Einsatz von Fronius
Strangwechselrichtern in PV-Großanlagen
und deren Einfluss auf das Gesamtsystem
© Fronius International GmbH
Version 1.0, 7/2020 , Jürgen Wolfahrt, Volker Haider, Jasmin Gross
Solar Energy
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Einsatz von Fronius Strangwechselrichtern in PV-Großanlagen
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INHALTSVERZEICHNIS
Einleitung ......................................................................................................................................... 4
1
2 Wechselrichter für Grossanlagen ................................................................................................. 5
2.1 Der Strangwechselrichter ................................................................................................................. 5
2.2 Die Anforderungen ............................................................................................................................ 5
2.2.1 Flexibilität in der Planung .................................................................................................................. 5
2.2.2 Einfache Installation und Inbetriebnahme ........................................................................................ 5
2.2.3 Maximale Performance für hohe Erträge .......................................................................................... 6
2.2.4 Ertragssicherheit durch rasches Service .......................................................................................... 6
2.2.5 Potential für Einsparungen ............................................................................................................... 6
3 Systemdesign für Grossanlagen mit Strangwechselrichtern .................................................... 8
3.1 Dezentrales Anlagendesign .............................................................................................................. 8
3.1.1 Dezentrale Einzelanordnung von Strangwechselrichtern ................................................................. 8
3.1.2 Dezentrale Gruppenanordnung von Strangwechselrichtern ............................................................ 9
3.2 Zentrales Anlagendesign ................................................................................................................ 10
3.3 Misch- und Sonderformen von Anlagendesigns ............................................................................. 10
3.3.1 Dezentrales Design mit AC-Daisy-Chaining ................................................................................... 11
3.3.2 Zentrales Design mit AC-Daisy-Chaining ....................................................................................... 12
3.4 Entscheidungskriterien für die Auswahl des Systemdesigns ......................................................... 12
3.4.1 Zugänglichkeit bei Dachsystemen .................................................................................................. 13
3.4.2 Erforderliche bauliche Maßnahmen ................................................................................................ 13
3.4.3 Distanzen und Dimensionen ........................................................................................................... 13
3.4.4 Beschaffenheit von Freiflächen ...................................................................................................... 13
4 Beispiel eines Multi-MW Systems mit Strangwechselrichtern ................................................ 15
4.1 Die Eckdaten ................................................................................................................................... 15
4.2 Das Systemdesign .......................................................................................................................... 16
4.3 Installation & Inbetriebnahme ......................................................................................................... 17
4.4 Vorteile des Anlagenkonzeptes ...................................................................................................... 17
5 Zusammenfassung ....................................................................................................................... 19
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Einsatz von Fronius Strangwechselrichtern in PV-Großanlagen
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1 EINLEITUNG
Die optimale Ausführung von PV-Großanlagen begründet sich nicht auf einem Einzelaspekt. Es müssen
zahlreiche technische und kommerzielle Projektanforderungen gegenübergestellt und mit dem individuellen
Kundenbedarf sowie den örtlichen Gegebenheiten abgestimmt werden. Neben der Wahl des richtigen
Wechselrichters ist auch die Wahl des Anlagendesigns ausschlaggebend für das individuelle Projekt.
Im vorliegenden Dokument wird die Einsatzfähigkeit von Strangwechselrichtern in PV-Großanlagen
untersucht. Die Inverter werden in verschiedenen Anlagendesigns abgebildet und technische sowie
gewerbliche Produktanforderungen untersucht. Es werden die Vorteile sowie Auswirkungen auf das
gewerbliche Gesamtsystem erläutert. Außerdem wird die Anwendbarkeit von Strangwechselrichterkonzepten
anhand einer Beispielanlage erläutert.
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Einsatz von Fronius Strangwechselrichtern in PV-Großanlagen
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2 WECHSELRICHTER FÜR GROSSANLAGEN
Grundsätzlich unterscheidet man bei PV-Großanlagen zwischen zwei Anlagenkonzepten. Es gibt
Anlagenkonzepte, welche mit Strangwechselrichtern ausgeführt werden und andere die wiederrum mit
Zentralwechselrichter realisiert werden. In den folgenden Kapiteln wird die multiple Einsatzfähigkeit von
Strangwechselrichtern untersucht und deren Einsatzpotential für gewerbliche Großanlagen erörtert.
2.1 Der Strangwechselrichter
Als Strangwechselrichter werden heutzutage Wechselrichter mit Leistungen von einzelnen Kilowatt bis etwa
100 kW bezeichnet, welche direkt an einer Wand, an einer vertikalen Aufständerung oder auch liegend
montiert werden. Ein Strangwechselrichter zeichnet sich meist durch kompaktes Design aus, welcher einfach
transportiert und durch 1 bis 3 Personen montiert werden kann.
Strangwechselrichter findet man sowohl im Residential-Bereich als auch in gewerblichen Projekten wieder.
Bei PV-Großanlagen kommen Strangwechselrichter sowohl in Dachanlagen als auch in Freifeldanlagen zum
Einsatz.
2.2 Die Anforderungen
Bei PV-Großanlagen ist es eine Notwendigkeit diese kosteneffizient zu realisieren. Deshalb spielen Flexibilität,
einfache Einsatzfähigkeit, Funktionalität, Performance und Preis-Leistung eine übergeordnete Rolle bei der
Wahl des richtigen Wechselrichters.
