werden ebenfalls laufend ausgebaut. Die Betriebsdaten werden üblicherweise mit einem Datenlogger erfasst und in einem Monitoringprogramm ausgewertet. Die Betriebsdaten beinhalten u.a. die Tages-, Monats- und Jahreserträge, den Gesamtertrag, die Eingangs- und Ausgangsspannung, den Eingangs- und Ausgangsstrom, die Frequenz und die Gerätetemperatur. Einige Hersteller bieten die Anzeige der Betriebsdaten schon in Echtzeit an. So zeigt das Portal „MaxMonitoring“ von Sputnik die Leistungsdaten von bis zu vier Wechselrichtern gleichzeitig und in Echtzeit an. Die neue Version von „MaxView“ für Anlagen auf Ein- und Mehrfamilienhäusern, die ab April erhältlich ist, kann die Tagesverläufe in viertelstündlichen Abständen darstellen. Das Monitoring-Portal von SMA aktualisiert die Daten durch eine Live-Schnittstelle im Zehn-Sekunden-Takt.

Überwachung per App
Das Monitoringprogramm wird üblicherweise in Form eines Webportals im Internet dargestellt – entweder auf dem PC, neuerdings aber auch auf internetfähigen Handys und Tablet-Computern. Hierfür bieten die Hersteller bereits Apps an oder sie bringen sie in diesem Jahr auf den Markt. Für die Kommunikation zwischen den Wechselrichtern und Computern ist Ethernet für kabelgebundene Datennetzwerke noch weitverbreitet. Bei Herstellern wie Fronius, Sungrow und Bosch Power Tec ist nun auch schon die kabellose Kommunikation per W-LAN möglich. Bei Störungen werden die Anlagenbetreiber oder ihre Installateure benachrichtigt. Das neue „LED-Konzept“ von Bosch Power Tec kann bei einer Störung auch gleich den betroffenen Bereich lokalisieren.
Bei den Entwicklungen, die die Hersteller planen, dreht es sich in erster Linie um eine weitere Optimierung des Eigenverbrauchs durch Lastmanagement sowie die Einbindung von Speichern. Kaco führt z.B Forschungsprojekte mit Herstellern von Heizungsanlagen durch. In welche Richtung die gemeinsamen Entwicklungen gehen werden, deutet Pressesprecher Schlumberger nur an. In einer Modellsiedlung in Weinsberg im Landkreis Heilbronn steuere das von Kaco entwickelte Energiemanagementsystem unter anderem Wärmepumpen und Wärmespeicher, berichtet er. „Die Wärmepumpen werden dabei mit dem Überschussstrom der PV-Generatoren gespeist, nach Direktverbrauch und Batterieladung.“
Fronius ist der einzige der befragten Wechselrichterhersteller, der für die Speicherung schon mit Wasserstofftechnologie arbeitet. Darüber hinaus richten die Unternehmen ihren Blick seit dem Einbruch des deutschen PV-Marktes noch stärker auf Auslandsmärkte. Hierfür hat Bosch Power Tec sich schon wieder etwas einfallen lassen.
Dessen Wechselrichter verfügen neben einer bzw. zwei Ethernetschnittstellen auch über eine RFID-Kommunikationsschnittstelle. RFID ermöglicht die Identifizierung und Lokalisierung von Gegenständen mithilfe elektromagnetischer Wellen. Durch diese Schnittstelle ist eine sekundenschnelle und berührungslose Einstellung der Anschlussnormen möglich, die vom Energieversorger vorgegeben sind. Diese Informationen speichert Bosch jetzt auf einem „e.Key“. Das ist ein „elektronischer Schlüssel“, der die Form einer Chipkarte hat. Der Installateur kann damit den Wechselrichter konfigurieren, ohne dass er das Gerät öffnen und im Menü etwas eingeben muss. Die Ideen gehen den Entwicklern eben nicht aus.

Autorin: Ina Röpcke