Optimierung einer Photovoltaik-Anlage - Optimierungssysteme im Überblick

Photovoltaik und Optimierung - Leistungsoptimierer am Dach
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Aktualisiert am 03.11.2015
In der Photovoltaik ist Optimierung immer ein aktuelles Thema. Schon gute Planung und eine fachgerechte Installation sind für den Betrieb einer rentablen Photovoltaik-Anlage das Um und Auf. Aber es gibt viele weitere Faktoren, die auf die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaik-Anlage Einfluss nehmen. Mit welchen technischen Mitteln die Leistung bzw. die Rentabilität von Photovoltaik-Anlagen durch Optimierung noch erhöht werden kann, sollte daher schon bei der Planung durchdacht werden und bei Bedarf Berücksichtigung finden.

Photovoltaik-Anlagen: Optimierung durch Ausrichtung

Eines der Hautaugenmerke bei der Planung einer Photovoltaik-Anlage ist neben der Größe der Dachfläche auch deren Ausrichtung. In unseren Breiten wird die ideale Photovoltaik-Anlage zur Optimierung gegen Süden mit einem Aufstellwinkel von 30° installiert. Eine ausführlichere Behandlung dieses Themas findet sich im Artikel Einfluss der Ausrichtung auf den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen.

Aufständerung gegen Süden

Bei einem östlich oder westlich orientierten Dach mag bei der Planung die Idee aufkommen, dass eine Aufständerung gegen Süden eine sinvolle Maßnahme zur Optimierung der Photovoltaik-Anlage sei. Diese ist aber in keinem Fall angezeigt. Denn so wird nicht nur die nutzbare Dachfläche verkleinert, sondern es werden auch künstliche Schattenflächen erzeugt. Selbst die Leistungseinbußen bei einer reinen Ost- bzw. West-Ausrichtung sind ohne Aufständerung durchaus noch im wirtschaftlich sinnvollen Bereich.

Photovoltaik-Optimierung durch die Vermeidung von Verschattungen

  • Microwechselrichter zur Photovoltaik-Anlagen-Optimierung
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    © diybook | Ein Microwechselrichter wandelt den Gleichstrom eines Moduls vor Ort in Wechselstrom um. Der Vorteil: Dicke…
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Die Vermeidung von Verschattungen ist die beste Möglichkeit zur Optimierung einer PV-Anlage. Läßt sich diese trotz allem nicht vermeiden, so können zumindest die überproportionalen negativen Effekte, durch entsprechende technische Maßnahmen, weitestgehend vermieden werden. Microwechselrichter und Leistungsoptimierer sind zwei dieser Möglichkeiten. 

Microwechselrichter

Als Microwechselrichter werden kleine Wechselrichter direkt am Modul bezeichnet. Diese wandeln den produzierten Gleichstom vor Ort in Wechselstrom um. Lange Gleichstromleitungen und Notausschaltungen können entfallen. Auch wird das MPP-Tracking auf Modulebene durchgeführt, sodass die Leistung der Module auch bei Verschattung maximiert wird. Leider kann bei diesen Microwechselrichtern die Effizienz großer Wechselrichter nicht erreicht werden. Zudem beeinflusst die Wärmeabgabe der Wechselrichter das Modul sowie auch umgekehrt. Bei Verschattungen sind die Microwechselrichter zur Photovoltiak-Optimierung durchaus sinnvoll einsetzbar, wenngleich auch nicht die erste Wahl.

  • Leistungsoptimierer
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    © diybook | Leistungsoptimierer sind modulnahe Einheiten, die der überproportionalen Beeinflussung von Verschattungen effektiv…
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Leistungsoptimierer

Leistungsoptimierer sitzen ebenfalls in direkter Modulnähe und werden zwischen die PV-Module geschalten. Durch unterschiedliche Verfahren stellen diese sicher, dass ein jedes der Module an seinem idealen Arbeitspunkt arbeitet und somit die maximal mögliche Leistung erbringt. Leistungsschwache, schmutzige oder verschattete Module spielen dann keine so große Rolle mehr und senken die Leistung der gesamten Anlage nicht überproportional ab. Leistungsoptimierer haben dabei einen überaus guten Wirkungsgrad, sodass der Nutzen bei nicht vermeidbaren Verschattungen in jedem Fall überwiegt.