2.2.1 Flexibilität in der Planung
Das Einsatzgebiet von Strangwechselrichtern ist vielseitig. Sie können auf einem Dach, außerhalb oder auch
innerhalb eines Gebäudes, direkt bei den Modulen, direkt bei der Trafostation, auf einer Aufständerung oder
am Boden liegend platziert werden. Aufgrund des verhältnismäßig geringen Gewichts und den Abmessungen
ergibt sich eine deutliche Flexibilität in der Planung, da weder Infrastrukturanpassungen noch schwere
Maschinen vorab organisiert werden müssen. Besonders bei verschieden ausgerichteten Strängen, mit
unterschiedlicher Dach- oder Hang-Neigung innerhalb einer PV-Anlage, haben Strangwechselrichter Vorteile.
Verlangt es das Projekt, können Strangwechselrichter mit unterschiedlichen Größen und Funktionalitäten
innerhalb eines PV-Systems eingesetzt werden. Darüber hinaus ist beim Strangwechselrichterkonzept eine
vereinfachte und flexible Umplanung möglich.
2.2.2 Einfache Installation und Inbetriebnahme
Aufgrund des vergleichbar geringen Gewichtes und des meist sehr kompakten Formates können
Strangwechselrichter einfach und unkompliziert transportiert werden. Für den Transport sind große
Maschinen, Kräne oder Schwerlast-LKWs nicht erforderlich. Die Installation und Inbetriebnahme ist bei Fronius
Strangwechselrichtern in nur kurzer Zeit möglich. Diese kann außerdem direkt von einem Installateur vor Ort
durchgeführt werden. Besonders an schwer zugänglichen Orten, wie etwa Freiflächen ohne asphaltierten
Zufahrten oder Dächer, die lediglich über Leitern erreichbar sind, sind kompakte Strangwechselrichter äußerst
vorteilhaft in der Handhabung und im Transport.
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2.2.3 Maximale Performance für hohe Erträge
Auf den Ertrag eines PV-Systems wirken mehrere Einflussfaktoren, wie Einstrahlung, Wirkungsgrad,
Kühlsystem oder auch partielle Verschattungen der Module. Strangwechselrichter haben einen hohen
Umwandlungswirkungsgrad.
Auch klimatische Bedingungen wie Hitze oder direkte Sonneneinstrahlung auf das Gerät haben einen
deutlichen Einfluss auf den Ertrag des gesamten PV-Systems. Fronius Strangwechselrichter sind mit einem
aktiven Kühlsystem ausgestattet und verfügen über ein professionelles Leistungsderating-Verhalten. Dies
kombiniert ermöglicht eine längere Maximalleistung auch bei Temperaturen bis zu 50 °C, was einen positiven
Einfluss auf den Ertrag hat. Vor allem in wärmeren Regionen liefern Geräte mit aktiver Kühltechnologie deutlich
höhere Erträge und reduzieren die Amortisationsdauer der Investition.
2.2.4 Ertragssicherheit durch rasches Service
Die Ertragssicherheit einer PV-Anlage mit Strangwechselrichtern wird durch zwei wichtige Aspekte
gewährleistet. Einerseits hat das Strangwechselrichterkonzept eine erhöhte Versorgungssicherheit, da bei
einem Ausfall nur ein kleiner Bereich der Anlage (z. B. 27 kW mit Fronius Eco) betroffen ist. Somit haben
Strangfehler oder Service-Abschaltungen eine verringerte Auswirkung auf den Ertrag. Da
Strangwechselrichter über ein detailliertes Strang-Monitoring verfügen können, können die auftretenden
Fehler bereits im Vorfeld auf ein bestimmtes Modulfeld eingegrenzt werden, ohne dass jemand zur Anlage
fahren muss. Zweitens erfolgt der Austausch von Strangwechselrichtern aufgrund des kompakten Designs auf
einfache und rasche Art und Weise. Bei Fronius ist es möglich einzelne Komponenten des Wechselrichters
vor Ort durch nur eine Person auszutauschen. Dies ermöglicht dem Anlagenbetreiber Flexibilität während der
gesamten Laufzeit der PV-Anlage, da Austauschgeräte oder -komponenten vor Ort gelagert werden können,
um einen schnellen Service im Fehlerfall zu gewährleisten. Dieser Prozess hält Servicekosten niedrig, sichert
Erträge und sorgt für kurze Stehzeiten der PV-Anlage, da der dieser durch einen ortsansässigen Installateur,
einfach und rasch durchgeführt werden kann.
2.2.5 Potential für Einsparungen
Da Strangwechselrichter-Typen meist sehr einfach innerhalb eines PV-Systems gemischt werden können,
vereinfacht dies nicht nur die Planung - verglichen mit Zentralwechselrichtern – und kann auch die Initialkosten
niedrig halten. Beispielsweise kann der Anlagenplaner den Großteil der Anlage mit Stranginvertern, welche 1
MPP-Tracker besitzen auslegen und bei komplexen oder kürzeren Strängen auf einen Strangwechselrichter
mit mehreren MPPT zurückgreifen.
Die aktive Kühlung von Strangwechselrichtern sorgt nicht nur für mehr Ertrag auch bei höheren Temperaturen,
sondern verlängert durch die bessere Kühlung der Leistungselektronik auch die Lebensdauer des gesamten
Gerätes. Auch dieser Effekt führt zu geringeren Kosten sowie einer rascheren Amortisation.
Hinzu kommt, dass PV-Systeme mit Strangwechselrichtern meist auf reiner Niederspannungsebene designt
werden können, was hinsichtlich Transformatoren einen geringeren Investitionsaufwand bedeutet. Werden
Strangwechselrichter – mit beispielsweise 1500 Volt - auf Mittelspannungsebene installiert, wird ein zweiter
Niederspannungs-Transformator benötigt, sobald die PV-Anlage für die Eigenversorgung in einem
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