Solis-Seminar Folge 37: Wichtige Überlegungen zur Wechselrichterauswahl bei gebäudeintegrierten Photovoltaik-Projekten (GIPV)

Hintergrund

Um den Klimawandel weiter zu bekämpfen und die Entwicklung von Energieeinsparungen und Kohlenstoffreduzierung zu fördern, werden Gebäude im Mittelpunkt der Weiterenwicklung neuer Energien stehen.  Die organische Kombination von PV-Solaranlagen und Gebäuden macht es einfach und praktisch, grüne Gebäude mit einem reduzierten Kohlenstoffemissionsprofil zu schaffen.  Bei den GIPV-Installationen stellt es außerdem sicher, dass das Energieprofil jedes Neubaus von Anfang an beim Design berücksichtigt wird, um eine ästhetisch ansprechendere Architektur zu schaffen.

In diesem Solis-Seminar werden die Merkmale von GIPV-Projekten und die wichtigsten Punkte bei der Auswahl von Wechselrichtern erläutert.

Merkmale von GIPV-Projekten

Bei einem GIPV-Projekt muss die PV-Solaranlage entsprechend den strukturellen Merkmalen des Gebäudes selbst ausgelegt werden. Oft reicht die Dachfläche mancher Gebäude nicht aus, und zusätzlich müssen andere Bereiche des Gebäudes genutzt werden.  Dazu können Solarfassaden, tageslichtdurchflutete Dächer, Beschattung usw. gehören.

Aufgrund der ästhetischen Anforderungen von GIPV-Projekten sind Solarmodule eher auf stromerzeugendes Glas, Doppelglaszellen und Dünnschichtzellen ausgerichtet. Die Dünnschichtzellen weisen eine hervorragende Lichtdurchlässigkeit und Ästhetik auf, sind bei schlechten Lichtverhältnissen leistungsfähiger und haben eine bessere Streulichtabsorptionsleistung. Die GIPV-Lösung für Fassaden ist wahrscheinlich die am weitesten verbreitete Lösung. Dünnschichtmodule bestehen hauptsächlich aus Kupfer-Indium-Gallium-Selen (CIGS), Cadmiumtellurid (CdTe), Perowskit (PSC) und anderen solchen Materialtypen. Diese verschiedenen Materialtypen eignen sich besser für verschiedene Schemata und in der Regel auch für das Deign des Antriebs der Wechselrichterkonfiguration.

Da ein GIPV-Projekt eine komplexe Struktur und verschiedene Ausrichtungen hat, insbesondere bei Projekten, die mehrere Anwendungsformen kombinieren, ist es außerdem notwendig, die Projektstruktur, elektrische und sicherheitstechnische Aspekte bei der Auslegung des PV-Systems vollständig zu berücksichtigen.

Auswahl der Wechselrichter für GIPV-Projekte

Die Hauptmerkmale eines GIPV-Projekts können variieren.  Es gibt viele architektonische Anwendungsszenarien, wie Flachdächer, geneigte Dächer, Fassaden, transparente Dächer, Sonnenschirme usw. Darüber hinaus kann der Neigungswinkel komplex und die Materialauswahl vielfältig sein, so dass bei der Wahl des Wechselrichters die folgenden Punkte zu berücksichtigen sind.

GIPV-Projekte eignen sich perfekt für String-Wechselrichter

Die Ausrichtung, die Neigung und die Auswahl der Komponenten eines GIPV-Projekts können komplex und vielfältig sein.  Sie sollten versuchen, einen String-Wechselrichter mit mehreren MPPTs zu wählen, damit die PV-Anlage einen besseren Vorteil bei der Nachführung der maximalen Leistung hat und die oben genannten Herausforderungen effektiv bewältigen kann.

Solarpaneele unterschiedlicher Typen & Materialien benötigen einen kompatiblen Wechselrichter

Bei einem GIPV-Projekt werden aufgrund der ästhetischen Anforderungen in verschiedenen Gebäudebereichen unterschiedliche PV-Paneele verwendet. So werden beispielsweise auf Flachdächern kristalline Silizium-Paneele, in lichtdurchlässigen Bereichen Photovoltaik-Glas und auf Wänden Dünnschicht-PV-Paneele verwendet. Daher ist es notwendig, den gewählten Solarmodulen entsprechend einen geeigneten Wechselrichter für die Konfiguration auszuwählen.

Handelt es sich bei dem Material um eine kristalline Siliziumkomponente oder ein Cadmiumtellurid-Dünnschicht-PV-Paneel, können Sie einen Photovoltaik-Wechselrichter mit einer transformatorlosen Topologie verwenden und ihn nach der herkömmlichen Methode konfigurieren.

