Das Prinzip der solaren Photovoltaik-Stromerzeugung beruht auf der direkten Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch Nutzung des photovoltaischen Effekts an Halbleiteroberflächen. Die Schlüsselkomponente dieser Technologie ist die Solarzelle. Die Solarzellen werden in Reihe geschaltet und geschützt, um ein großflächiges Solarmodul zu bilden. Dieses wird anschließend mit einem Leistungsregler oder ähnlichen Komponenten zu einem Photovoltaik-Kraftwerk kombiniert. Der gesamte Prozess wird als Photovoltaik-Kraftwerkssystem bezeichnet. Ein solches System besteht aus Solarzellenfeldern, Akkumulatoren, Lade- und Entladereglern, Photovoltaik-Wechselrichtern, Kombinationsboxen und weiteren Komponenten.
Warum verwendet man einen Wechselrichter in einer Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage?
Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um. Solarzellen erzeugen bei Sonneneinstrahlung Gleichstrom, und auch der in der Batterie gespeicherte Gleichstrom ist Gleichstrom. Allerdings hat die Gleichstromversorgung erhebliche Einschränkungen. Wechselstromverbraucher wie Leuchtstofflampen, Fernseher, Kühlschränke und Ventilatoren können im Alltag nicht mit Gleichstrom betrieben werden. Für eine breite Anwendung der Photovoltaik im Alltag sind Wechselrichter, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, daher unerlässlich.
Als wichtiger Bestandteil der Photovoltaik-Stromerzeugung dient der Photovoltaik-Wechselrichter hauptsächlich der Umwandlung des von den Photovoltaikmodulen erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom. Der Wechselrichter erfüllt nicht nur die Funktion der Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlung, sondern optimiert auch die Leistung der Solarzellen und schützt das System vor Fehlern. Im Folgenden werden die automatischen Betriebs- und Abschaltfunktionen des Photovoltaik-Wechselrichters sowie die Funktion zur maximalen Leistungsnachführung (MPPT) kurz erläutert.
1. Maximale Leistungsnachführungs-Regelfunktion
Die Leistung eines Solarmoduls variiert mit der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Temperatur des Moduls (Chiptemperatur). Da die Spannung eines Solarmoduls mit steigendem Strom abnimmt, existiert ein optimaler Betriebspunkt, an dem die maximale Leistung erzielt wird. Mit der Änderung der Sonneneinstrahlung ändert sich auch dieser optimale Betriebspunkt. Im Vergleich zu diesen Änderungen liegt der Betriebspunkt des Solarmoduls stets am Punkt maximaler Leistung (MPP), sodass das System immer die maximale Leistung aus dem Solarmodul gewinnt. Dieses Verfahren wird als Maximum Power Point Tracking (MPPT) bezeichnet. Das wichtigste Merkmal von Wechselrichtern für Solaranlagen ist die integrierte MPPT-Funktion.
2. Automatische Betriebs- und Stoppfunktion
Nach Sonnenaufgang nimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung allmählich zu, wodurch auch die Leistung der Solarzellen steigt. Sobald die vom Wechselrichter benötigte Ausgangsleistung erreicht ist, schaltet sich dieser automatisch ein. Im Betrieb überwacht der Wechselrichter permanent die Leistung des Solarmoduls. Solange die Leistung des Solarmoduls die für den Betrieb des Wechselrichters benötigte Leistung übersteigt, läuft der Wechselrichter kontinuierlich und schaltet sich bis zum Sonnenuntergang ab. Auch bei Bewölkung und Regen kann der Wechselrichter weiterarbeiten. Sinkt die Leistung des Solarmoduls und nähert sich die Ausgangsleistung des Wechselrichters null, wechselt dieser in den Standby-Modus.
Zusätzlich zu den beiden oben beschriebenen Funktionen verfügt der Photovoltaik-Wechselrichter über Funktionen wie die Verhinderung von Inselbetrieb (bei netzgekoppelten Systemen), die automatische Spannungsanpassung (bei netzgekoppelten Systemen), die Gleichstromerkennung (bei netzgekoppelten Systemen) und die Gleichstrom-Erdungserkennung (bei netzgekoppelten Systemen) sowie weitere Funktionen. In Solarenergieanlagen ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters ein wichtiger Faktor, der die Leistung der Solarzellen und die Kapazität der Batterie bestimmt.
Veröffentlichungsdatum: 01.04.2023
