PV-Wechselrichtertypen

Photovoltaik-Wechselrichter lassen sich grundsätzlich in vier Typen einteilen: zentrale Wechselrichter, String-Wechselrichter, dezentrale Wechselrichter und Mikro-Wechselrichter S Zentralisierte Wechselrichter mit einer hohen Gesamtsystemleistung werden vor allem in Großprojekten wie Freiflächen-Photovoltaikanlagen eingesetzt. Kraftwerke in Gebieten mit guten Sonneneinstrahlungsbedingungen. Zu den dezentralen Wechselrichtern gehören Stringwechselrichter und Mikro-Wechselrichter s, die üblicherweise in kleinen bis mittelgroßen gewerblichen, industriellen und privaten Photovoltaikanlagen eingesetzt werden, wobei String-Wechselrichter der vorherrschende Typ sind. Dezentrale Wechselrichter vereinen die Eigenschaften von zentralen und String-Wechselrichtern und werden in gewissem Umfang beispielsweise in Projekten in Bergregionen eingesetzt. Mikro-Wechselrichter S Führen Sie für jedes Photovoltaikmodul einzeln eine maximale Leistungsspitzenverfolgung (MPPT) durch, kehren Sie es dann um und integrieren Sie es in das Wechselstromnetz, wobei die Einzelkapazität normalerweise unter 1 kW liegt.

1. Zentralisierte Wechselrichter

Zentrale Wechselrichter verbinden eine große Anzahl von Photovoltaik-Strängen, wobei die Leistung einer einzelnen Einheit üblicherweise über 500 kW liegt. Zentrale Wechselrichter sind ein gängiger Typ von Photovoltaik-Wechselrichtern auf dem Markt. Ihr Funktionsprinzip besteht darin, den von mehreren Photovoltaik-Modulen erzeugten Gleichstrom zu sammeln und einem MPPT-Verfahren (MPPT = MP ...

Zentralisierte Wechselrichter können die Anzahl der eingesetzten Einheiten reduzieren, Systemkosten und -verluste senken und eine zentrale Verwaltung ermöglichen. Aufgrund des großen Kapazitätsvorteils zentralisierter Wechselrichter können Photovoltaik-Kraftwerke gleicher Größe mit zentralisierten Wechselrichtern die Anzahl der eingesetzten Wechselrichter deutlich reduzieren, die Gesamtverluste des Systems verringern und eine zentrale Installation und Verwaltung ermöglichen. Gleichzeitig zeichnen sich zentralisierte Wechselrichter durch einen hohen Integrationsgrad, eine einfache Steuerung, eine relativ ausgereifte Technologie und niedrige Stückkosten aus. Die Kombination dieser Faktoren kann die Anlagenkosten des Kraftwerkssystems erheblich senken.

Der Einsatz zentraler Wechselrichter kann Oberschwingungen effektiv reduzieren und die Gesamtqualität der Stromerzeugung verbessern. Oberschwingungen sind elektrische Signale mit Frequenzen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz betragen. Sie können Spannungswellen verzerren und Geräteschäden verursachen. Der Einsatz weniger zentraler Wechselrichter reduziert die Anzahl der Reihen-Parallel-Schaltungen und senkt so den Oberschwingungsgehalt. Dies gewährleistet einen höheren Anteil der Grundwelle an der Stromerzeugung und verbessert die Gesamtstromqualität.

Zentrale Wechselrichter haben einen engen MPPT-Spannungsbereich, typischerweise zwischen 500 und 850 V, was die Gesamtleistung der Stromerzeugung beeinträchtigt. Zentrale Wechselrichter mit einem einzigen MPPT verbinden eine große Anzahl von Photovoltaik-Strängen. Dadurch ist eine präzise Steuerung jeder einzelnen Gruppe von Photovoltaik-Strängen nicht möglich. Somit ist nicht gewährleistet, dass jeder Strang seinen optimalen Arbeitspunkt erreicht, was die Gesamteffizienz der Stromerzeugung des Systems verringert. Bei schlechten Lichtverhältnissen, beispielsweise bei Regen, kann die Systemspannung unter die minimale MPPT-Spannung des Wechselrichters fallen, was eine normale Stromerzeugung verhindert und die Gesamterzeugungszeit verkürzt. Gleichzeitig erfordert die Photovoltaikanlage aufgrund der Verbindung mehrerer Gleichstromeingänge eine gute Kompatibilität zwischen den Komponenten. Ein Komponentenausfall beeinträchtigt die Gesamtstromerzeugung und -effizienz des Systems. Zentrale Wechselrichter sind groß und benötigen spezielle Räume zur Aufstellung, was die Installation erschwert. Aufgrund der großen Einzelkapazität sind zentrale Wechselrichter groß und schwer, sodass für die Aufstellung im Freien spezielle Räume eingerichtet werden müssen. Spezielle Räume benötigen viel Platz, was die Gesamtkosten des Systems erhöht und gleichzeitig die Installation erschwert. Aufgrund der Abdichtungsprobleme der Räume kann die Platzierung des Wechselrichters im Raum zudem zu einer schlechten Belüftung des Raums und damit zu Problemen bei der Wärmeableitung führen.

