Netzgekoppelte Solaranlagen für Wohngebäude und ... - SolarEdge

Netzgekoppelte Solaranlagen für
Wohngebäude und die gewerbliche
Nutzung in Europa, SolarEdge und Wettbewerbe
Vergleich
Lior Handelsman, Shalhevet Bar-Asher
SolarEdge
Hintergrund
Zeitgenössische Photovoltaikanlagen für
Wohngebäude und die gewerbliche Nutzung weisen
vielfältige Probleme auf, die eine Entfaltung des
vollen Potentials der Anlagen verhindern und
Hürden für eine höhere Marktakzeptanz darstellen.
Viele der Probleme werden durch Energieverlust,
Beschränkungen und technische Begrenzungen der
Anlagengestaltung sowie fehlende Überwachungsund
Analyseprogramme verursacht. Nicht zuletzt
sind aufgrund mangelnder Sicherheitsmaßnahmen
die Arbeitskräfte bei der Installation und Wartung
des Systems ggf. erheblichen Gefahren ausgesetzt.
Dasselbe gilt für Feuerwehrleute bei Einsätzen in
der Nähe von PV-Anlagen 1 .
Nur das verteilte Energiegewinnungssystem von
SolarEdge Technologies bietet die Architektur für
eine umfassende, stabile und kosteneffiziente
Lösung dieser Probleme.
In diesem Dokument werden die Vorteile des Systems
von SolarEdge Technologies bei der Bewältigung
der beschriebenen Probleme im Vergleich mit
Wettbewerbersystemen für Wohngebäude und die
gewerbliche Nutzung dargestellt.
Die aktuelle PV-Struktur
Aktuelle Solaranlagen für Wohngebäude und
die gewerbliche Nutzung bestehen in der Regel
aus zehn bis einigen Hundert PV-Modulen, die in
Reihenparallelschaltung miteinander verbunden
sind. Meist werden zehn bis fünfzehn Module in
einem String in Reihe geschaltet, damit die erzielte
Spannung für die DC-AC-Wandlung ausreicht.
Die Spannung beträgt i. d. R. 150 bis 900 V.
Die übliche Obergrenze der mit den gegenwärtig
erhältlichen Geräten erzielbaren Stringspannung
beträgt 600 V. Durch das Hinzufügen mehrerer
parallel geschalteter Strings lässt sich die Leistung
des Systems erhöhen. Abbildung 1 enthält ein
Schaltbild eines solchen Systems.
Da die Strings parallel geschaltet sind, muss
jeder String für eine effiziente Energieerzeugung
die gleiche Betriebsspannung aufweisen. Im
Allgemeinen müssen außerdem Fabrikat und
Modell der Module, Stringlänge und -ausrichtung
sowie die Abschattungsbedingungen, um nur
einige Parameter zu nennen, übereinstimmen. Die
gesamte Matrix ist an einen Solarwechselrichter
angeschlossen, der die elektrische Energie gewinnt
und in Wechselstrom umwandelt, damit sie in das
Netz eingespeist werden kann. Wenn eine Matrix
aus zwei Strings mit unterschiedlichen Kenndaten
für die Betriebsspannung (z. B. unterschiedliche
Modelle oder Ausrichtung der Module) besteht,
werden zwei Wechselrichter benötigt.
1

Modul
Wechselrichter
~
Wettbewerbern einen höheren Systemwirkungsgrad und
erhebliche Kosteneinsparungen ermöglicht. Dies gilt
sowohl für Anlagen auf Wohngebäuden (einschließlich
Landwirtschaftsgebäuden) als auch bei gewerblichen
Anlagen.
Wohngebäude-Musterbeispiel – Wohnhaus in
Hövelhof (Deutschland)
String
In diesem Fall wird eine vorhandene Dachanlage
in Deutschland beschrieben. Wir verwenden die
Modulanordnung des tatsächlichen Systems und
analysieren, wie sich die Verwendung unterschiedlicher
Wechselrichter auf die Auslegung des Systems und
somit auf die Kosten und Anforderungen für Leitungen
und Arbeitsaufwand auswirkt.
Abbildung 1 – Photovoltaikanlage mit mehreren Strings
Die Reihenschaltung in den einzelnen Strings führt
ebenfalls zu Problemen, die eine Verringerung der
für die Umwandlung verfügbaren maximalen Leistung
verursachen. Der Grund hierfür ist, dass alle Module
jedes Strings die gleiche Stromstärke aufweisen. Dies
verhindert die Leistungsmaximierung der einzelnen
Module.
Der Unterschied mit SolarEdge
Das SolarEdge-System überwindet mit seiner Architektur
für die verteilte Energiegewinnung die Begrenzungen
gegenwärtiger Solaranlagen. Statt ein einzelnes Gerät
für die Energiegewinnung – einen Wechselrichter – zu
verwenden, teilt SolarEdge die Energiegewinnung auf
zwei Geräte auf:
■■
■■
Modulinterne Maximum Power Point Tracking-Einheiten
(MPPT, Maximum Power Point Tracking). Diese Einheiten
optimieren den Energieertrag jedes einzelnen Moduls.
Zentraler Wechselrichter: Der SolarEdge-Wechselrichter
führt lediglich die DC-AC-Wandlung durch, keine
MPPT-Hochleistungsprozesse. Da die Wandlung bei
einer konstanten DC-Spannung erfolgt, kann es sich
bei dem Wechselrichter um ein einfacheres und
kostengünstigeres Gerät handeln.
Leistungsfähige
BoS-Anlagenkomponenten,
beispielsweise der Wechselrichter, sind für die
Gesamtleistung und Langlebigkeit einer Solaranlage
von hoher Bedeutung 2 . Die verteilte Architektur von
SolarEdge trägt zu einer höheren Systemleistung bei.
