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Clipping tritt auf, wenn Solarmodule mehr Gleichstrom erzeugen, als der Wechselrichter in nutzbare Wechselstromenergie umwandeln kann. Die überschüssige Energie wird "geclippt" und somit verschwendet.
Beispiel: Ein 425-W-Modul in Verbindung mit einem 325-W-Mikro-Wechselrichter wird bei Spitzenleistung 100 W an potenzieller Energieabgabe abschneiden. Dies ist in Abbildung 5 dargestellt.
Eine Begrenzung ist in den Leistungsdiagrammen von Solaranlagen leicht zu erkennen. Wenn eine Begrenzung auftritt, zeigt das Diagramm eine abgeflachte Spitze an, was bedeutet, dass das System weniger Strom produziert als es könnte. Eine kurze Suche auf reddit/r/solar nach Clipping zeigt zahlreiche Beispiele von Hausbesitzern, die sich fragen, warum ihre Energieproduktion gedeckelt ist. In einigen Kommentaren wird deutlich, dass sich Hausbesitzer zunehmend des Clippings bewusst sind und sich Sorgen über dessen Auswirkungen auf die Leistung ihrer Systeme machen.
In Anbetracht der Tatsache, dass Mikrowechselrichter häufig mit Modulen größerer Leistung gepaart werden, ist Clipping kein seltenes Phänomen. In vielen Fällen wird die Fehlanpassung zwischen Modul und Mikrowechselrichter damit gerechtfertigt, dass man nicht mehr Geld für Mikrowechselrichter mit höherer Leistung ausgeben will. Die kleinen Verluste summieren sich jedoch.
Eine jährliche Beschneidung von nur 3 % kann bei einer 15-kW-Solaranlage für Privathaushalte (Kapazitätsfaktor 19 %, 0,30 $/kWh, 5 % Strompreiseskalator, 25 Jahre) 10.724 $ an Einsparungen über die gesamte Lebensdauer kosten. Unter den gleichen Annahmen reduziert eine 2 %ige Beschneidung die Einsparungen um 7.149 $ und eine 1 %ige Beschneidung um 3.575 $.
In Abbildung 7 zeigt eine Leistungsanalyse eines führenden Anbieters von Mikro-Wechselrichtern, dass die Höhe der Überschneidungen von der Qualität der Sonneneinstrahlung (die für jede Stadt unterschiedlich ist) und der Wattleistung der Module abhängt.
Produktionsverluste durch Clipping im Jahr 1 nach Modulleistung und Standort mit einem 300-W-Mikro-Wechselrichter
Auch bei String-Wechselrichtersystemen kann es zu Überlastungen kommen, wenn die kombinierte Leistung der Module die Leistung des String-Wechselrichters übersteigt. Dies kann immer dann passieren, wenn das Verhältnis von DC zu AC größer als 1 ist, was häufig der Fall ist.
String-Wechselrichter in einem System mit DC-Architektur weisen jedoch eine Besonderheit auf: In Verbindung mit einer DC-gekoppelten Batterie kann die über die Wechselrichterleistung hinausgehende Energieerzeugung zum Laden der Batterie genutzt werden.
Abbildung 8 zeigt den Unterschied zwischen der Leistung eines DC-gekoppelten Wechselrichters und der Leistung eines Mikro-Wechselrichters an einem Tag, an dem die Solarproduktion die maximale (AC-)Kapazität des Wechselrichters übersteigt.
Bei einer DC-gekoppelten Batterie kann überschüssige Sonnenenergie die Batterie aufladen. Bei einer AC-gekoppelten Batterie oder einem Mikro-Wechselrichter-System wird die überschüssige Energie abgefangen.
Installateure, die derzeit keine Batterien einsetzen, sind oft der Meinung, dass es keinen Unterschied zwischen String-Systemen und Mikro-Wechselrichter-Systemen gibt, wenn das Gleichstrom-Wechselstrom-Verhältnis gleich ist. Aber es gibt einen.
Fazit: Auch ohne Batterie und bei ähnlichem Gleichstrom-Wechselstrom-Verhältnis wird ein String-Wechselrichter weniger Strom verbrauchen als Mikro-Wechselrichter. Da dieses Thema komplexer und nuancierter ist als hier beschrieben, finden Sie hier ein Kapitel mit einem konkreten Beispiel und Details: Bonus: Clipping-Showdown: MLPE vs. Optimierer.
Mikrowechselrichter und Optimierer werden in der Regel in einer Technologiekategorie namens Leistungselektronik auf Modulebene (MLPE) zusammengefasst. Da Optimierer jedoch den Vorteil haben, dass sie gleichstromgekoppelt sind, leisten sie weniger Arbeit, und die Energie des Moduls kann ohne die üblichen Begrenzungs- und Umspannungsverluste zur Batterie gelangen. Einer der Gründe, warum MLPE so beliebt geworden ist, ist, dass sie eine Optimierung auf Modulebene, eine Überwachung und eine schnelle Abschaltung bieten - Funktionen, die von Installateuren und Hausbesitzern gewünscht und nachgefragt werden. Optimierer wie der TS4-A-O und der TS4-X-O von Tigo (mit einer Nennleistung von bis zu 700 bzw. 800 W) bieten diese gefragten Funktionen und eignen sich gleichzeitig für Hochleistungssolarmodule.