Zudem bieten sie den Vorteil, dass durch die Vernetzung aller Leistungsoptimierer die Leistung eines jeden Moduls abgerufen wird. So können kaputte Module oder Leistungseinbußen einzelner Module sehr einfach und rasch identifiziert und festgestellt werden, was eine dauerhafte Photovoltaik-Optimierung garantiert

Optimierung durch die Nachführung der PV-Module

  • Nachführsysteme
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    © manfredxy | Auch wenn Nachführsysteme eine überaus gute Ausbeute versprechen, steigen die Investitionskosten nicht unerheblich. Im…
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Da auch bei optimaler Ausrichtung der PV-Anlage nur einmal am Tag auch der optimale Einstrahlwinkel erreicht wird, scheint die Nachführung der Module eine gute Idee zur Photovoltaik-Optimierung zu sein. 

Dafür gibt es Nachführsysteme, also elektrisch betriebene Montagesysteme, welche die PV-Module der Sonne nachführen. Unterschieden werden hierbei sensorgesteuerte und astronomisch gesteuerte Anlagen. Für eine Ausrichtung im Sinne der Photovoltaik-Optimierung ist dann in jedem Fall gesorgt und eine Leistungssteigerung von 25-40% wird versprochen.

Diese Systeme kommen sinnvollerweise nur auf Freiflächen oder Flachdächern zum Einsatz und sind natürlich mit höheren Anschaffungs- und Wartungskosten verbunden. 

Optimierung durch Kühlung, Reinigung und Auftauautomatik

Auch die Temperatur der Module hat einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Leistung des Moduls. So ist es nicht verwunderlich, dass die maximale Leistung immer unter Laborbedingungen, nämlich bei 25°C, angegeben wird. Diese Temperaturen werden im Hochsommer, vor allem zur Mittagszeit bei weitem überschritten, sodass die Leistung der Module abnimmt. Gut hinterlüftete Module und ausreichender Abstand zur Dacheindeckung erhöhen daher die Leistung der Module. Auch bei integrierten Indach- oder Fassadeninstallationen ist zur Photovoltaik-Optimierung stets auf eine gute Hinterlüftung zu achten.

  • Reinigung der PV-Module
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    © siwi1 | Eine Reinigung der Module kann bei stark verschmutzten Modulen notwendig werden. Gerade sehr flache Installationen können davon…
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Auch können Module aktiv gekühlt werden. So gibt es Systeme, die Regenwasser dazu nutzen, die Module aktiv zu kühlen, um bei der Leistung von Photovoltaik-Anlagen eine Optimierung zu erzielen.

Aber nicht nur die Module arbeiten bei kühlen Temperaturen besser als bei warmen. Auch der Wechselrichter erzielt höhere Wirkungsgrade bei kühler Umgebung. Es ist daher durchaus sinnvoll, diesen im Keller in einem kühlen Raum zu installieren. 

Ist es naheliegend, dass verschmutzte PV-Module weniger zur Stromerzeugung beitragen als saubere Module, so ist es ebenfalls klar, dass schneebedeckte Anlagen noch weniger zur Stromerzeugung beitragen. Es gibt daher Module, die mit Hilfe von Strom die Paneele heizen und so von Schnee befreien können.

Die fachgerechte Installation

  • Fachgerechte Installation
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    © diybook | Neben der Planung ist die fachgerechte Installation der zweite wesentliche Faktor einer gelungenen Photovoltaik-Anlagen…
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Die beste Planung hilft nichts, wenn die Installation der Photovoltaik-Anlage nicht fachgerecht durchgeführt wird. So ist eine ordnungsgemäße Installation der letzte Schritt bei der Optimierung der Photovoltaik-Anlage.

Zu einer guten Installation zählt, dass besonders die Gleichstromkabel einen zum Anschlusswert passenden Durchmesser aufweisen und die Kabel möglichst kurz gehalten werden. Zudem dürfen nur gleiche Module mit derselben Orientierung in einem String zusammengefasst werden. Im besten Fall werden auch noch die Module anhand der Flashliste nach IMPP sortiert.

Optimierung durch Erweiterung der Photovoltaik-Anlage

  • Erweiterung der PV-Anlage
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    © manfredxy | Wurden bei der Installation keine grundlegenden Fehler begangen, dann ist der Ausbau der Anlage als Photovoltaik-Optimierung…
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Ist bereits eine funktionierende Anlage installiert und besteht der Bedarf nach mehr Leistung, so kann natürlich die PV-Anlage auch erweitert werden. Meist stehen dazu noch weitere Dachflächen zur Verfügung, die anfangs gar nicht bedacht werden. So eignen sich z.B. Carports, Garagen und andere auch vielleicht nicht ideal ausgerichtete Dachflächen dazu, mit PV-Modulen belegt zu werden.

