Richtiges Messen von Leistungsoptimierern bei PV-Anlagen

Der Einsatz von Leistungsoptimierern hat sich bei Solaranlagen mit anspruchsvollen Dachflächen und teilverschatteten Dächern als zuverlässig erwiesen und liegt weiterhin im Trend. Nebst der korrekten Installation müssen diese ebenfalls geprüft werden – dabei gilt es einiges zu beachten.

Photovoltaikanlage auf Hausdach.
Quelle: Pixabay – Roy Buri

Hat der Hersteller des Wechselrichters etwas damit zu tun, wie ein Leistungsoptimierer zu messen ist? Diese Frage gilt es mit einem klaren «Ja!» zu beantworten. Denn gewisse Hersteller raten gar vom Einsatz eines Leistungsoptimierers ab, andere wiederum nicht – und auch die Vorgehensweise kann sich ändern.

In der Schweiz kommen verschiedenste Systeme und Hersteller zum Einsatz, einzelne werden in diesem Artikel als Beispiel herbeigezogen. Die Palette an Produkten und Herstellern ist damit jedoch nicht abschliessend. Die Systeme unterscheiden sich zwar meist nicht fundamental, dennoch liegt der Teufel bekanntlich im Detail.

Was sind die Unterschiede?

Die Optimierer selbst werden gleich verschalten. Sie bilden das Bindeglied zwischen den Modulen und dem DC-String. Bei manchen Herstellern ist aber eine Volloptimierung nötig. Sprich, sämtliche Module benötigen einen Leistungsoptimierer. Bei anderen ist auch eine Teil-Optimierung möglich. Dabei können einzelne Module, bei denen ein Schattenwurf zu erwarten ist, optimiert werden – das ist aber kein Muss.

Nach dem Verbauen der Geräte wird man beim Messen schnell feststellen, dass je nach System unterschiedliche Resultate vorliegen. Zwei der meistverbreiteten Marken im Vergleich:

Tabelle
Quelle: Cedric Himmelberger

Man stellt fest, dass mit einem herkömmlichen DC-Installationsmessgerät nur gewisse Anlagen geprüft werden können. Ohne eine anstehende DC-Spannung beginnen die meisten Messgeräte nicht mit deren Messvorgang.

Richtiges Messgerät

Ein geeignetes Messgerät sollte mindestens die folgenden Messungen ausführen können: Niederohmmessung, Isolationsmessung, Leerlaufspannung (UOC), Betriebsspannung (UMPP), Kurzschlussstrom (ISC). Weiter kann im Betrieb mittels DC-Zangenamperemeter der Betriebsstrom (Impp) festgestellt werden. Manche Hersteller riegeln die Spannung im String systemisch ab, zum Beispiel ab 750 V. Eine grössere Spannung ist nicht zu erwarten. Der Isolationswiderstand ist mit maximaler Messspannung gemäss Herstellerangaben auszuführen.

Bei Anlagen mit Leistungsoptimierern, die keine Leerlaufspannung (UOC) abgeben, ist ein Überprüfen der Leerlaufspannung nur bei teiloptimierten Anlagen aussagekräftig, da die Restspannung der nicht optimierten Module des Strings anstehen wird. Dabei kann die Formel im Abschnitt Berechnungsmethode angewendet werden.

Bei Volloptimierung wird in diesem Fall mit einem Multimeter mit geeignetem Messbereich (kΩ) der Widerstand des Strings (+ zu – Pol) gemessen. Eine Niederohmmessung und eine Isolationswiderstandmessung muss dennoch durchgeführt werden. Im Betrieb kann der Betriebsstrom (Impp) und die Betriebsspannung (UMPP), welche zu erwarten ist, je nach Sonneneinstrahlung überprüft werden.

Sollte ein Teil der Anlage während der Messungen verschattet sein, sollte immer daran gedacht werden, dass ein Optimierer stets zwei Modis besitzt (Bypass-Mode = Optimierer schaltet durch. Er selbst gibt keine Leistung ab. / Buck-Mode = Optimierer regelt die Spannung des Moduls auf Stringseite, sodass der Strangstrom nicht begrenzt wird).

Berechnungsmethoden

Eine Übersicht der anzuwendenden Formeln, je nach Ausbaustandard:

  • Diverse Hersteller nicht optimiert: UOC String = UOC Modul * NString
  • SolarEdge: UOC String = 1V * NString
  • Huawei Volloptimiert: RString = 1kΩ * NString
  • Huawei Teiloptimiert: UOC String = UOC Modul * Nnicht optimiert 
    oder UOC String = UOC Modul * NString – UOC Modul * NOptimierer

UOC String – Leerlaufspannung im String

UOC Modul – Leerlaufspannung eines Modules

Nnicht optimiert – Anzahl nicht optimierter Module

NString – Anzahl Module gesamt im String

NOptimierer – Anzahl Leistungsoptimierer

RString – Widerstand im String

Ein Berechnungsbeispiel für ein Huawei-Gerät, teiloptimiert:

String 1.1.1 hat 18 Module. Dabei sind 3 Module optimiert aufgrund eines Schornsteins. Sprich 15 Module können deren volle Spannung im Leerlauf abgeben. Ein Modul erzeugt, um die Berechnung einfach zu halten, 40 V.

UOC String = UOC Modul * Nnicht optimiert = 40 V * 15Module = 600 V

Für die Berechnung des auf dem SiNa verlangten UOC Gen Max ist die maximale Spannung vom String zuzüglich den 15 Prozent Reserve (Faktor 1,15) aufzurechnen. Dieses Ergebnis ist die Spannung, welche auf dem Wechselrichter zu notieren ist. Das heisst:

UOC Gen Max = UOC String * 1,15 = 600 V * 1,15 = 690 V

Grafik
Auszug aus dem Wechselrichter-Monitoring.
Quelle: Cedric Himmelberger

Einsatz aller Mittel

Zur Sicherstellung einer funktionstüchtigen Anlage ist der Einsatz aller Mittel nötig. Dabei gehört auch das Monitoring der Wechselrichter dazu. Dort kann beispielsweise die Leistung, die Spannung oder der Strom eines Optimierers, eines Strings oder eines ganzen Wechselrichters überprüft werden. Ob die Leistungsoptimierer mit dem Wechselrichter verbunden sind und welche Leistung diese von sich geben, ist ebenfalls ersichtlich. Damit ist der gekonnte Elektriker in der Lage, Rückschlüsse auf die Verschaltungen und die Anschlüsse der DC-Seite zu machen.

Fazit

Es steht fest: Egal welches System angewendet wird, die Messung der DC-Seite ist möglich. Die Frage, die man sich zu stellen hat, ist, was muss gemessen werden und wie. Wichtig zu beachten ist, dass die Messungen stets bei Tageslicht zu erfolgen haben. Eine Solaranlage kann, wenn keine Produktion vorliegt, nicht aussagekräftig gemessen werden.