Zudem ist die Qualität der Installation von entscheidender
Bedeutung für die Leistung des Systems. Wie in
diesem Dokument gezeigt wird, ermöglichen SolarEdge-
Systeme eine einfachere Installation. Dies verringert
die Anzahl möglicher Komplikationen und Fehler. In den
folgenden Abschnitten wird veranschaulicht, wie die
Lösung von SolarEdge im Vergleich zu Lösungen von
Beschreibung der Anlage: Das Haus mit dem aus
59 Modulen bestehenden System wird in Abbildung 2
dargestellt. Abbildung 3 zeigt eine schematische
Darstellung des Daches. Die Höhe der Dachfläche
beträgt 7 m, die Breite 15,2 m, und das Dach besitzt zwei
Fenster, einen Kamin und eine Satellitenschüssel. Diese
Eigenschaften stellen besondere Anforderungen an den
Entwurf, da sie den verfügbaren Raum einschränken.
Zudem verursachen der Kamin und die Satellitenschüssel
Abschattung.
Abbildung 2 – Foto einer Dachinstallation in Deutschland
Abbildung 3 – schematische Darstellung einer Dachinstallation
in Deutschland
Fenster
Fenster
Satellitenschüssel
Kamin
2

Die installierte Anlage nimmt nicht die gesamte
Dachfläche ein. Aufgrund der durch den Kamin und die
Satellitenschüssel verursachten Abschattung wurden
in den Abschattungsbereichen keine Module installiert.
Außerdem wurden zwischen den beiden Fenstern keine
Module installiert, vielleicht um Entwurf und Installation
zu vereinfachen.
In diesem Dokument werden vier Anlagen mit der
dargestellten Modulanordnung verglichen. In zwei Anlagen
werden Wechselrichter von Wettbewerbern und in den
beiden anderen Anlagen SolarEdge-Systeme verwendet.
Um die Systemarchitektur zu bestimmen, muss die
Anzahl der Module bekannt sein, die ein String enthalten
kann. Diese Anzahl variiert zwischen den einzelnen
Lösungen. Sie hängt vom Typ der verwendeten Module
und Wechselrichter ab.
Für diesen Vergleich wurden zwei Wechselrichter
führender Hersteller gewählt. Ihre Parameter sind in
Tabelle 1 aufgeführt:
Minimale
Wechselrichter-
Spannung
Maximale
Wechselrichter-
Spannung
Wettbewerber A
Tabelle 1 – Wechselrichterparameter
Wettbewerber B
230 V 200 V
אV 600 V 500
Bei den für den Anlagenvergleich verwendeten Modulen
handelt es sich um weitverbreitete Module mit den in
Tabelle 2 angegebenen Parametern. Bei allen Parametern
wird eine AC Netzspannung von 240V vorausgesetzt.
Physische Abmessungen
Leistung
Vmpp bei STC (Standardtestbedingungen)
Voc bei STC (Standardtestbedingungen)
β = Temperaturkoeffizient (Spannung)
160*80 cm
175 W
23,6 V
30 V
-0,34 %/°C
3. Maximale Anzahl von Modulen pro String =
Maximale Wechselrichterspannung / Voc'
4. Minimale Anzahl von Modulen pro String =
Minimale Wechselrichterspannung / Vmpp'
Die letztendlich erreichten Stringgrößen sind in Tabelle 3
angegeben.
Minimale Anzahl von
Modulen pro String
Maximale Anzahl von
Modulen pro String
Wettbewerber A
Tabelle 3 – Begrenzungen der Stringgröße
Wettbewerber B
11 9
17 14
Die SolarEdge-Technologie bietet mit 6 bis 25 Modulen
pro String weitaus mehr Flexibilität.
Die Module wurden auf Grundlage der oben
angegebenen Begrenzungen der Stringgröße in den in
den Abbildungen 4-6 dargestellten Strings angeordnet.
Alle Systeme enthalten die gleiche Anzahl von Modulen
und können daher die gleiche Leistung erzeugen (sofern
keine Abschattungsbedingungen vorhanden sind). Die
Kabelanforderungen variieren jedoch zwischen den
Systemen entsprechend ihrer Architektur. In diesen
Abbildungen wird auch das Schaltbild dargestellt. Die
Linien stellen logische Verbindungen dar und nicht die
Positionen der tatsächlichen Leitungen. Sämtliche roten
und schwarzen Linien bezeichnen String-Wechselrichter-
Verbindungen, wobei Rot die Plus-Verbindungen und
Schwarz die Minus-Verbindungen darstellt. Die Leitungen
zwischen den Modulen werden nicht abgebildet, sondern
durch Modulnummern dargestellt (beispielsweise ist in
String 1 Modul A1 mit Modul A2 verbunden, das mit
Modul A3 verbunden ist usw.). Der graue Kreis stellt
die Kabelkanalöffnung für das Haus dar. Alle Module
desselben Strings werden mit der gleichen Farbe
dargestellt, und alle mit demselben Wechselrichter
verbundenen Strings weisen unterschiedliche
Schattierungen der gleichen Farbe (z. B. Hellblau und
Dunkelblau) auf.
Tabelle 2 – Modulparameter
Die maximale und minimale Anzahl von Modulen pro
String lassen sich anhand der Parameter in Tabelle 1 und
2 wie folgt berechnen:
1. Voc' (effektive Voc mit Temperaturverlusten) =
Voc * (1 + β * [minimale Umgebungstemperatur -
STC-Temperatur]) = 34,08 V (bei einer minimalen
Umgebungstemperatur von -15 °C).
