Clipping-Showdown: DC:AC-Verhältnisse sind nicht gleich

In Kapitel 2 haben wir den Unterschied im Gleichstrom-Wechselstrom-Verhältnis zwischen Mikro-Wechselrichtern und String-Wechselrichtern beschrieben, selbst wenn keine Batterien verwendet werden. In diesem Bonuskapitel wird im Detail erläutert, warum und wie String-Wechselrichter besser abschneiden als Mikrowechselrichter.

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DC:AC-Verhältnis: Was es bedeutet

Das DC:AC-Verhältnis ist eine wichtige Kennzahl bei der Solarauslegung. Es vergleicht die gesamte Leistungskapazität Ihrer Solarmodule (DC) mit der maximalen Ausgangsleistung Ihres Wechselrichters (AC). Ein 15-kW-System mit einem 11,4-kW-Wechselrichter (oder der Summe der Mikro-Wechselrichterleistung) hat zum Beispiel ein DC:AC-Verhältnis von 1,3:1.

Laut Aurora Solar, einer führenden Software für Solardesign und Leistungssimulation, "ist es oft sinnvoll, eine Solaranlage so zu überdimensionieren, dass das Verhältnis von Gleichstrom zu Wechselstrom größer als 1 ist. Dies ermöglicht eine größere Energieausbeute, wenn die Produktion unter der Nennleistung des Wechselrichters liegt, was typischerweise die meiste Zeit des Tages der Fall ist".

Allerdings, so Aurora Solar weiter, "ist dieser Ansatz nicht ohne Kosten. Entweder man gibt Geld für einen zusätzlichen Wechselrichter aus oder man verliert die Energieernte durch das Clipping des Wechselrichters."

Aber nicht alle DC:AC-Verhältnisse verhalten sich gleich, insbesondere beim Vergleich von String-Wechselrichtern und Mikro-Wechselrichtern.

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Ausschneiden: String-Wechselrichter vs. Mikro-Wechselrichter

Während sowohl String-Wechselrichter als auch Mikro-Wechselrichter Energie abschneiden, wenn die Modulleistung die Wechselrichterkapazität übersteigt, schneiden String-Wechselrichter im Durchschnitt weniger ab, weil:

1. Aggregierte Leistungsglättung in String-Wechselrichtern

String-Wechselrichter verwalten den Strom auf Gruppenebene, indem sie die Leistung aller Module zu einem einzigen DC-Eingang zusammenfassen. Das bedeutet:

• Module gleichen sich gegenseitig aus: Wenn eine Gruppe von Modulen Spitzenleistung erzeugt (z. B. nach Westen ausgerichtete Module am Nachmittag), während eine andere Gruppe verschattet ist oder unterhalb der Spitzenleistung arbeitet (z. B. nach Osten ausgerichtete Module am Nachmittag), ist es weniger wahrscheinlich, dass die Gesamtleistung der Anlage die Kapazität des Wechselrichters übersteigt.
• Glattere Ausgangskurve: Die kombinierte Erzeugung aller Module verringert die Wahrscheinlichkeit von Übersteuerungen, selbst wenn einzelne Module mit maximaler Kapazität arbeiten.

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2. Begrenzung pro Modul in Mikrowechselrichtern

Mikrowechselrichter arbeiten unabhängig für jedes Modul und wandeln Gleichstrom in Wechselstrom auf Modulebene um, was zu Ineffizienzen führt:

• Clipping an jedem Modul: Jeder Mikro-Wechselrichter ist für eine feste Leistung (z. B. 350 W) ausgelegt. Wenn ein 450-W-Modul seinen Spitzenwert erreicht, werden die überschüssigen 100 W gekappt - auch wenn andere Module im System weniger als ihren Spitzenwert produzieren.
• Keine modulübergreifende Nutzung: Im Gegensatz zu String-Wechselrichtern können Mikro-Wechselrichter die Leistung der einzelnen Module nicht bündeln, so dass überschüssige Energie von leistungsstarken Modulen verloren geht, selbst wenn andere Module eine geringere Leistung aufweisen.

