Wirkungsgrad von Solaranlagen verbessert

Neuartiges Schaltungskonzept entwickelt

Solaranlagen können mehr: Ein landwirtschaftliches Gut im fränkischen Dimbach beweist das mit dem Forschungsprojekt „Integrierte Photovoltaik Demonstrationsanlage“. Auf über 1.000 Quadratmetern (m2) Dachfläche ließ sich die Entwicklung und der erfolgreiche Betrieb einer verbesserten Photovoltaik(PV)-Netzeinspeiseanlage demonstrieren: Mit dem neuen Schaltungskonzept ist es möglich, den jährlichen Stromertrag um rund 3,5 Prozent zu steigern. Die in Dimbach errichtete PV-Anlage erzeugt jährlich 110.000 Kilowattstunden (kWh) Strom und spart dadurch 66 Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid ein. Das Projekt – finanziert vom Bundesumweltministerium (BMU) und dem Umweltbundesamt (UBA) – zeigt modellhaft, wie eine klimaschonende und regenerative Stromerzeugung durch landwirtschaftliche Betriebe mit ihren großen Dachflächen umweltgerecht konzipiert und umgesetzt werden kann.

Die neue Anlagenkonzeption sieht vor, dass ein Hauptwechselrichter je nach Sonneneinstrahlung weitere Wechselrichter zu- oder abschaltet und den Photovoltaikgenerator jeweils passend einstellt. Ein Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, um ihn in das Stromnetz einspeisen zu können. Bei schwacher Sonneneinstrahlung (weniger als 300 Watt pro m²) ist genau die Anzahl von Wechselrichtern in Betrieb, die zur Netzeinspeisung der aktuellen PV-Leistung nötig ist – im günstigsten Lastbereich mit dem besten Wirkungsgrad. Bei mittlerer und hoher Einstrahlung arbeiten die angesteuerten Wechselrichter im individuellen Punkt bester Leistung (dem so genannten „maximal power point“).

Der Fortschritt der neuen Schaltung gegenüber anderen Konzepten offenbart sich im Wirkungsgradverlauf. An Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung, zum Beispiel an einem Wintertag, bringt das Zusammenspiel der Wechselrichter den doppelten Tagesertrag gegenüber einer konventionellen Anlage. Durch die größere Zahl dieser Geräte wird die Verfügbarkeit der PV-Anlage erhöht, da bei Ausfall eines der vier Wechselrichter die Anlage weiterhin betrieben werden kann.

Das Konzept sieht die Nutzung mehrerer Wechselrichter vor („Team“-Konzept), ist patentrechtlich geschützt und exklusiv für die Wechselrichter „Sunny Boys“ der Firma SMA Regelsysteme GmbH erhältlich. Für ihren Einsatz ist eine PV-Anlage mit mindestens zwei identisch aufgebauten PV-Teilgeneratoren erforderlich.

Der Abschlussbericht „Integrierte Photovoltaik Demonstrationsanlage Dimbach“ (Vorhaben Nr. 20042) kann kostenfrei aus der Bibliothek des Umweltbundesamtes, Postfach 330022, 14191 Berlin, Telefax 030-8903-2154, ausgeliehen werden. Er steht auch auf der Internetseite des UBA zur Verfügung.