Fortschritte in der Leistungselektronik der Photovoltaik-Systemte

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Der große Erfolg der Photovoltaik im Bereich der Netzeinspeisung wäre ohne die enormen Fortschritte in der PV-Systemtechnik undenkbar gewesen. So hat z. B. die Einführung der String-Technik für netzgekoppelte PV-Anlagen durch SMA im Jahre 1995 den Aufbau von PV-Anlagen revolutioniert: Erstmals war es gelungen, Anlagenplanung und -installation deutlich zu vereinfachen und deren Wirkungsgrad durch Vermeidung von Mismatching signifikant zu erhöhen. Durch Wegfall der vorher nötigen zusätzlichen DC-Unterverteilung wurden die Anlagenkosten deutlich reduziert. Gleichzeitig konnte die DC-Verkabelung durch den generatornahen Einsatz besonders abgedichteter und damit für die Außenmontage geeigneter Wechselrichter (IP65) stark vereinfacht werden. Die String-Technik hat einen neuen Standard in Europa und USA definiert, an dem sich nahezu alle Hersteller von Wechselrichtern für die Netzkopplung orientiert haben. Die Entwicklung von Wechselrichtern mit mehreren unabhängigen MPP-geregelten (Maximum Power Point) Eingängen gemäß der Multi-String(R)-Technologie und intelligente Konzepte zur Reduzierung der Verluste bei niedriger Einstrahlung, wie z. B. das Sunny-Team(R)-Konzept, haben den Einsatz der Sonnenenergie zur Stromerzeugung weiter voran gebracht. Auch die Wirkungsgrade, insbesondere bei transformatorlosen Wechselrichtern, sind von ca. 90 % (1990) auf bis zu 98 % erhöht worden. Trotz dieser zum Teil immensen technologischer Fortschritte konnte der spezifische Preis der Solarwechselrichter innerhalb der letzten zehn Jahre um 50 % reduziert werden. Das vorliegende Dokument gibt einen Überblick über die Entwicklung der letzten zehn Jahre und beschreibt die heutigen und zukünftigen Trends von String-Wechselrichtern. Hierzu gehört auch der Einsatz des neuen, speziell für Outdoor-Anwendungen entwickelten Kühlungssystems OptiCool(R), das ein optimales thermisches Betriebsverhalten von String-Wechselrichtern, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, gewährleistet. Darüber hinaus ist es eines der vorrangigen Ziele, eine weitere Reduktion des spezifischen Preises zu erzielen, beispielsweise durch Einsatz eines für hohe Produktionsmengen optimierten Mechanik-Konzeptes. Dieser Aufsatz enthält außerdem eine Darstellung der neuen von SMA entwickelten H5(R)-Topologie, mit der es erstmals möglich ist, einen Wirkungsgrad von mehr als 98 % und einen geringen spezifischen Preis von ca. 0,35 Euro/W zu erreichen. Schließlich wagen wir einen Blick in die Zukunft: Wie wird der PV-Wechselrichter des Jahres 2010 aussehen? Welche Möglichkeiten gibt es, eine weitere Preisreduzierung zu erreichen, eine höhere Verfügbarkeit bei gleichzeitig gesteigertem Wirkungsgrad und zusätzlichen Features, wie die Virtuelle-Kraftwerks-Funktionalität, zu gewährleisten?