Wie funktionieren Photovoltaik-Optimierer?

In den letzten Jahren hat sich die Solarenergie als eine führende erneuerbare EnergiequelleAllerdings weisen Solarmodule aufgrund von Beschattung oder nicht aufeinander abgestimmten Komponenten häufig eine verringerte Effizienz auf. PV-Optimierer kann diese Herausforderungen deutlich mildern. Entwickelt, um die Leistung auch unter schwierigen Bedingungen wie Beschattung zu maximieren, Der Solarstromoptimierer von HIITIO sorgt dafür Ihre Solarmodule erzielen optimale Leistung. Wir untersuchen, wie sie funktionieren und ob sich die Investition lohnt.

Bildquelle: Solar-Bewertungen – Vollständiger Leitfaden zu Leistungsoptimierern

1. Was ist die Funktion des Optimierers?

Photovoltaik-Optimierer sind intelligente DC-DC-Wandler, die auf Modulebene arbeiten und die Solarenergieausbeute und die Systemzuverlässigkeit maximieren. Ihre Hauptfunktion besteht in der dynamischen Maximum Power Point Tracking (MPPT). Durch den Einsatz fortschrittlicher Algorithmen wie „Perturb-and-Observe“ oder „Incremental Conductance“ scannen Optimierer die IV-Kurve jedes Panels bis zu 100 Mal pro Sekunde und passen Spannung und Strom an, um selbst bei teilweiser Beschattung, Temperaturschwankungen oder Komponentenfehlanpassungen eine optimale Leistungsabgabe aufrechtzuerhalten.

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Optimierer verbessern zudem die Anpassungsfähigkeit an Umgebungsbedingungen. Sie arbeiten bei extremen Temperaturen (-30 °C bis 65 °C) und passen Spannung (im Bereich von 8–80 V) oder Stromstärke dynamisch an, um nicht übereinstimmende Leistungen zu harmonisieren. Dadurch sind sie mit verschiedenen Modultypen (monokristallin, PERC) kompatibel und können in ältere Systeme nachgerüstet werden. Durch die Umwandlung niedriger Ströme in höhere Werte für Reihenschaltungen mildern sie Verluste durch den „Eimereffekt“, der durch Verschattung oder Ausrichtungsunterschiede entsteht.

2. Wie funktionieren Optimierer?

2.1 Leistungsoptimierung

. Photovoltaikmodul (PV) ist mit einer Leistungsoptimierer, sodass es als unabhängige Einheit innerhalb der PV-Anlage fungiert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leistung eines Moduls nicht durch andere beeinflusst wird und es unter den gegebenen Umgebungsbedingungen konstant maximale Leistung liefert.

Bei herkömmlichen String-Konfigurationen verringert sich der Strom eines Moduls, wenn es beschattet wird, während die Spannung konstant bleibt. Dies führt zu einer Verringerung des Stroms und der Gesamtleistung des gesamten Strings.

2.2 Funktionsdemonstration

Der interne DC/DC-Schaltkreis des Leistungsoptimierers modifiziert Ausgangsstrom und -spannung des PV-Moduls und verändert so dessen IV-Kennlinie. Diese Anpassung transformiert den maximalen Leistungspunkt des Moduls von einem festen Punkt in einen dynamischen Bereich. Dadurch kann jedes Modul an seinem optimalen Leistungspunkt arbeiten, selbst wenn diese Punkte zwischen den Modulen unterschiedlich sind. Diese Funktion steigert die Gesamtenergieerzeugung, indem sichergestellt wird, dass jedes Modul seine maximale potenzielle Leistung liefert, unabhängig von Fehlanpassungen oder Verschattungsproblemen.