2. Vmpp' (effektive Vmpp mit Temperaturverlusten) =
Vmmp * (1 + β * [maximale Umgebungstemperatur -
STC-Temperatur]) = 22,8 V (bei einer maximalen
Umgebungstemperatur von 35 °C)
A3
A4
A5
A6
A2
A1
A16
B3
A9 A10 A15 B4
A8 A11 A14 B5
A7 A12 A13 B6
B2
B1
B16
B9 B10 B15
B8 B11 B14
C1
Abbildung 4 – Auslegung des Systems von Wettbewerber A
C2
Fenster
B7 B12 B13 C7 C8
C3
C4
Fenster
Satellitenschüssel
C5
C6
Kamin
C16 D2
C15 D3
D1
D5
D11 D10
D6
D9
C9 C10 C11 C12 C13 C14 D4 D7 D8
3

Die Konfiguration von Wettbewerber A erfordert einen
8,4-kW-Wechselrichter (die drei blauen Strings sind
mit diesem Wechselrichter verbunden) und einen
2-kW-Wechselrichter (für den orangefarbenen String).
Wettbewerber A Wettbewerber B SolarEdge
Module 59 59 59
Leistung (W) 10.325 10.325 10.325
A2
A1
A12
B2
B1
B12
C1
C10 C11 C12
D1
D2
Satellitenschüssel
Kamin
Gesamte
Verdrahtung
Wohnhauses in Deutschland
55,6 m 60,2 m 44,8 m
92,35 % 100 % 74,42 %
A3
A6
A7
A4
A5
A8
A11
A10
A9
B3
B6
B7
B4
B5
B8
B11
B10
B9
C2
C3
C4
C9
C8
C5
Fenster
C6
C7
D5
D3
Fenster
D6 D7
D4
D8
D12 E2
D11 E3
D9 D10
E1
E5
E4
E11 E10
E6 E9
E7 E8
Offensichtlich erfordert die SolarEdge-Anlage weniger
Verdrahtung: 20 % weniger als Wettbewerber A und
25 % weniger als Wettbewerber B. Weniger Verdrahtung
vereinfacht die Installation und reduziert daher den
Arbeitsaufwand. Somit lassen sich mit der SolarEdge-
Anlage Verdrahtungs- und Arbeitskosten sparen.
Abbildung 5 – Auslegung des Systems von Wettbewerber B
Die Konfiguration von Wettbewerber B erfordert zwei
4-kW-Wechselrichter (einen für die beiden blauen Strings
und einen für die beiden roten Strings) und einen
einzelnen 2-kW-Wechselrichter (für den grünen String).
Die Flexibilität eines SolarEdge-Systems und
seine geringere Empfindlichkeit gegenüber dem
Abschattungseffekt (durch Abschattung einzelnder
Module in einem String wird die Leistung der übrigen
Module nicht vermindert) ermöglichen die Nutzung
des gesamten Daches. Wenn die gesamte verfügbare
Dachfläche genutzt wird, können 70 Module auf dem
Dach installiert werden. Dieser Fall wird in Abbildung 7
veranschaulicht.
A12 A13 A14
A11 A10 A3
A1
A2
B14 B15
B13 B12
B2
B3
B1
C5
C4
C3
C2
C1
Satellitenschüssel
Kamin
C15 D3 D2
D1
D14 D15
A20 A21 A22 A23 A24
A1
B20 B21 B22 B23 B24 B25
B1
Satellitenschüssel
Kamin
C21 C20
C1
A8
A9
A4
B9
B10 B11
B4
C6
Fenster
Fenster
C14
D4
D7
D8
D13 D12
A19 A18 A17 A16 A15
A2
B19
B6
B5
Fenster
B4
B3
B2
C11 C12 C15 C16 C19
Fenster
C2
A7
A6
A5
B8
B7
B6
B5
C7
C8
C9
C10 C11 C12 C13
D5
D6
D9
D10 D11
A10 A11 A12 A13 A14
A3
B18
B7
B8
B9
B10
C10 C13 C14 C17 C18
C3
A9
A8
A7
A6
A5
A4
B17 B16 B15 B14 B13 B12 B11
C9
C8
C7
C6
C5
C4
Abbildung 6 – Auslegung des SolarEdge-Systems
Das System von SolarEdge erfordert zwei
5-kW-Wechselrichter (einen für die beiden roten Strings
und einen für die beiden blauen Strings).
Die Berechnung der für die einzelnen Systeme
erforderlichen Verdrahtung ergibt die Werte in Tabelle 4a.
Tabelle 4a – Erforderliche Verdrahtung für die Aufdachanlage des
Abbildung 7 – Nutzung der gesamten Dachfläche bei Auslegung
des SolarEdge-Systems
In diesem Fall erfordert die Anlage drei
3,3-kW-Wechselrichter (für jeden der drei Strings einen
Wechselrichter).
Die Berechnung der in diesem Fall erforderlichen
Verdrahtung ergibt die Werte in Tabelle 4b. Die
Anforderungen der drei zuvor beschriebenen Systeme
werden hier erneut dargestellt, um einen umfassenderen
Vergleich zu ermöglichen.
4

Wettbewerber
A
Wohnhauses in Deutschland
Wettbewerber
B
SolarEdge
Das SolarEdge-System, das die gesamte Dachfläche
nutzt, erfordert nur geringfügig mehr Verdrahtung als das
kleinere SolarEdge-System. Da es jedoch 20 % mehr
Leistung erzeugt, ist die Verdrahtung pro kW geringer als bei
dem kleineren SolarEdge-System und selbstverständlich
weitaus geringer als die Verdrahtung pro kW der Systeme
von Wettbewerber A und Wettbewerber B. Und wie bereits
erwähnt, lassen sich mit weniger Verdrahtung sowohl
Kabel- als auch Arbeitskosten sparen.
Die Kosteneinsparungen für die Verdrahtung lassen
sich in Tabelle 4b ersehen: Wettbewerber A ist etwas
preiswerter als Wettbewerber B. Jedoch liegen die Kosten
beider Wettbewerber über den Kosten für die Verdrahtung
von SolarEdge, selbst in dem Szenario mit vollständiger
Dachnutzung. Selbstverständlich erhöhen sich die
Einsparungen mit der Größe der Systeme.
