Bei der Planung von PV-Anlagen wird die benötigte Wechselrichter-Leistung immer noch häufig nach Faustregeln festgelegt. Diese Regeln sind zwar einfach in der Anwendung, sie gelten normalerweise aber nur bei idealer Ausrichtung des PV-Generators sowie für bestimmte Regionen und wirtschaftliche Randbedingungen. Die zunehmend wichtigen Potentiale zur Reduzierung der Systemkosten lassen sich so nicht ausschöpfen. In dieser Arbeit wird ein neues Verfahren zur Bestimmung der optimalen Wechselrichterdimensionierung beschrieben, das sowohl ökonomische Aspekte als auch Standort, Ausrichtung und Konfiguration der PV-Generatoren berücksichtigt. Es basiert auf dem Energienutzungsfaktor als zeitgemäßem Auslegungskriterium.
Einleitung
In Mitteleuropa werden die Wechselrichter der meisten PV-Anlagen unterdimensioniert, was einem Leistungsverhältnis kleiner als 100 % entspricht. Bezogen auf das hier verwendete Nennleistungsverhältnis (NLV) beträgt der empfohlene Dimensionierungsbereich 90 % (wirtschaftliche Auslegung) bis 110 % (energetische Auslegung), wobei das NLV als Verhältnis der maximalen DC-Leistung des Wechselrichters zur Peak-Leistung des angeschlossenen PV-Generators definiert ist.
Diese Empfehlung wurde für einfach aufgebaute PV-Anlagen mit optimaler Ausrichtung entwickelt und bezieht sich hinsichtlich des wirtschaftlichen Optimums auf die Systemkosten und Einspeisetarife in Deutschland aus dem Jahr 2000. Leider wird dieser feste Auslegungsbereich von vielen Planern in der Praxis als allgemeingültig angesehen. Insbesondere auf Grund der steigenden Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen darf bei einer kostenoptimierten Auslegung des Wechselrichters jedoch nicht nur die Peak-Leistung des PV-Generators betrachtet werden: Es gibt eine Reihe weiterer wichtiger Einflussgrößen wie die Ausrichtung und Konfiguration des PV-Generators bzw. der Teilgeneratoren, die klimatischen Bedingungen des Standorts oder die Bereitstellung von Blindleistung. Diese Faktoren haben nicht nur Einfluss auf den Energieertrag, sondern auch auf die Wechselrichterdimensionierung.
Das wirtschaftliche Optimum hängt zudem von den aktuellen Einspeisetarifen sowie der Zusammensetzung der Systemkosten ab, insbesondere vom Kostenverhältnis zwischen Wechselrichter, PV-Modulen und Installation.
Aus diesen Gründen ist ein festes Nennleistungsverhältnis nicht geeignet, für jede PV-Anlage die wirtschaftlichste Auslegung zu finden. Hierzu werden neue Verfahren benötigt, welche sowohl ökonomische Aspekte als auch Standort, Ausrichtung und Konfiguration der PV-Generatoren berücksichtigen, aber trotzdem einfach in der Anwendung bleiben.
Heute wird in der Regel Software zur Auslegung von PV-Anlagen und zur Simulation der möglichen Energieerträge eingesetzt. Wie diese Arbeit zeigt, liefert gerade die Zeitschrittsimulation der PV-Generatorleistung die notwendigen Informationen für die Berechnung des wirtschaftlich optimalen Nennleistungsverhältnisses.
Wirtschaftlichkeit
Voraussetzung für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage ist das Vorhandensein eines geeigneten Modells, das sowohl den Ertrag als auch die Investitionskosten berücksichtigt. In diesem Beitrag wird die sogenannte Produktivität betrachtet, die – angewendet auf eine PV-Anlage – als Quotient aus monetärem Ertrag und Systemkosten definiert wurde. Die Systemkosten setzen sich aus den Wechselrichterkosten (die hauptsächlich von der AC-Leistung der verbauten Wechselrichter abhängen) und den Kosten für Beschaffung, Installation und Wartung der PV-Module (im Wesentlichen proportional zur installierten Peak-Leistung) zusammen. Im Folgenden wurde von einer konstanten Einspeisevergütung pro kWh ausgegangen, so dass sich ein finanzieller Ertrag ergibt, der sich proportional zum Energieertrag der Anlage verhält. Hier weiterlesen...
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