2.3 Optimizer-Fallstudie

2.3.1 Auswirkungen der Schattierung ohne Optimierer

• Schattierung: Ein Panel in einer Kette aus 20 Panelen (50 V/8.4 A pro Panel, Gesamtleistung: 8,400 W) ist teilweise beschattet, wodurch sein Strom von 8.4 A auf 3.2 A sinkt (die Spannung bleibt bei 50 V).
• Stringstromreduzierung: Aufgrund der Reihenschaltung in herkömmlichen Systemen wird der Strom des gesamten Strings an das schwächste Panel (3.2 A) angepasst.
• Totaler Leistungsverlust: 3.2 A × 50 V × 20 = 3,200 W (62 % Verlust)

2.3.2 Leistungsoptimierung mit Optimizer

• Optimierer-Eingriff: Das schattierte Panel ist mit einem Leistungsoptimierer verbunden, der seine Leistung über einen DC-DC-Schaltkreis anpasst.
• Aktuelle Übereinstimmung: Der Optimierer boosts der Strom des beschatteten Panels von 3.2 A auf 8.4 A (Synchronisierung mit nicht beschatteten Panels).
• Spannungseinstellung: Die Spannung wird von 50 V auf 15 V reduziert (über Abwärtswandlung).
• Leistungsausgleich: Die Leistung des schattierten Panels wird auf 8.4 A × 15 V = 126 W eingestellt (gegenüber 3.2 A × 50 V = 160 W ohne Optimierer).
• Normale Panelleistung: Die restlichen 19 Paneele arbeiten mit 8.4 A/50 V und tragen bei: 8.4 A × 50 V × 19 = 7,980 W.
• Berechnung der Gesamtleistung: 7,980 W + 126 W = 8,106 W (3.5 % Verlust)

3. Lohnen sich Optimierer für Solarmodule?

Wirtschaftlicher Vergleich: Mit vs. ohne PV-Optimierer (Berechnet bei einem Strompreis von 0.15 $ pro Kilowattstunde (kWh))

Photovoltaik-Optimierer (PV) nutzen die Steuerung der Leistungselektronik auf Modulebene, um:

1. Reduzieren Sie die durch Teilverschattung verursachten Leistungsverluste von 62 % auf 3.5 %.
2. Steigern Sie Ihren Jahresumsatz um 153 %.

Daher ist die Installation von Optimierern für Ihre Solarmodule eine lohnende Investition.

4. Wie wählt man einen Optimierer aus?

4.1 Terminologiehinweise

• Maximale Leistungspunktspannung (Vm): Die Spannung, bei der ein Photovoltaikmodul (PV) seine maximale Leistung abgibt.
• Strom am maximalen Leistungspunkt (Im): Der Strom, bei dem ein PV-Modul seine maximale Leistungsabgabe liefert.
• Leerlaufspannung (Voc): Die Spannung an den Anschlüssen eines PV-Moduls, wenn keine Last angeschlossen ist. Sie stellt die maximale Spannung dar, die das Modul unter Standardtestbedingungen erzeugen kann.
• Kurzschlussstrom (Isc): Der Strom, der fließt, wenn die Anschlüsse eines PV-Moduls kurzgeschlossen werden. Er gibt den maximalen Strom an, den das Modul unter Standardtestbedingungen erzeugen kann.
• Moduleffizienz: Das Verhältnis der elektrischen Leistungsabgabe zur Solarstromaufnahme unter Standardtestbedingungen, normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt.

4.2 Kritische Parameter berechnen

• Strom am maximalen Leistungspunkt (Im)
• Verwenden Sie die Formel: Beispiel: Für ein 590-W-Panel mit Vm = 50 V, Im = 590 W/50 V = 11.8 A.
  • Sicherheitsmarge: Multiplizieren Sie Im mit 1.25, um Robustheit gegenüber vorübergehenden Bedingungen sicherzustellen.
    11.8 A × 1.25 = 14.75 A (Optimierer muss ≥ 14.75 A unterstützen)
• Kurzschlussstrom (Isc)
• Stellen Sie sicher, dass der maximale Eingangsstrom des Optimierers den Isc des Panels überschreitet (z. B. 15 A für ein Panel mit Isc = 13 A).

4.3 Optimiererspezifikationen an Komponentenparameter anpassen

• Nennleistung: Die Nennleistung des Optimierers muss die maximale Leistung des Panels (Pm) überschreiten.
• Beispiel: Wählen Sie für ein 590-W-Panel einen Optimierer mit einer Kapazität von ≥600 W.
• Eingangsspannung: Die maximale Eingangsspannung des Optimierers muss die Leerlaufspannung (Voc) des Panels unter extrem niedrigen Temperaturen abdecken.
• Beispiel: Wenn Voc = 50 V ist, wählen Sie einen Optimierer mit einer Eingangskapazität von ≥60 V.
• Aktuelle Toleranz: Stellen Sie sicher, dass die Eingangsstromgrenze des Optimierers Isc überschreitet und sein Ausgangsstrom mit dem Eingangsstrom des Wechselrichters pro MPPT übereinstimmt.