Wohngebäude-Musterbeispiel –
Landwirtschaftsbetrieb in Deutschland
SolarEdge,
Nutzung der
gesamten
Dachfläche
70
Module 59 59 59
(maximal)
10.325 W 10.325 W 10.325 W 12.250 W
Leistung
84,3 % 84,3 % 84,3 % 100 %
55,6 m 60,2 m 44,8 m 47 m
92,35 % 100 % 74,42 % 78,07 %
€ 47.26 € 51,17 € 38,08 € 39,95
In diesem Fall wird ein normales Landwirtschaftsgebäude
mit einer installierten Anlage betrachtet. Wir verwenden
die Modulanordnung des unten dargestellten Systems und
analysieren, wie sich die Verwendung unterschiedlicher
Wechselrichter auf die Auslegung des Systems und somit
auf die Kosten und Anforderungen für Verdrahtung und
Arbeitsaufwand auswirkt.
Beschreibung der Anlage: Das Landwirtschaftsgebäude
mit einer Solaranlage, die aus 40 Modulen besteht,
wird in Abbildung 8 dargestellt. Abbildung 9 zeigt eine
schematische Darstellung des Daches. Die Höhe der
Dachfläche beträgt 6,8 m, die Breite 8,6 m.
Abbildung 8 – Erforderliche Verdrahtung für die Aufdachanlage
des Landwirtschaftsgebäudes in Deutschland
Abbildung 9 – schematische Darstellung der Anlage aus
Abbildung 8
In diesem Dokument werden drei Anlagen verglichen,
die die dargestellte Modulanordnung aufweisen. In zwei
Anlagen werden Wechselrichter von Wettbewerbern und
in einer Anlage wird ein SolarEdge-System verwendet.
Wie im vorherigen Fall müssen beim Entwurf der
Systemarchitektur die Stringlängen berechnet werden,
und diese hängen von den Wechselrichter- und
Modulparametern ab.
Es wurden zwei Wechselrichter führender Hersteller
gewählt. Ihre Parameter sind in Tabelle 5 aufgeführt:
Minimale
Wechselrichter-
Spannung
Maximale
Wechselrichter-
Spannung
Gesamte
Verdrahtung
Verdrahtung
5,38 m 5,83 m 4,34 m 3,84 m
pro kW
Tabelle 4b – Erforderliche Verdrahtung für die Aufdachanlage des
Wettbewerber
A
Tabelle 5 – Wechselrichterparameter
Wettbewerber
B,
Wechselrichtertyp
1
Wettbewerber
B,
Wechselrichtertyp
2
230 V 224 V 125 V
600 V 600 V 550 V
Bei den für den Anlagenvergleich verwendeten Modulen
handelt es sich um weitverbreitete Module mit den in
Tabelle 6 angegebenen Parametern. Bei allen Parametern
wird eine AC Netzspannung von 240V vorausgesetzt.
5

Physische Abmessungen
Leistung
Vmpp bei STC
(Standardtestbedingungen)
Voc bei STC
(Standardtestbedingungen)
β = Temperaturkoeffizient (Spannung)
Tabelle 6 – Modulparameter
160*80 cm
175 W
35,9 V
44,3 V
-0,38 %/°C
Anhand der Parameter in Tabelle 5 und 6 wurden die
folgenden Werte wie im vorherigen Abschnitt beschrieben
berechnet:
1. Voc' (effektive Voc mit Temperaturreduzierung) =
51,03 V
2. Vmpp' (effektive Vmpp mit Temperaturreduzierung) =
34,53 V
3. Maximale Anzahl von Modulen pro String =
Maximale Wechselrichterspannung / Voc'
4. Minimale Anzahl von Modulen pro String =
Minimale Wechselrichterspannung / Vmpp'
Tabelle 7 enthält die letztendlich erreichten Werte.
Minimale
Anzahl von
Modulen pro
String
Wettbewerber
A
Wettbewerber
B,
Wechselrichtertyp
1
Wettbewerber
B,
Wechselrichtertyp
2
7 7 4
Maximale
Anzahl von
Modulen pro
11 11 10
String
Tabelle 7 – Begrenzungen der Stringgröße
Die SolarEdge-Technologie bietet mit 6 bis 25 Modulen
pro String weitaus mehr Flexibilität.
Die Module wurden auf Grundlage der oben angegebenen
Begrenzungen der Stringgröße in den in den
Abbildungen 10-12 dargestellten Strings angeordnet.
Alle Systeme enthalten die gleiche Anzahl von Modulen
und können daher die gleiche Leistung erzeugen (sofern
keine Abschattungsbedingungen vorhanden sind). Die
Kabelanforderungen variieren jedoch zwischen den
Systemen entsprechend ihrer Architektur. In diesen
Abbildungen wird auch das Schaltbild dargestellt. Die
Linien stellen logische Verbindungen dar und nicht die
Positionen der tatsächlichen Leitungen. Sämtliche roten
und schwarzen Linien bezeichnen String-Wechselrichter-
Verbindungen, wobei Rot die Plus-Verbindungen und
Schwarz die Minus-Verbindungen darstellt. Die Leitungen
zwischen den Modulen werden nicht abgebildet, sondern
durch Modulnummern dargestellt (beispielsweise ist
in String 1 Modul A1 mit Modul A2 verbunden, das mit
Modul A3 verbunden ist usw.). Der gelbe Kreis stellt
die Kabelkanalöffnung für das Haus dar. Alle Module
desselben Strings werden mit der gleichen Farbe
dargestellt, und alle mit demselben Wechselrichter
verbundenen Strings weisen unterschiedliche
Schattierungen der gleichen Farbe (z. B. Hellblau und
Dunkelblau) auf.
