Leistungsoptimierer: sinnvoll oder teuer und überflüssig?

Kai Janßen
August 15, 2021

SolarEdge Leistungsoptimierer

Ein Leistungsoptimierer dient dazu, den Stromertrag einer Photovoltaikanlage zu steigern. Mit der Hilfe eines solchen Gerätes werden die einzelnen Solarmodule möglichst lange an ihrem Maximum Power Point (MPP) gehalten. Dadurch ist eine Steigerung des Stromertrags um bis zu 25% möglich.

Wie funktioniert ein Leistungsoptimierer?

Die kurze Antwort:

Leistungsoptimierer sind kleine Elektrokästen, die an einzelne Module der Anlage angeschlossen werden. Sie steuern die Parameter des Stroms, der von einem bestimmten Photovoltaik-Modul erzeugt wird, sodass es weder andere Module blockiert, noch selbst von anderen Modulen blockiert wird.

Sie sind jedoch keine eigenständigen Einheiten wie Modulwechselrichter, sondern arbeiten mit dem Wechselrichter zusammen. Daher bieten sie nicht den gleichen Grad an Flexibilität bei der Gestaltung der Installation.

SolarEdge-Optimierer arbeiten etwas anders als Tigo oder Huawei-Optimierer. Wir werden diese Details später besprechen.

Die etwas ausführlichere:

Die Effektivität, mit der eine Photovoltaikzelle Sonnenlicht in nutzbaren Strom umwandelt, ist von den jeweiligen Verhältnissen in der Zelle abhängig. Neben der Temperatur spielen auch die in der Zelle herrschende Stromspannung und Stromstärke eine entscheidende Rolle. Denn das Produkt dieser beiden Größen stellt die nutzbare Leistung der Zelle dar.

Am MPP einer Solarzelle sind die Stromstärke und Stromspannung so austariert, dass ihre Leistung maximal ist. Der MPP variiert dabei je nach Einstrahlungsintensität.

Um den optimalen Stromertrag einer Solaranlage zu realisieren, sollte der MPP deshalb für beschattete und unbeschattete Module separat eingestellt werden. Ansonsten beeinflussen Module mit geringerer Sonneneinstrahlung solche mit hoher Einstrahlung. Hierdurch können Letztere nicht ihr volles Ertragspotenzial ausschöpfen.

Bildlich können die herrschenden Verhältnisse beispielsweise mit einem abgeknickten Schlauch verglichen werden. Denn auch bei diesem Schlauch begrenzt die Knickstelle den Wasserdurchfluss.

Da die einzelnen Zellen eines Moduls und teilweise sogar mehrere Module miteinander verschaltet sind, ist ein separates Ansteuern beschatteter und unbeschatteter Zellen nicht ohne Weiteres möglich. An dieser Stelle kommt ein Leistungsoptimierer ins Spiel. Mit diesem Gerät gelingt es, das „schwächste Glied in der Kette“ zu umgehen. Somit reduziert dieses nicht die Leistung aller Module.

Leistungsoptimierer werden an den entsprechenden Photovoltaikmodulen angebracht. Bei diesen Geräten handelt es sich um sogenannte DC-DC-Wandler. Dies bedeutet, dass den im jeweiligen Solarmodul erzeugten Gleichstrom in Gleichstrom mit einer anderen Spannung umwandeln. Hierdurch wird der MPP für alle Module einzeln eingestellt. Somit begrenzt ein schwaches Modul nicht alle mit ihm verbundenen Module in ihrer Ertragskraft.

Wann lohnt sich ein Leistungsoptimierer?

Leistungsoptimierer maximieren den Stromertrag einer Photovoltaikanlage. Da sie allerdings selbst Strom benötigen und in der Anschaffung relativ teuer sind, lohnt sich ihr Einsatz nur bei Solaranlagen mit heterogenen Bedingungen. Denn wenn die Situation für alle Module größtenteils vergleichbar ist, ist der positive Beitrag eines Leistungsoptimierers verschwindend gering. 

Schauen wir uns noch einige Argumente der Verkaufsvertreter.

PV-Optimierer helfen bei Verschattung

Ist mit einer periodisch wiederkehrenden Verschattung beispielsweise durch Bäume oder Schornsteine, zu rechnen, sollte über die Installation von Leistungsoptimierern nachgedacht werden. Eine Optimierung auf Modulebene kann die Verschattungsverluste um 25 bis 40% reduzieren. 