Wenn das PV-Paneel eine Dünnschichtzelle verwendet, die eine negative Erdung erfordert, erhöht sich durch die negative Erdung des Paneels die Möglichkeit eines Gleichstromlecks und die potenzielle Gefahr eines Stromschlags für das Personal.  In diesem Fall wird empfohlen, einen Wechselrichter mit Hochfrequenztransformator-Topologie zu verwenden.

Die Alternative ist die Installation eines transformatorlosen Wechselrichters PLUS Netzfrequenztransformator-Lösung.

Konfiguration mit einem Wechselrichter mit Hochfrequenztransformator-Topologie

Vorteile: 

- Kein Anschluss eines externen Netzfrequenztransformators erforderlich

- Einfach zu installieren

Nachteile:

- Wechselrichter mit Hochfrequenz-Isolationstopologie sind nicht normal, was die Beschaffung erschwert

- Die Leistungsbegrenzung des internen Trenntransformators macht es unmöglich, ein einziges Hochleistungsprodukt zu realisieren. Dies kann zu Schwierigkeiten bei der Konfiguration von Großprojekten führen.

- Aufgrund des internen Transformators ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters gering.

Konfiguration mit einem Wechselrichter mit transformatorloser Topologie + Netzfrequenztransformator

Bei Wechselrichtern mit transformatorloser Topologie muss bei einer Dünnschicht-PV-Paneellösung ein Frequenztransformator auf der Ausgangsseite verarbeitet werden. Die Primärseite des Transformators ist nicht geerdet, und für Dreiphasen-Transformatoren wird die Anschlussmethode „△, Y“ empfohlen, wobei das dem Wechselrichter am nächsten liegende Ende „△“ ist.

Die Klemme des Verteilerkastens ist ein „Y“-Anschluss, und der Nullpunkt kann angeschlossen werden oder nicht (je nach der tatsächlichen Situation vor Ort). Der Wechselrichter ist dann an die Schutzerde angeschlossen, und es gibt keine elektrische Erdung.  Die empfohlene Kapazität beträgt das 1,1-fache der Nennleistung des Wechselrichters.

Vorteile:

- Transformatorlose Wechselrichter sind normal, einfach zu beschaffen und relativ kostengünstig.

- Transformatorlose Wechselrichter sind weltweit weit verbreitet, von 700W bis 320kW.

- Die Systemkonfiguration und Produktauswahl ist einfach.

Nachteile:

- Ein externer Frequenztrenntransformator ist erforderlich.

Der gewählte Wechselrichter sollte eine starke Funktion zur Unterdrückung von Leckströmen haben

Da die meisten GIPV-Projekte Dünnschicht-PV-Paneele verwenden, ist der Abstand zwischen den Solarmodulen und der Halterung gering, sodass die Kapazität zur Erde größer und der Leckstrom größer ist. Wenn das Substrat aus Metall besteht, ist die Oberfläche der Metallfolie groß und dünn, und der Leckstrom zur Erde ist größer.

Selbst wenn eine negative Erdung verwendet wird, treten Leckstromprobleme auf, die die Sicherheit und Leistung des Systems beeinträchtigen.

Die ausgewählten Wechselrichterprodukte benötigen eine starke Funktion zur Leckstromunterdrückung.

Der Wechselrichter muss über aktiven Sicherheitsschutz und unterstützende Funktionen verfügen

Bei PV-Anlagen in Gebäuden ist der Sicherheitsschutz von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf feuergefährliche Funktionen. Daher müssen Wechselrichter über unterstützende Funktionen wie Störlichtbogenunterbrechung (AFCI) und Schnellabschaltung (RSD) verfügen, um einen vollständigen Systemschutz und einen anschließenden sicheren Betrieb und eine sichere Wartung zu erreichen.

Wechselrichter mit AFCI-Funktion          Unterstützung von RSD-Funktionsprodukten

Der Wechselrichter sollte eine dedizierte Online-O&M-Plattform haben

GIPV-Projekte werden in Kombination mit architektonischen Merkmalen ausgelegt. Daher kann der spätere Betrieb und die spätere Wartung (O&M) im Vergleich zu herkömmlichen Photovoltaikprojekten schwieriger und kostspieliger sein. Die Auswahl von Wechselrichterprodukten, die eine Fülle von Online-Betriebs- und Wartungstools bieten, stellt sicher, dass das System eine intelligente undkomfortable O&M bietet.

Schlussfolgerung

GIPV-Projektprodukte nutzen die Gebäudefläche vollständig aus, wodurch die Leistung pro Flächeneinheit effektiv um 60 % erhöht werden kann.  Die Entwicklung grüner Gebäude ist von großer Bedeutung für die Energieeinsparung und Emissionsreduzierung der Gesellschaft. GIPV ist zweifellos eine der Schlüsselrichtungen der Solarentwicklung und es ist wichtig, geeignete Wechselrichter basierend auf den individuellen Eigenschaften der Installation auszuwählen.