A4
A3
A2
A1
B5
B4
B3
B10
Abbildung 10 – Auslegung des Systems von Wettbewerber A
Die Konfiguration von Wettbewerber A erfordert einen
8,4-kW-Wechselrichter. (Alle Strings sind mit diesem
Wechselrichter verbunden. Aufgrund begrenzter
Verdrahtungskapazität sind jedoch statt eines einzelnen
Kabels für alle vier Strings zwei Kabel für jeweils zwei
Strings zum Wechselrichter erforderlich.)
A4
A3
A2
A1
A5
A8
A9
A10
B6
B7
B8
B9
Abbildung 11 – Auslegung des Systems von Wettbewerber B
Die Konfiguration von Wettbewerber B erfordert einen
4,3-kW-Wechselrichter (die beiden blauen Strings
sind mit diesem Wechselrichter verbunden) und einen
2,7-kW-Wechselrichter (für die beiden roten Strings).
A9
A8
A3
A2
A5
A6
A7
A8
A10
A7
A4
A1
A6
A7
B2
B1
B4
B3
B2
B1
A11
A6
A5
A16
B5
B6
B7
B8
A12
A13
A14
A15
C6
C5
C2
C1
B4
B3
B2
B1
C4
C3
C2
C1
C7
C4
C3
C12
B5
B14
B15
B24
C5
C8
C9
C10
C8
C9
C10
C11
B6
B13
B16
B23
C6
C7
D2
D1
D6
D5
D2
D1
B7
B12
B17
B22
D5
D4
D3
D10
D7
D4
D3
D12
B8
B11
B18
B21
D6
D7
D8
D9
D8
D9
D10
D11
B9
B10
B19
B20
6

Abbildung 12 – Auslegung des SolarEdge-Systems
Die SolarEdge-Konfiguration erfordert einen
5-kW-Wechselrichter (für den roten String) und einen
3,3-kW-Wechselrichter (für den blauen String).
In Tabelle 8 wird die Berechnung der für die einzelnen
Systeme erforderlichen Verdrahtung dargestellt.
Wettbewerber
A
Wettbewerber
B
SolarEdge
Leistung (W) 7000 7000 7000
Gesamte
Verdrahtung
20,8 m 20,8 m 17,6 m
100 % 100 % 84,6 %
€ 17,68 € 17,68 € 14,96
Abbildung 14 – Dreidimensionales Modell der Anlage auf
Landwirtschaftsgebäude in Spanien
N
Tabelle 8 – Für Anlage auf Landwirtschaftsgebäude in Deutschland
erforderliche Verdrahtung
Wie aus Tabelle 8 ersichtlich, lässt sich mit dem
SolarEdge System, das mit 15 % weniger Verdrahtung
als die Systeme der Wettbewerber auskommt, der
Umfang der Verdrahtung verringern. Dies vereinfacht die
Installation und führt sowohl zur Einsparung von Kabelals
auch Arbeitskosten. Selbstverständlich erhöhen sich
die Einsparungen mit der Größe der Systeme.
Wohngebäude-Musterbeispiel –
Landwirtschaftsgebäude in Spanien
In diesem Fall wird ein Landwirtschaftsgebäude mit
einer installierten Photovoltaikanlage betrachtet.
Wir vergleichen die aktuelle Auslegung des Systems
(Module, Strings, Verdrahtung usw.) mit einem System,
das die gleiche Modulanordnung, jedoch mit SolarEdge-
Wechselrichtern, aufweist.
Beschreibung der Anlage: Das Landwirtschaftsgebäude
mit der installierten Anlage, die aus 120 Modulen besteht,
wird in Abbildung 13 gezeigt. Abbildung 14 zeigt ein
dreidimensionales Modell des Landwirtschaftsgebäudes
und Abbildung 15 eine schematische Darstellung des
Daches, wobei der graue Kreis die Kabelkanalöffnung
darstellt. Die Höhe der Dachfläche beträgt 6 m und die
Breite 40 m. Die Ausrichtung des Daches ist für eine
Solaranlage nicht optimal. Daher wurden die Module
aufgeständert und nicht direkt auf dem Dach installiert.
Abbildung 13 – Foto einer Anlage auf Landwirtschaftsgebäude
in Spanien
m 6
Abbildung 15 – schematische Darstellung der Anlage auf
Landwirtschaftsgebäude in Spanien
Die in dieser Anlage installierten Module weisen die in
Tabelle 9 aufgeführten Parameter auf:
Physische Abmessungen
Leistung
Kurzschlussstrom bei STC
(Standardtestbedingungen)
Voc bei STC
(Standardtestbedingungen)
Tabelle 9 – Modulparameter
160*80 cm
150 W
4,9 A
43,8 V
Die aktuelle Auslegung des Systems wird in Abbildung 16
gezeigt. Die Strings werden abwechselnd grau und weiß
dargestellt. Die blauen Linien stellen Verbindungen
zwischen Modulen dar. Alle roten und schwarzen Linien
kennzeichnen String-Wechselrichter-Verbindungen, wobei
Rot die Plus-Verbindungen und Schwarz die Minus-
Verbindungen darstellt. Die Eigenschaften des Systems
werden in Tabelle 10 beschrieben:
Anzahl Wechselrichter 6
Anzahl Strings pro
Wechselrichter
Anzahl Strings 12
Anzahl Module pro String 10
Leistung pro String
m 40
Leistung pro Wechselrichter
Gesamtleistung der Anlage
2
1500 W
3000 W
18.000 W
Tabelle 10 – Merkmale des Wettbewerbersystems
7

N
N
Abbildung 16 – Auslegung von Wettbewerbersystem
Aufgrund des mit der Entfernung zunehmenden
Leitungsverlustes ist die Strombelastbarkeit der