Darüber hinaus kann regelmäßiger Schatten auf den Photovoltaik-Modulen zu Ausfällen führen. Die Bypas-Dioden gehen schneller kaputt und es bilden sich Hot-Spots. Die Optimierung reduziert dieses Risiko, auch wenn es nicht vollständig beseitigen kann.

In jedem Fall - wenn der Installationsort regelmäßig beschattet wird (und wir reden hier nicht von einer Stunde Schatten um 7 Uhr morgens), dann ist die Investition in Leistungsoptimierer gerechtfertigt.

Noch besser ist es Verschattungen ganz zu vermeiden. Wie? Zum Beispiel durch den Kauf von Modulen mit höherem Wirkungsgrad (SunPower, LG, REC), wodurch die Installation kleiner dimensioniert wird. Oder Sie entfernen das Objekt, das den Schatten wirft - sofern es möglich ist. 

Leistungsoptimierer erhöhen die Sicherheit im Brandfall

Zumindest bei einige Marken und Lösungen.

Der Punkt ist, dass der von den Modulen erzeugte Gleichstrom leicht Funken schlägt und bei einer Standardinstallation, selbst wenn Sie den Wechselrichter ausschalten, die Spannung in den auf dem Dach verlaufenden Leitungen noch vorhanden ist.

Eine gut ausgeführte Installation wird zwar mit ziemlicher Sicherheit keinen Brand verursachen, kann ihn aber vergrößern und die Rettungsbemühungen erschweren.

Wenn also Sicherheit Ihre absolute Priorität ist oder Sie ein Reetdach haben, dann ziehen Sie SolarEdge-Optimierer oder beliebige Mikrowechselrichter in Betracht. Tigo bietet beispielsweise diese Art von Sicherheitsschalter nicht als Standard an.

Ertragsüberwachung durch Leistungsoptimierer

Kurz gesagt: Es ist nicht sinnvoll, Optimierer lediglich für die Überwachung zu kaufen. Warum?

Zunächst einmal: Wozu brauchen Sie es? Die meisten Experten würden sagen, um schnell erkennen zu können, welche Module nicht funktionieren. Dies macht jedoch aus zwei Gründen keinen Sinn.

Erstens wird ein Optimierer schneller kaputtgehen als ein Photovoltaik-Panel. PV-Module sind einfacher, robuster, sind schon viel länger auf dem Markt und im Allgemeinen zuverlässiger. Optimierer sind immer noch ein Novum. Wenn Sie mehrere komplexe Geräte montieren, um die Leistung einfacher Geräte zu überwachen, wird dies eher zu Fehlern führen, als diese zu verhindern.

Zweitens können Sie überwachen, ob alle Panels funktionieren, indem Sie die Spannung einer bestimmten Reihe beobachten, was mit jedem gewöhnlichen Wechselrichter möglich ist. Die Spannung einer Anlage schwankt viel weniger als z.B. ihre Leistung. Wenn also Ihre Anlage um 12 Uhr normalerweise 400 V liefert und eines Tages beginnt, 370 V zu liefern, dann hat ein Modul einfach aufgehört zu arbeiten.

Insbesondere für kleine und mittlere Solaranlagen eignet sich ein Leistungsoptimierer auch zur Überwachung des Ertrags der Anlage. Denn bei diesen Anlagen kommt es im Besonderen auf die Leistung der einzelnen Module an. Außerdem haben kleine und mittlere Solaranlagen häufiger mit schlechten Standortbedingungen wie Verschattungen etc. zu kämpfen.

Leistungsoptimierer steigern die Leistung der PV-Anlagen

Kurz gesagt, nein, vor allem, wenn keine Verschattung vorhanden ist.

Ja, sie reduzieren Verluste durch Schatten, wenn jedoch kein Schatten vorhanden ist, können PV-Optimierer 2 bis 3% mehr Leistung bringen. In der Praxis ist es sogar eher 1%, da sie natürlich auch selbst Strom verbrauchen.

Allgemein lässt sich sagen, dass Optimierer den Preis und die Mühe nicht wert sind, wenn keine Verschattung besteht.

Unter welchen Voraussetzungen können PV-Optimierer noch sinnvoll sein?

Auch wenn kein Schatten vorhanden ist, können PV-Optimierer unter bestimmten Voraussetzungen eine gute Lösung sein. Diese sind:

Leistungsoptimierer bei unterschiedlicher Modulausrichtung

Wenn die Module einer Solaranlage nicht die gleiche Ausrichtung haben, beispielsweise wenn unterschiedliche Seiten eines Dachs mit Solarpaneelen belegt werden, kann sich der Einsatz von Leistungsoptimierer Lohnen. Denn dann ist damit zu rechnen, dass die Module sehr unterschiedlich bestrahlt werden.