4.4 Wechselrichterkompatibilität prüfen

• Ausgangsstrombegrenzung: Der maximale Ausgangsstrom des Optimierers muss ≤ dem Eingangsstrom des Wechselrichters pro MPPT sein.
• Berechnung: Wenn der maximale Eingangsstrom eines Wechselrichters 20 A beträgt und zwei MPPTs unterstützt, beträgt die Strombegrenzung jedes MPPTs 2 A/20 = 2 A. Der Ausgangsstrom des Optimierers darf 10 A nicht überschreiten.
• Kommunikationsprotokolle:: Stellen Sie die Kompatibilität mit den Kommunikationsstandards des Wechselrichters sicher (z. B. PLC, ZigBee).

Übersichtstabelle: Wichtige Auswahlkriterien

5. Beispielszenarien für die Installation des Optimierers

5.1 Selektive Modulinstallation

Wenn PV-Module aufgrund von Faktoren wie Verschattung oder Ausrichtungsabweichungen, die zu einer reduzierten effektiven Bestrahlungsstärke führen, eine erhebliche Fehlanpassung aufweisen, kann die Installation von Leistungsoptimierern an diesen Modulen die Gesamtsystemleistung verbessern. Befestigen Sie die Klemme des Optimierers wie unten dargestellt am Rahmen des zu optimierenden Moduls.

5.1.1 Verdrahtungskonfiguration für die selektive Optimiererinstallation

Die richtigen Anschlussmethoden finden Sie im folgenden Diagramm:

• Verbinden Sie den positiven Eingangsanschluss (IN) des Optimierers mit dem positiven Anschluss des Moduls und den negativen Eingangsanschluss (IN) des Optimierers mit dem negativen Anschluss des Moduls.
• Für die Ausgangsanschlüsse: Verbinden Sie den Pluspol des Optimiererausgangs (OUT) mit dem Minuspol des nächsten Moduls (oder Optimierers) und den Minuspol des Optimiererausgangs (OUT) mit dem Pluspol des vorhergehenden Moduls (oder Optimierers). Diese Konfiguration erzeugt eine Reihenschaltung zwischen den Modulen.
• Verbinden Sie die Plus- und Minuspole an beiden Enden des Strings mit dem nachfolgenden Wechselrichter bzw. Combiner-Box.
• Nachdem Sie alle Systemverbindungen überprüft haben, schalten Sie den Wechselrichter ein.

5.2 Szenario für die vollständige Installation des Optimierers

In PV-Anlagen, in denen ein einziger MPPT-Anschluss (Maximum Power Point Tracking) mehrere Stränge steuert, können sowohl Serien- als auch Parallelschaltungsfehler auftreten. Die effektivste Lösung zur Vermeidung dieser Fehler ist die Installation von Optimierern auf allen Modulen. Dieser Ansatz maximiert die Wiederherstellung von Leistungsverlusten durch Fehler.

5.2.2 Verdrahtungskonfiguration für die vollständige Optimiererinstallation in einem einzelnen String

Wie unten dargestellt:

• Optimierer-Eingangsanschluss: Verbinden Sie den Pluspol des Eingangs (IN) des Optimierers mit dem Pluspol des Moduls und den Minuspol des Eingangs (IN) des Optimierers mit dem Minuspol des Moduls.
• Optimierer-Ausgangsverbindung: Verbinden Sie den positiven Ausgang (OUT) des Optimierers mit dem negativen Anschluss des nächsten Optimierers und den negativen Ausgang (OUT) des Optimierers mit dem positiven Anschluss des vorherigen Optimierers. Verbinden Sie die Ausgänge des Optimierers miteinander, um eine Reihenschaltung zu bilden.
• String-Anschluss an Wechselrichter oder Combiner Box: Verbinden Sie die Plus- und Minuspole an beiden Enden des Strings mit dem nachfolgenden Wechselrichter oder der Combiner Box.

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