Kabel zu den weiter entfernten Strings höher als die
Strombelastbarkeit der Kabel zu den näher gelegenen
Strings. In Tabelle 11 werden die verschiedenen Typen
von Kabeln aufgeführt, die in dieser Anlage verwendet
werden:
Strings
Die ersten sechs
(am südlichen Ende beginnend)
Kabel
6 mm 2
Die nächsten vier 10 mm 2
Die letzten zwei 16 mm 2
Tabelle 11 – Verdrahtungssystem von Wettbewerber
Installateure können bei der Planung eines
SolarEdge-Systems für diese Modulauslegung eine
viel einfachere Anordnung verwenden. Der Grund
hierfür ist, dass sich mit der SolarEdge-Technologie
Strings unterschiedlicher Länge mit demselben
Wechselrichter verbinden lassen. Die Auslegung
des SolarEdge-Systems wird in Abbildung 17
gezeigt. Die Eigenschaften des Systems werden in
Tabelle 12 beschrieben:
Anzahl Wechselrichter 3
Anzahl Strings pro Wechselrichter 2
Anzahl Strings 6
Anzahl Module pro String 16 / 24
Leistung pro String
Leistung pro Wechselrichter
Gesamtleistung der Anlage
Tabelle 12 – Merkmale des SolarEdge-Systems
2400 / 3600 W
6000 W
18.000 W
Abbildung 17 – Auslegung des SolarEdge-Systems
Im SolarEdge-System werden ebenfalls Kabel mit
unterschiedlicher Strombelastbarkeit verwendet. Dies
wird in Tabelle 13 dargestellt:
Strings
Kabel
Die ersten zwei (am südlichen Ende beginnend) 6 mm 2
Die mittleren zwei 10 mm 2
Die letzten zwei 16 mm 2
Tabelle 13 – Verdrahtungssystem von SolarEdge
Nach der Ermittlung der in beiden Auslegungen
erforderlichen Verdrahtungsanforderungen lässt sich
ein Vergleich durchführen. Dieser wird in Tabelle 14
dargestellt:
Wettbewerber
SolarEdge
6 mm 2 100 % 31,36 %
66,8 m 20,95 m
€ 56,78 € 17,8
10 mm 2 100 % 54,9 %
66,85 m 36,7 m
€ 86,9 € 47,7
16 mm 2 100 % 85 %
59,35 m 50,45 m
€ 116,33 € 98,9
Gesamtpreis der Kabel 260 164
(€)
Tabelle 14 – Für Anlage auf Landwirtschaftsgebäude in Spanien
erforderliche Verdrahtung
Der Gesamtpreis für die Kabel des SolarEdge-Systems
beträgt 60 % des für das System des Wettbewerbers
erforderlichen Preises. Diese Differenz ist noch höher,
wenn Hunderte von Anlagen für Landwirtschaftsgebäude
installiert werden. Darüber hinaus ist die Auslegung
des SolarEdge-Systems einfacher. Daher lässt sich das
System einfacher implementieren. Dies führt nicht nur
zu geringeren Kabelkosten, sondern verringert auch die
Arbeitskosten.
8

Musterbeispiel für gewerbliche Anlage
Gewerbliche Solaranlagen können Hunderte bis
Zehntausende von Solarmodulen umfassen. Die Module
sind in Strings gruppiert, die wiederum in Gruppen
zusammengefasst sind. Zusätzlich zu den oben
beschriebenen Einschränkungen sind bei der Planung
der Auslegung für eine gewerbliche Anlage aufgrund der
hohen Stromstärken Sicherungen und Sicherungskästen
von wesentlicher Bedeutung.
Für den Vergleich gewerblicher Anlagen wurden
Dünnschichtmodule mit den in Tabelle 15 aufgeführten
Parametern verwendet.
Physische Abmessungen
Leistung
Voc
Vmpp
Kurzschlussstrom
Temperaturkoeffizient (Spannung)
60*120 cm
70 W
89 V
67,1 V
1,19 A
Stromtoleranz 10 %
Spannungstoleranz 10 %
Maximaler Sicherungswert
Tabelle 15 – Moduleigenschaften
- 0,25 %/°C
10 A
Die Feldkonfiguration des Wettbewerbers wird mit
folgenden Berechnungen bestimmt:
1. Voc' (effektive Voc unter Berücksichtigung von
Temperaturänderungen) = Voc * (1 + Temperaturkoeffizient
(Spannung) * [minimale Umgebungstemperatur -
STC-Temperatur]) = 97,9 V (bei einer minimalen
Umgebungstemperatur von -15 ºC).
2. Vmpp' (effektive Vmpp unter Berücksichtigung von
Temperaturänderungen) = Vmpp * (1 + Temperaturkoeffizient
(Spannung) * [minimale Umgebungstemperatur
- STC-Temperatur]) = 73,81 V (bei einer minimalen
Umgebungstemperatur von -15 ºC).
3. Imax = Isc * 1,25 (dies ist die nach IEC maximal
zulässige Stromstärke) = 1,49 A.
4. Anzahl Module pro String = 10, da dies der niedrigere
Wert der folgenden beiden Ergebnisse ist:
a. 1000 / Voc' = 10 (1000 ist die Voc-Obergrenze
des Strings)
b. 820 / Vmpp' = 11 (820 ist die Vmpp-Obergrenze des
Strings)
5. Anzahl Strings pro Gruppe = 12 (diese Zahl wird
üblicherweise verwendet)
6. Sicherungsstrom = Anzahl Strings pro Gruppe * Imax
= 17,88 A
7. Anzahl Stringgruppen pro Sicherungskasten =
Sicherungskasten-Strom * 0,95 / Sicherungsstrom.