Clipping ist bei Hausbesitzern und Installateuren ein heißes Thema, auch weil der flache obere Teil der Produktionskurve so auffällig ist. Ein kurzer Blick in ein Solarforum zeigt schnell besorgte Hausbesitzer, die Clipping-Diagramme posten. Diese Beiträge werden in der Regel mit einer der folgenden Antworten beantwortet:
"Keine Sorge, das geht mit der Zeit wieder runter "
Es stimmt, dass die Überschneidung von Mikro-Wechselrichtern mit der Zeit wahrscheinlich abnimmt. Aber es ist wahrscheinlich weniger als das, was beworben wird. Viele Anwender verweisen auf den technischen Bericht von Enphase über Clipping als Beweis. Darin wird jedoch von einer Degradationsrate von 0,4 % nach dem ersten Jahr ausgegangen. REC-Module, die im EnergySage-Bericht für das erste Halbjahr 24 den größten Anteil der Angebote ausmachten, haben in ihrer Garantie eine garantierte Leistungsverschlechterung von weniger als 0,25 % nach dem ersten Jahr. Die Garantie garantiert "bis zum Ende des 25. Jahres eine tatsächliche Leistung von mindestens 92 % der Nennleistung". Ein 450-W-Modul produziert also garantiert immer noch 414 W oder mehr; das ist die maximale Leistungsverschlechterung, nicht der Durchschnitt. Darüber hinaus wird in der Kurzbeschreibung von Enphase keine Beeinträchtigung der maximalen Leistung von Mikrowechselrichtern erwähnt, obwohl die Garantie für Mikrowechselrichter keine Leistungsgarantien enthält. Es wäre schwierig, ein elektronisches Gerät zu nennen, das täglichen Laufzeiten und Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, ohne dass die Leistung über Jahrzehnte hinweg beeinträchtigt wird.
"Es lohnt sich nicht, auf Mikro-Wechselrichter mit höherer Leistung aufzurüsten.
Dies ist eine vernünftige Aussage, wenn jemand Mikrowechselrichter mit Mikrowechselrichtern vergleicht; Mikrowechselrichter mit höherer Leistung sind teurer. Der eigentliche (und neutrale) Vergleich zur Vermeidung von Clipping sollte jedoch zwischen einem Mikro-Wechselrichter und einem String-Wechselrichter erfolgen.
"Es ist tatsächlich effizienter"
Diese Aussage bezieht sich in der Regel auf die Wirkungsgradkurven von Wechselrichtern, die zeigen, dass Wechselrichter effizienter arbeiten, wenn sie nahe an ihrer maximalen Leistung sind. Darüber hinaus haben Mikrowechselrichter mit höherer Leistung in der Regel eine höhere Startspannung. Die Aufrüstung auf einen Mikrowechselrichter mit höherer Leistung bedeutet daher, dass das System später "aufwacht" als ein Mikrowechselrichter mit geringerer Leistung, und dass ihm die lichtarmen Produktionsstunden entgehen würden. Dies ist in Abbildung 9 zu sehen.
Neben der Kostensteigerung, die mit der Aufrüstung auf einen Mikro-Wechselrichter mit höherer Leistung einhergeht, gibt es auch mögliche negative Auswirkungen auf den Wirkungsgrad und die Anzahl der Betriebsstunden. Dies ist ein echter Kompromiss, den es zu berücksichtigen gilt. Aber auch hier gilt, dass Mikrowechselrichter mit Mikrowechselrichtern verglichen werden. Ein Tigo-Stringwechselrichter hingegen beginnt mit der Produktion bei 80 V über alle Module in einem String, was bedeutet, dass die Produktion bereits dann beginnt, wenn nur ein String von Modulen am unteren Ende des Produktionsspektrums arbeitet - bei einem String von 8 Modulen mit jeweils nur 10 V.
"Auch String-Wechselrichter können ausfallen"
Dieses Thema wird oben behandelt, und einen tieferen Einblick gibt es hier: Bonus: Clipping-Showdown: MLPE vs. Optimierer
Mit zunehmender Modulleistung steigen auch die Kosten für das Clipping. Diese "Clipping-Steuer" kann während der Lebensdauer eines Solarprojekts bis zu 10.724 $ kosten, aber sie ist vermeidbar. Wenn Batterien mit einem DC-gekoppelten Wechselrichter gekoppelt sind, kann überschüssige Solarstromproduktion die Batterie aufladen, wodurch Clipping gänzlich vermieden wird. Zum Glück werden Batterien immer mehr zur Norm.
Darüber hinaus bringen Batterien zusätzliche Verluste für Mikrowechselrichter mit sich, auf die wir im nächsten Kapitel - Umwandlungssteuer - eingehen werden : Die versteckten Kosten von AC-gekoppelten Batterien.
Webinar: Am 15. April (dem Tag der Besteuerung in den USA) veranstalten wir ein Webinar, in dem wir die Details der Microinverter-Steuerreihe erläutern. Melden Sie sich hier für das Webinar an.
Nachstehend finden Sie eine vollständige Liste der in dieser Reihe enthaltenen Kapitel (Links werden nach und nach hinzugefügt):
