Entwicklung von Einphasen-Solarwechselrichtern

Die Energie aus dem Licht der sonne ist sauber und sicher, erzeugt keine schädlichen Emissionen und ist in nahezu unerschöpflichen Ausmaß vorhanden. Diese Energiequelle lässt sich mit Hilfe von Solarzellen in elektrischen Strom umwandeln und damit direkt nutzbar machen. Nach dem Europäischen Photovoltaik-Industrieverband (EPIA) stieg die weltweit installierte Photovoltaik-Leistung 2009 um rund 7 GW und errichtete insgesamt mehr als 22 GW.

Die Stromerzeugung mittels Photovoltaik ist neben der Installation in großen zentralen Solaranlagen attraktiv dezentral zu gestalten und lässt sich in Wohn- und Geschäftsgebäudes integrieren; so kann jeder Hausbesitzer seinen eigenen Strom erzeugen und eine Teil seines Energiebedarfs selbst decken.

Um die elektrische Energie von der Solarzelle in das elektrische Stromnetz einzuspeisen, muss der Gleichstrom aus den Solarzellen in Wechselstrom umgesetzt werden; das ist eine der Hauptaufgaben eines Solarwechselrichters, wie des dreiphasigen Zentralwechselrichters „PVS800“ (2009) für Solarkraftwerke und des von ABB entwickelten einphasigen String-Wechselrichters „PVS300“ mit Leistungen von 3,3 bis 8 kW (Bild 1).

Die Auswahl der Wechselrichter richtet sich nach dem Wirkungsgrad, einer der wichtigsten Kenngrößen, der Anzahl der benötigten Bauelemente (eine geringe Zahl erhöht die Zuverlässigkeit), der Größe der Filterelemente und der Gleichtaktunterdrückung zur Vermeidung von hochfrequenten Spannungsschwingungen in Richtung Solarmodul (Bild 2). Da die Strom-Spannungskennline von Solarmodulen nicht konstant verläuft, sondern von der Bestrahlungsstärke und der Temperatur des einzelnen Moduls abhängt, muss der Wechselrichter immer den optimalen Betriebspunkt in der Strom-Spannungskennlinie ansteuern, bei dem die maximale Energiemenge in das Netz eingespeist wird; dies wird wegen der sehr schnellen dynamischen Antwortzeit mit den genannten Solarwechselrichtern erreicht, auch wenn sich zum Beispiel die Bestrahlung eines Solarmoduls ändert, weil Wolken die Sonne vorübergehend verdecken.

Das neue Regelverfahren von ABB findet den optimalen Betriebspunkt sehr schnell, wodurch der Wirkungsgrad des Solarwechselrichters weiter verbessert wird. Alle erforderlichen Schutzfunktionen sind in den Wechselrichter integriert.

Mit der integrierten drahtlosen Kommunikation kann der Solarwechselrichter zudem einfach überwacht und der erzeugte Strom direkt auf einem Display angezeigt werden.