2. String-Wechselrichter

String-Wechselrichter sind modular aufgebaut und ermöglichen so eine verteilte MPPT-Optimierung. Kraftwerkssysteme mit String-Photovoltaik-Wechselrichtern wandeln den von den Komponenten erzeugten Gleichstrom üblicherweise über den Wechselrichter in Wechselstrom um und binden ihn nach Sammlung, Spannungserhöhung und Wechselstromverteilung in das Wechselstromnetz ein. Im Vergleich zu zentralen Wechselrichtern sind String-Wechselrichter modular aufgebaut und verfügen über mehrere MPPTs. Jeder MPPT ist mit einer kleinen Anzahl von Photovoltaikkomponenten verbunden, in der Regel 1–4 Gruppen, was eine verteilte MPPT-Optimierung ermöglicht. Aufgrund der geringen Anzahl von Verbindungen wirkt sich der Ausfall einer einzelnen Komponente nur auf die Stromerzeugung des zugehörigen Moduls aus. Dadurch wird sichergestellt, dass die Gesamteffizienz der Stromerzeugung der Photovoltaikanlage nicht durch eine einzelne Komponente beeinträchtigt wird. Das Problem der Fehlanpassung zentraler Photovoltaik-Kraftwerke wird dadurch gelöst.

Der breite MPPT-Spannungsbereich von String-Wechselrichtern verbessert die Stromerzeugungsdauer und -leistung des Systems. Der MPPT-Spannungsbereich von String-Wechselrichtern ist breit, üblicherweise 200 V bis 1000 V, und lässt sich gut einstellen. Bei unzureichender Beleuchtung oder ungünstigem Wetter für die Stromerzeugung ist die Gesamtspannung der Photovoltaikkomponenten niedrig. Der breite MPPT-Spannungsbereich kann niedrige Eingangsspannungen abdecken, wodurch die Stromerzeugungszeit des Systems gewährleistet und die Gesamtstromerzeugung verbessert wird.

Die Parallelschaltung mehrerer Wechselrichter erhöht die Leitungsverluste und birgt die Gefahr von Resonanzproblemen. Im Vergleich zu zentralen Wechselrichtern haben String-Wechselrichter eine geringe Einzelleistung von in der Regel 100 kW oder weniger. Beim Bau eines Photovoltaik-Kraftwerks gleicher Größenordnung erhöht sich mit String-Wechselrichtern die Anzahl der Wechselrichter. Mehrere String-Wechselrichter werden parallel geschaltet, und die Leitungsverluste steigen mit der Anzahl der verwendeten Wechselrichter. Gleichzeitig führt die Parallelschaltung mehrerer Wechselrichter zu einer Erhöhung der Gesamtoberschwingungen, was die Unterdrückung erschwert, Resonanzprobleme verschärft und leicht zu Ausfällen und Durchbrennen elektrischer Geräte führt.

Dezentral Wechselrichter sind eine relativ neue Art von Photovoltaik-Wechselrichtern, die die Eigenschaften von zentralen und String-Wechselrichtern vereinen. Dezentrale Wechselrichter zeichnen sich durch eine zentrale Wechselrichterinversion und dezentrale Optimierung aus. Dabei wird zunächst MPPT separat über mehrere String-Wechselrichter durchgeführt, anschließend gesammelt und zentral in Wechselstrom für den Netzanschluss umgewandelt. Im Vergleich zu zentralen Wechselrichtern bieten dezentrale Wechselrichter die Vorteile einer hervorragenden unabhängigen Leistung, einer hohen Stromerzeugung und einer allgemeinen Systemstabilität. Im Vergleich zu String-Wechselrichtern nutzen dezentrale Wechselrichter eine zentrale Wechselrichterinversion nach dezentraler Optimierung, was die Anlagenkosten des Systems erheblich reduziert und derzeit hauptsächlich in einigen führenden nationalen Demonstrationsprojekten eingesetzt wird. Da dezentrale Wechselrichterlösungen erst seit relativ kurzer Zeit entwickelt werden, gibt es nur begrenzte Projekterfahrungen, und eine flächendeckende Einführung wurde noch nicht erreicht. Gleichzeitig erfordert die zentrale Wechselrichterinversion die Nutzung spezieller Räume zur Wärmeableitung der zentralen Wechselrichter, was die Flächennutzung des Systems vergrößert.

Mikro-Wechselrichter ermöglichen die MPPT-Steuerung einzelner Komponenten und erzielen so eine hohe Stromerzeugungseffizienz und -leistung. Im Gegensatz zu anderen Wechselrichtern sind Mikro-Wechselrichter in jede Photovoltaik-Komponente integriert, wodurch die MPPT-Steuerung einer einzelnen Komponente ermöglicht wird und die Gesamtstromerzeugungseffizienz und -leistung des Systems deutlich verbessert wird. Mikro-Wechselrichter sind kompakt und leicht und benötigen keinen zusätzlichen Platz, was die Installation erheblich vereinfacht. Sie eignen sich vor allem für private und kleine bis mittelgroße Kraftwerksprojekte. Für Kraftwerke gleicher Kapazität erfordert der Einsatz von Mikro-Wechselrichtern mehr Einheiten, und die Gesamtsystemkosten sind deutlich höher als bei Systemen mit zentralen oder String-Wechselrichterlösungen.