Unterschiedliche Modulneigungen oder –typen

Unterscheidet sich die Modulneigung oder der verbaute Typ der Solarpaneele innerhalb einer Photovoltaikanlage, könnte mit Leistungsoptimierern das volle Ertragspotenzial der Anlage ausgereizt werden.

Ungleiche Stringlänge

Mehrere Module, die miteinander verbunden sind, werden als „String“ bezeichnet. Leistungsoptimierer regulieren die Spannung im jeweiligen String unabhängig von dessen Länge. Sie stellen damit das Mittel der Wahl dar, wenn unterschiedlich lange Strings in der Anlage vorhanden sind.

Was sind die Nachteile eines PV-Optimierers?

PV-Optimierer sie sind mit Leistungselektronik gefüllte Kästen, die auf dem Dach montiert sind, also an einem Ort, der sowohl schwer zugänglich als auch extremen Temperaturen, Feuchtigkeit, Regen und anderen Einflüssen ausgesetzt ist.

Es ist einfach, einen defekten Optimierer zu erkennen. Schwieriger wird es aber diesen zu ersetzen. Und obwohl die Garantien von Optimierern lang sind - sie betragen bis zu 25 Jahre - berücksichtigen sie nicht die Arbeitskosten wie den Austausch, sondern nur die Kosten für das Gerät.

Dabei sollten Dachinspektionen bestenfalls vermieden werden. Sie wollen einfach nicht, dass jemand auf dem Dach herumläuft und Module abschraubt (oder schlimmer noch - darauf tritt!), um an die fehlerhaften Optimierer darunter zu gelangen.

Durch die Investition in Leistungsoptimierer gewinnen Sie zusätzliche Möglichkeiten, aber es können auch mehr Dinge kaputtgehen. 

Was kostet ein Leistungsoptimierer? 

Leistungsoptimierer sind im Allgemeinen (es gibt Ausnahmen) billiger als Modulwechselrichter, wobei Tigo und Huawei günstiger sind als SolarEdge.

Als Richtwert können für einen Leistungsoptimierer mit Kosten zwischen 50 und 200 Euro je installiertem Kilowatt/Peak kalkuliert werden.

Ob sich die Investition in einen Leistungsoptimierer rechnet, hängt neben dem Preis für den jeweiligen Leistungsoptimierer auch vom Preis der Solaranlage selbst ab.

Wenn beispielsweise eine Photovoltaikanlage mit 2.000 Euro je Kilowatt zu Buche schlägt, müssen mit einem Leistungsoptimierer mit einem Preis von 100 Euro je Kilowatt/Peak Mehrerträge in Höhe von 5% realisiert werden können. Fallen die Mehrerträge geringer aus, arbeitet der Leistungsoptimierer nicht rentabel.

Beträgt der Wert der Solaranlage allerdings nur 1.000 Euro je Kilowatt und wird von Kosten für den Leistungsoptimierer von 200 Euro je Kilowatt/Peak ausgegangen, muss die Stromausbeute um mindestens 15% gesteigert werden, damit sich die Investition in den Leistungsoptimierer rechnet.

Aus dieser Beispielrechnung kann geschlussfolgert werden, dass sich ein Leistungsoptimierer schneller rechnet, wenn er an ein teureres Solarmodul angebracht wird. Der Grund hierfür kann bildlich sehr anschaulich erklärt werden. Denn teure Solarpaneele profitieren analog zu einem Sportwagen besonders von „freier Fahrt“ entlang des jeweiligen Modulstrings. Demgegenüber profitieren günstigere Module zwar auch von der Beseitigung der „Engstelle“, aber nicht in gleichem Maße wie besonders hochwertige Module.

Grundsätzlich hängen die Gesamtkosten von der Anzahl der Photovoltaik-Paneele ab. Im Falle einer Installation mit 16 Solarmodulen erhöht sich die Investition um bis zu 1000 Euro. Sind Leistungsoptimierer also das zusätzliche Geld wert? Dies hängt natürlich von den Umständen ab.