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Vergleich der Energieerzeugung anhand eines konkreten Beispiels

Vergleichen wir die Leistung von Mikro-Wechselrichtern mit der von String-Wechselrichtern mit demselben DC:AC-Verhältnis auf demselben Haus (siehe Abbildung 16) mit den folgenden Merkmalen, um den Unterschied zu sehen:

• 15kW-Solaranlage mit 35x440W-Modulen
• 2 Arrays: 17 Module im Osten (blau), 17 im Westen (gelb)
• Die Sonne scheint auf das West-Array und erzeugt potenziell 400 W pro Modul.
• Das East-Array erzeugt 250 W pro Modul
• Option 1: 700W Optimierer + 11,4kW String-Wechselrichter (1,35:1 DC:AC Verhältnis)
• Option 2: 325-W-Mikro-Wechselrichter auf jedem Modul (Verhältnis DC:AC 1,35:1)

Unten sehen wir den Leistungsvergleich zwischen diesen beiden Konfigurationen. Die Mikro-Wechselrichter in Option 2 schneiden 13 % der Produktion ab, weil sie auf Modulebene abschneiden. Der String-Wechselrichter in Option 1 wird nicht abgeschnitten, da die geringere Leistung der östlichen Anlage die höhere Leistung der westlichen Anlage ausgleicht.

Maximal mögliche Leistung

• Osten: 4.500 W (250 W x 18)
• West: 6.800 W (400 W x 17)
• Gesamt: 11.300W (4.500W + 6.800W)

DC-Architektur: 

• Osten: 4.500 W (250 W x 18)
• West: 6.800 W (400 W x 17)
• Gesamt: 11.300W (4.500W + 6.800W)
• 0% Beschneidung

AC-Architektur

• Osten: 4.500 W (250 W x 18)
• West: 5.525W (325W x 17)
• Gesamt: 10.025W (4.500W + 5.525W)
• 13% Ausschnitt

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Der tägliche Unterschied

Die Stromerzeugungskurven in Abbildung 16 veranschaulichen den Leistungsunterschied zwischen den beiden Technologien im Laufe eines einzigen Tages.

DC-Architektur: Wird nur ausgelöst, wenn die GESAMTLEISTUNG (ÖSTLICH + WESTLICH) die Wechselrichterkapazität übersteigt. Bei unterschiedlichen Ausrichtungen. Clipping ist weniger wahrscheinlich.

AC-Architektur: Überschneidungen an jedem Modul - zuerst werden also die östlichen, dann die westlichen Arrays überschnitten, was die GESAMTLEISTUNG reduziert. Clipping ist wahrscheinlicher.

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Die Rolle der Modulausrichtung

Die Module werden häufig in verschiedenen Ausrichtungen installiert (z. B. Ost- und Westdächer), weil:

• Der Platz auf den Dächern von Wohnhäusern ist begrenzt. Mehrere Ausrichtungen erfassen mehr Fläche.
• Verteilte Spitzenwerte: Module, die in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind, erzeugen ihre Leistungsspitzen zu unterschiedlichen Tageszeiten, wodurch eine gleichmäßigere Gesamtleistungskurve entsteht.
• Erfassen Sie die Morgen- und Abendstunden. Die Morgen- und Abendstunden werden von den Energieversorgern zunehmend zu höheren Sätzen vergütet als die Tagesmitte, was größtenteils auf den hohen Anteil von Solarenergie im Netz zurückzuführen ist
• Geringere Begrenzung: Selbst bei einem hohen DC:AC-Verhältnis ist es bei String-Wechselrichtern weniger wahrscheinlich, dass die Gesamtleistung des Systems die Kapazität des Wechselrichters übersteigt.

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Schlussfolgerung

Nicht alle DC:AC-Verhältnisse sind gleich. Während sowohl String-Wechselrichter als auch Mikro-Wechselrichter Energie abschneiden, wenn die DC-Leistung die AC-Kapazität übersteigt, reduzieren String-Wechselrichter die Abschneideverluste erheblich, indem sie die Leistung über die gesamte Anlage aggregieren.

Für Hausbesitzer, die ihre Energieproduktion und -einsparungen maximieren möchten, ist ein DC-optimiertes String-Wechselrichtersystem die klare Wahl - es fängt mehr Energie ein, minimiert Verluste und bereitet sich auf die Zukunft von Solar + Storage vor.

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Nachstehend finden Sie eine vollständige Liste der in dieser Reihe enthaltenen Kapitel (Links werden nach und nach hinzugefügt):

Nachstehend finden Sie eine vollständige Liste der in dieser Reihe enthaltenen Kapitel (Links werden nach und nach hinzugefügt):

1. Zusammenfassung: Die wachsende Steuer auf Mikrowechselrichter
2. Trendlinien: Wichtige Veränderungen in der Solarbranche
3. Kürzungssteuer: Energie auf dem Tisch liegen lassen
4. Umwandlungssteuer: Die versteckten Kosten von AC-gekoppelten Batterien
5. Ausrüstungssteuer: Mehr Geräte, mehr Probleme
6. Die Lösung heißt Gleichstrom: DC-Optimierer, DC-gekoppelte Batterien
7. Bonus: Clipping-Showdown: Nicht alle DC:AC-Verhältnisse sind gleich
8. Glossar der Begriffe

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