Der Wert für einen Standard-Sicherungskasten ist
100 A, es werden jedoch nicht mehr als 95 % der
Kapazität (der maximal zulässige Wert) genutzt, sodass
5 Stringgruppen pro Sicherungskasten verwendet werden.
Bei einem SolarEdge-System sind die Stromwerte der
Sicherungen und Sicherungskästen ohne Bedeutung für
die Feldkonfiguration, da die Elektronik den Rückfluss
von Strom durch die Module verhindert. Hingegen
muss die Strombelastbarkeit der Kabel berücksichtigt
werden. Dies wird in den folgenden Berechnungen für
die Feldkonfiguration von SolarEdge gezeigt:
1. Maximaler Strom in Kabeln = Strombelastbarkeit der
Kabel * 0,8 (aufgrund der Beschränkung der Belastbarkeit
auf 80 %). Bei Kabeln für 20 A, dem Standardwert für
Photovoltaiksysteme, beträgt der maximale Strom 16 A.
2. Anzahl von Modulen pro Stringgruppe:
a. Anzahl Strings pro Gruppe * maximaler Stringstrom
(Imax) ≤ maximaler Strom in Kabeln
b. Imax = Anzahl Module pro String * Leistung
pro Modul / 800 V (800 V ist die optimale
DC-Eingangsspannung für die Wandlung in 240 VAC)
Dies führt zu folgender Einschränkung:
Anzahl Module pro String * Anzahl Strings pro
Gruppe = Anzahl Module pro Gruppe ≤ 182.
Das SolarEdge-System lässt unterschiedliche
Stringlängen in einer Gruppe zu. Daher können die
182 Module in 3 Strings von jeweils 50 Modulen (die
maximale Stringlänge in einem gewerblichen SolarEdge-
System) und einen vierten String von 32 Modulen
aufgeteilt werden. Dies ergibt Imax = 4,37 A oder 2,8 A
(je nach Stringgröße).
3. Anzahl Stringgruppen pro Sicherungskasten =
Sicherungskasten Strom * 0,8 / Stringgruppenstrom.
Der Stringgruppenstrom ergibt sich aus 3 * 4,37 +
2,8 A. Der Wert für einen Standard-Sicherungskasten ist
100 A, und es werden nicht mehr als 80 % der Kapazität
(der maximal zulässige Wert) genutzt, sodass 5
Stringgruppen pro Sicherungskasten verwendet werden.
Nachfolgend wird gezeigt, wie sich die Ergebnisse
dieser Berechnungen auf mögliche Auslegungen des
Musterbeispiels einer gewerblichen 250-kW-Anlage
auswirken.
Es wurden die Werte in Tabelle 16 erlangt:
Wettbewerber
SolarEdge
Module pro String 10 50 / 32
Strings pro Gruppe 12 4
Stringgruppen pro
Sicherungskasten
Tabelle 16 – Merkmale des Solarfeldsystems
5 5
9

Wenn diese Werte verfügbar sind, kann die Auslegung
des Solarfelds entworfen werden.
Zunächst wird die Auslegung mit dem Wechselrichter des
Wettbewerbers beschrieben. Die Module in jedem String
(10 Module) werden in Vierergruppen übereinander
angeordnet. Diese Vierergruppen werden nebeneinander
angeordnet und aufgeständert (für das europäische Klima
wird üblicherweise eine Neigung von 50 Grad verwendet).
Die Strings werden nebeneinander in einer Gruppe
angeordnet. Abbildung 18 zeigt ein Foto einer typischen
Auslegung. Zur Vermeidung von Abschattungsproblemen
wird ein Abstand zwischen den Reihen der Stringgruppen
gelassen, der von der Höhe des Strings abhängt. In
diesem Musterbeispiel ergibt sich somit ein Abstand von
2,4 m. Abbildung 19 zeigt schematische Darstellungen
der Draufsicht und seitlichen Ansicht einer Gruppe, die
aus 12 Strings mit jeweils 10 Modulen besteht, gemäß
den Parametern des Wettbewerbers. Die einzelnen
Strings werden durch eine dicke Linie abgegrenzt. Die
Darstellung ist nicht maßstabsgetreu.
1. Leistung pro Stringgruppe = Module pro Stringgruppe *
Leistung pro Modul = 8400 W
2. Leistung pro Sicherungskasten = Stringgruppen pro
Sicherungskasten * Leistung pro Stringgruppe = 42 kW
3. Anzahl Sicherungskästen = Gesamtleistung der Anlage /
Leistung pro Sicherungskasten = 6
Dies ergibt die in Abbildung 20 gezeigte Konfiguration. Die
Auslegung wird schematisch und nicht maßstabsgetreu
dargestellt. Symbole: C – Stringgruppe (Cluster), FB –
Sicherungskasten (Fuse Box).
112 m
2,4 m
36 m
C1
C2
FB1
C3
C4
C26
C27
FB6
C28
C29
+
N
~
1,54 m
C5
C30
47,3 m
Abbildung 20 – Solarfeldauslegung von Wettbewerber
Abbildung 18 – Foto einer typischen Solarfeldanlage
Seitenansicht
4*0,6=2,4 m
1,84 m
Nachfolgend wird die Auslegung mit der Lösung von
SolarEdge beschrieben. Die Stringgruppen werden wie
oben beschrieben gebildet. Dabei enthalten drei Strings
in jeder Gruppe 50 Module und ein String in jeder Gruppe
enthält 32 Module. Abbildung 20 zeigt schematische
Darstellungen der Draufsicht und seitlichen Ansicht einer
solchen Stringgruppe. Die einzelnen Strings werden
durch eine dicke Linie abgegrenzt.