Sind mehrere Dachflächen unterschiedlicher Orientierung beteiligt oder werden Schattenflächen belegt bzw. viele Module zusammengeschlossen, lohnt die Aufteilung in mehrere Strings. Diese werden dann entweder an eigene Wechselrichter oder gemeinsam an spezielle Wechselrichter, idealerweise mit mehreren MPPT's, angeschlossen. Bei größeren Anlagen ist die Aufteilung der Module und Verwendung mehrerer Wechselrichter durchaus zu empfehlen. Die Erweiterung der PV-Anlage ist ein direkter Weg zur Photovoltaik-Optimierung.

Zusammenfassung: Photovoltaik und Optimierung

Es gibt viele Arten und Methoden, in der Photovoltaik eine Optimierung zu erzielen und so den Leistungsertrag einer PV-Anlage zu steigern. Die meisten Maßnahmen sind aber bereits bei der Planung zu berücksichtigen und werden durch eine sachgemäße Installation abgerundet.

Die Sinnhaftigkeit und der Nutzen sind von Fall zu Fall abzuwägen. Allgemein kann aber gesagt werden, dass die Aufteilung in mehrere Strings auch für den Eigenverbrauchsnutzer sinnvoll sein wird, wohingegen die Installation einer aktiven Kühlung vermutlich Großprojekten vorenthalten bleiben wird.

Genauso wenig wird ein umfangreiches Nachführsystem bei Privaten Anwendung finden. Gute Hinterlüftung und wohlüberlegte Installation des Wechselrichters lassen sich aber ohne größere Kosten realisieren. Ebenso individuell abzuschätzen sind professionelle Reinigungen bzw. eine Abtauautomatik, denn Ersteres kostet Geld und bei Letzerem wird eine Menge Energie verbraucht. In jedem Fall sinnvoll bzw. notwendig sind Leistungsoptimierer, um PV-Anlagen auch bei Verschattungen im Sinne einer effektiven Photovoltaik-Optimierung betreiben zu können.

In der Photovoltaik ist Optimierung immer ein aktuelles Thema. Schon gute Planung und eine fachgerechte Installation sind für den Betrieb einer rentablen Photovoltaik-Anlage das Um und Auf. Aber es gibt viele weitere Faktoren, die auf die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaik-Anlage Einfluss nehmen. Mit welchen technischen Mitteln die Leistung bzw. die Rentabilität von Photovoltaik-Anlagen durch Optimierung noch erhöht werden kann, sollte daher schon bei der Planung durchdacht werden und bei Bedarf Berücksichtigung finden.
  • Microwechselrichter zur Photovoltaik-Anlagen-Optimierung
    © diybook | Ein Microwechselrichter wandelt den Gleichstrom eines Moduls vor Ort in Wechselstrom um. Der Vorteil: Dicke Gleichstromleitungen sind so nicht mehr vonnöten und Verschattungen spielen keine so große Rolle. Die Leistung und der Wirkungsgrad großer Wechselrichter kann dabei aber nicht erreicht werden.
  • Leistungsoptimierer
    © diybook | Leistungsoptimierer sind modulnahe Einheiten, die der überproportionalen Beeinflussung von Verschattungen effektiv entgegenwirken. Die Module liefern aber nach wie vor Gleichstrom, der zentral in einem großen Wechselrichter transformiert werden kann. Bedingt durch ihre Vernetzung vereinfachen Leistungsoptimierer zudem das Auffinden defekter oder leistungsschwacher Module.
  • Nachführsysteme
    © manfredxy | Auch wenn Nachführsysteme eine überaus gute Ausbeute versprechen, steigen die Investitionskosten nicht unerheblich. Im Privatbereich werden diese daher so gut wie nie als Photovoltaik-Optimierung angetroffen.
  • Reinigung der PV-Module
    © siwi1 | Eine Reinigung der Module kann bei stark verschmutzten Modulen notwendig werden. Gerade sehr flache Installationen können davon betroffen sein.
  • Fachgerechte Installation
    © diybook | Neben der Planung ist die fachgerechte Installation der zweite wesentliche Faktor einer gelungenen Photovoltaik-Anlagen-Optimierung. Falsche Dimensionierung, zu lange Kabel oder Wechselrichter am falschen Ort können zu nicht unerheblichen Leistungseinbußen führen.
  • Erweiterung der PV-Anlage
    © manfredxy | Wurden bei der Installation keine grundlegenden Fehler begangen, dann ist der Ausbau der Anlage als Photovoltaik-Optimierung meist sinnvoller als die Nachrüstung bestehender Systeme, um mehr Strom zu erzeugen.
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