Lassen Sie uns einige Szenarien betrachten:

  • Eine unverschattete Installation mit Modulen gleicher Leistung, bei der alle Photovoltaik-Paneele in eine Richtung ausgerichtet sind, wird wenig Nutzen für Leistungsoptimierer haben. In diesem Fall lohnt sich ihr Kauf nicht.
  • Eine Installation mit wechselnden Abschattungen durch einen Schornstein oder Mast benötigt Leistungsoptimierer oder Mikro-Wechselrichter, um richtig zu arbeiten. Verschattete Paneele verlieren nicht nur den größten Teil ihrer Leistung, sondern reduzieren auch die Leistung der gesamten Installation stark.
  • Installation mit PV-Modulen mit verschiedenen Ebenen, Neigungen und Ausrichtungen. Hier steckt der Teufel im Detail, aber ich werde versuchen, die Dinge zu vereinfachen - wenn Sie eine Installation mit zwei Ausrichtungen haben, wird ein Standard-Serienwechselrichter mit 2 MPPT genauso gut funktionieren wie ein Wechselrichter mit Optimierern. Bei komplexen Dächern auf 3, 4 Ausrichtungen müssen Sie jedoch wahrscheinlich in Mikrowechselrichter investieren.

Kann ich einen Leistungsoptimierer nachrüsten?

Leistungsoptimierer können bei bestehenden Anlagen auch nachgerüstet werden. Dies gilt auch für Anlagen mit Dünnschichtmodulen. Wer mit dem Gedanken spielt, eine Photovoltaikanlage neu anzuschaffen, sollte allerdings am besten von Anfang an überlegen, ob ein Leistungsoptimierer für die jeweilige Situation sinnvoll ist. Denn nur so ist gewährleistet, dass direkt zu Beginn des Betriebs die Anlage ihr volles Leistungspotenzial ausschöpfen kann. 

Wer sind die wichtigsten Hersteller von Leistungsoptimierern?

SolarEdge

SolarEdge hat gute Produkte und ein hervorragendes Marketing.

Setzen Sie auf SolarEdge, wenn:

  • Sie viel Wert auf Sicherheit und die Überwachung legen.
  • Ihr Dach verschattet ist, die Verschattung aber nicht weitläufig ist (es müssen immer 6 unbeschattete Module in einer Reihe sein).
  • Ihre Installation in maximal zwei Richtungen zeigt.

Weitere Informationen finden Sie in unserem ausführlichen SolarEdge-Testbericht.

Tigo

Tigo ist eine Marke, die ausschließlich PV-Optimierer herstellt und das schon seit vielen Jahren. Sie haben einen sehr guten Ruf in Australien - einem der ältesten und anspruchsvollsten Märkte in der Welt der Photovoltaik.

Leistungsoptimierer von Tigo sind mit jedem Wechselrichter kompatibel und es ist möglich, selektiv nur die Module zu optimieren, die verschattet sind. Mit Tigo haben Sie also keine unnötigen Komponenten auf dem Dach.

Außerdem arbeiten die Tigo-Optimierer anders als SolarEdge. Letztere funktionieren die ganze Zeit - Tigo nur bei Beschattung. Das bedeutet eine geringere Fehlerwahrscheinlichkeit.

Wählen Sie Tigo mit selektiver Optimierung, wenn:

  • Sie der Auswirkungen von Schatten entgegenwirken möchten.
  • Nur wenige Module der Anlage vom Schatten betroffen sind (z. B. durch einen Schornstein, Baum usw.)
  • Sie einen Marken-Wechselrichter (Fronius, SMA) wünschen.

Huawei

Jeder kennt Huawei-Smartphones, aber nicht jeder weiß, dass dieser Elektronikriese auch der größte Hersteller von Solar-Wechselrichtern der Welt ist. 

Huawei hat auch sein eigenes Optimierungssystem. Es unterscheidet sich von Solaredge dadurch, dass Sie es nicht auf allen Modulen installieren müssen, sondern nur auf ausgewählten Modulen installieren können. Von Tigo unterscheidet es sich hingegen dadurch, dass es standardmäßig eine Überwachung bietet.

Insgesamt ist Huawei eine sehr gute Option.

Wählen Sie Huawei, wenn:

  • Sie einen Wechselrichter der Marke Huawei haben
  • Sie ein Problem mit Verschattungen auf der Installation haben

Fazit 

Ein PV-Optimierer kann die Leistung eines einzelnen Solarmoduls überwachen und sorgt dafür, dass es nah am Maximum Power Point (MPP) arbeitet. Das ist der Punkt, an dem ein Photovoltaikmodul seine volle Leistung ausschöpfen kann. 

Wenn mit ungleichen Bedingungen für die Solarmodule eines Strings gerechnet werden muss, können Leistungsoptimierer erheblich dazu beitragen das Ertragspotenzial einer Photovoltaikanlage auszuschöpfen. Dabei sind je nach Situation ein Plus von bis zu 25% bezogen auf den Stromertrag möglich. Leistungsoptimierer lassen sich auch bei bereits bestehenden Anlagen nachrüsten.

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