Draufsicht
50 0
1,54 m
Seitenansicht
4*0,6=2,4 m
1,84 m
1,54 m 2,4 m
Leere Fläche zur Vermeidung von Abschattung
6 zusätzliche Strings
36 m
Abbildung 19 – Stringgruppenauslegung von Wettbewerber
1,2 m
Auf der nächsten Ebene werden Stringgruppen, die
mit demselben Sicherungskasten verbunden sind,
nebeneinander angeordnet (vertikal oder horizontal, je
nach den Abmessungen der Anlage). Die Stringgruppen,
die einen anderen Sicherungskasten verwenden, werden
in einer Reihe hinter der ersten Reihe von Stringgruppen
angeordnet usw. Bei einer Anlage von 250 kW wie in
diesem Musterbeispiel werden 8 Reihen benötigt. Diese
Zahl wird wie folgt berechnet:
0,6 m
1,54 m 2,4 m
Draufsicht
Leere Fläche zur Vermeidung von Abschattung
32 Module 50 Module 50 Module 50 Module
55,2 m
1,54 m
Abbildung 21 – Stringgruppenauslegung von Solaredge
Die Anzahl der Sicherungskästen im SolarEdge-System
wird mit den oben beschriebenen Berechnungen
bestimmt. Dies ergibt 4 Sicherungskästen.
Hieraus ergibt sich die in Abbildung 22 gezeigte
50 0
10

Konfiguration. Die Auslegung wird schematisch und nicht
maßstabsgetreu dargestellt.
166,4 m
2,4 m
55,2 m
C1
C2
1,54 m
FB1
C3
C4
C5
C6
C7
Abbildung 22 – Solarfeldauslegung von SolarEdge
FB2
C8
C9
C10
47,3 m
Es ist offensichtlich, dass die SolarEdge-Konfiguration
weniger Verdrahtung benötigt, da weniger
Sicherungskästen und somit weniger Verbindungen
zwischen Stringgruppen und Sicherungskästen (für
diese Verbindungen werden 20-A-Kabel verwendet) sowie
weniger Kabel zwischen Sicherungskästen und Umrichtern
(100-A-Kabel) vorhanden sind. Genaue Berechnungen
anhand der Abmessungen und Verdrahtungsschemas in
den Abbildungen 19-22 ergeben die Zahlen in Tabelle 17:
C11
C12
FB3
C13
C14
C15
C16
C17
FB4
+
C18
C19
C20
N
~
aufgewendet werden als bei Verwendung des SolarEdge-
Systems. Darum ist der Wattpreis von SolarEdge um
25 % niedriger als der Wattpreis des Wettbewerbers.
Zusätzlich zu den in Tabelle 18 gezeigten Einsparungen
ermöglicht das SolarEdge-System aufgrund der
geringeren Verdrahtung und der einfacheren Installation
erhebliche Einsparungen an Arbeitskosten.
Fazit
Es wurden die Vorteile des Systems von SolarEdge
Technologies gegenüber den Systemen führender
Unternehmen beschrieben und veranschaulicht.
Diese Vorteile gelten sowohl für Gebäudeanlagen
(Wohngebäude und Landwirtschaftsgebäude) als auch
für gewerbliche Anlagen. Sie umfassen die maximale
Leistung der Anlage, eine flexible Anlagenarchitektur,
die eine maximale Flächennutzung ermöglicht, sowie
Einsparungen an Kosten für Material und Arbeit. All
dies wird durch die Architektur von SolarEdge für die
verteilte Energiegewinnung ermöglicht, die umfassende
und stabile Lösungen für Probleme bietet, die andere
Systeme zwangsläufig verursachen.
20-A-Kabel
100-A-Kabel
Wettbewerber
SolarEdge
864 m 883,2 m
100 % 102 %
91,44 m 39,04 m
100 % 42,7 %
Sicherungskästen 6 4
Tabelle 17 – Anforderungen für Solarfeldverdrahtung
Die Auslegung von SolarEdge erfordert lediglich 2 %
mehr 20-A-Kabel, hingegen 60 % weniger 100-A-Kabel
als die Auslegung des Wettbewerbers und nur 4 statt
6 Sicherungskästen. Die Gesamtkosten für Kabel und
Sicherungskästen der einzelnen Systeme sowie der
Wattpreis jedes Systems werden in Tabelle 18 dargestellt.
Wettbewerber
SolarEdge
Gesamtpreis der
Kabel (€)
Preis der Sicherungskästen
(€)
Preis des Systems
(Kabel und Sicherungskästen,
€)
913,62 827,24
1500 1000
2413,62 1827,24
Preis pro Watt (€/W) 0,0096 0,0072
Tabelle 18 – Kosten des Solarfeldsystems
Bei Verwendung des Wettbewerbersystems müssen
30 % höhere Kosten für Kabel und Sicherungskästen
1
„Schwierigkeiten und Nachteile derzeitiger
netzgekoppelter Solaranlagen für Wohngebäude und die
gewerbliche Nutzung“, SolarEdge Technologies, 2009
2
„PV Installations, A Progress Report“, John C. Wiles, Bill
Brooks, Bob-O Schultze, 2002.
11

Über SolarEdge
SolarEdge ist ein Anbieter innovativer elektronischer Komponenten
zur Energieerzeugung, die alle bekannten technischen Begrenzungen
im Bereich der Photovoltaik beseitigen. Unsere Smart DC
Technologie ermöglicht die effizientere Gewinnung sauberer, sofort
nutzbarer Energie zu geringeren Kosten.
Die Technologie von SolarEdge vereint herkömmliche Prozesse und
Installationsmethoden der Photovoltaikbranche mit einem wegweisenden
ganzheitlichen Systemansatz. Dies bedeutet eine stille und gleichzeitig
radikale Revolution. Denn die tiefgreifenden Vorteile ändern die Art wie
Energie gewonnen, bereitgestellt, reguliert und geliefert wird. Gleichzeitig
stellt sie eine Ergänzung des herkömmlichen Photovoltaikprozesses dar,
da sie sich in diesen integrieren lässt.
SolarEdge ist der Auffassung, dass der Energiegewinnungsprozess nur
so stark ist wie sein schwächstes Glied. Durch eine systemorientierte
Sichtweise, mit der die entscheidende Schwachstelle auf jeder Stufe des
Prozesses identifiziert und beseitigt wird, ermöglichen wir die Lieferung
von Solarenergie ohne Einschränkungen.
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