PV-Leistungsoptimierer: sinnvoll oder teuer und überflüssig?

Was ist ein PV-Optimierer?

Ein PV-Optimierer ist ein Steuerelement von Solarmodulen. Er sorgt dafür, dass diese unabhängig voneinander funktionieren. In Einfamilienhäusern werden die Solarmodule in der Regel in Reihe geschaltet, wodurch die Leistung der gesamten PV-Anlage durch das schwächste Modul bestimmt wird. Um diese "Mismatching-Verluste" zu reduzieren, kommen Leistungsoptimierer zum Einsatz.

Wie funktioniert ein PV-Optimierer?

Die einfache Erklärung: 

PV-Optimierer werden an jedem Solarmodul angebracht und bestimmen den individuellen "Maximum Power Point" (MPP), also den Punkt der maximalen Stromerzeugung. Die Parameter jedes PV-Moduls werden dabei einzeln überwacht. Damit verhindern Solar-Optimierer, dass ein Modul die Leistung der anderen Module beeinträchtigt. 

Moduloptimierer 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.

Die etwas ausführlichere Beschreibung der Funktion von PV-Optimierern: 

Die Effektivität, mit der eine Solarzelle 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 Maximum Power Point (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 mit einem abgeknickten Schlauch verglichen werden. Denn auch bei diesem Schlauch begrenzt die Knickstelle den Wasserdurchfluss.

Da die einzelnen Solarzellen eines Moduls und sogar mehrere Solarmodule 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 Solarmodule.

Leistungsoptimierer werden an den entsprechenden Photovoltaikmodulen angebracht. Bei diesen Geräten handelt es sich um sogenannte DC-DC-Wandler. Das bedeutet, dass sie den im jeweiligen PV-Modul erzeugten Gleichstrom in Gleichstrom mit einer anderen Spannung umwandeln.

Wann sind PV-Leistungsoptimierer sinnvoll?

Leistungsoptimierer sind sinnvoll bei starker, regelmäßiger Verschattung oder bei PV-Anlagen mit mehreren Ausrichtungen.

Bei den meisten Solaranlagen (Ausrichtung in eine Himmelsrichtung, keine regelmäßige Verschattung, z. B. durch Bäume) ist der Einsatz von PV-Optimierern überflüssig. Die Geräte sind teuer und verbrauchen Strom. Das verringert letztlich die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage.

Verschattung der einzelnen Solarmodule

Solar funktioniert auch ohne Sonne und im Schatten. Der Ertrag ist dann jedoch geringer als bei klarem Himmel. 

Leistungsoptimierer werden in erster Linie eingesetzt, um Verschattungsprobleme zu beheben. Diese werden überwiegend durch Bäume, Schornsteine und andere Hindernisse verursacht. Sind PV-Module in Reihe geschaltet, wirkt sich die Verschattung auf den gesamten String aus und reduziert die Leistung der PV-Anlage um bis zu 90%.

Durch den Einsatz von Photovoltaik-Optimierer werden verschattete Module isoliert. Nur die Leistung des einzelnen PV-Moduls ist betroffen, nicht der gesamte String. Dies ermöglicht eine höhere Stromerzeugung aus dem gesamten System. In solchen Situation erhöhen Solar-Optimierer den Ertrag um 25 bis 40%.

Regelmäßiger Schatten auf den Photovoltaik-Modulen kann zu Ausfällen führen. Die Bypas-Dioden gehen schneller kaputt und es bilden sich Hotspots. Moduloptimierer reduzieren dieses Risiko, auch wenn es nicht vollständig beseitigen kann.

Wenn der Installationsort regelmäßig beschattet wird (und wir reden hier nicht von einer Stunde Schatten um 7 Uhr morgens), ist die Investition in Leistungsoptimierer auf jeden Fall gerechtfertigt.

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

Unterschiedliche Ausrichtung der Solarmodule

Die meisten Wechselrichter haben zwei MPPT-Eingänge, was die Anzahl der angeschlossenen Strings einschränkt. Wenn Sie eine Ausrichtung über zwei unterschiedliche Himmelsrichtungen haben und die Ost-, West- und Südseite nutzen, benötigen Sie einen dritten MPP-Eingang für einen optimalen Stromertrag. Dafür müssen Sie einen zusätzlichen Wechselrichter installieren, was die Kosten erhöht. Eine kostengünstige Alternative ist die Verwendung von Leistungsoptimierung auf der dritten Dachseite. Dies ermöglicht eine individuelle Trennung der PV-Module, wodurch die Auswirkungen unterschiedlicher Ausrichtungen beseitigt werden und ein zusätzlicher Wechselrichter eingespart wird.

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.

Unterschiedliche Neigung der Solarmodule

In besonderen Anwendungsfälle kommt es innerhalb einer Dachfläche/Seite zu Unterschieden in der Leistungsabgabe. Ein Knick in der Dachfläche führt dazu, dass die Solarmodule einen unterschiedlichen Winkel zur Sonne haben. In solchen Fällen sollten Sie Leistungsoptimierer einsetzen. Gleiches gilt bei der Verwendung unterschiedlicher Modultypen, z. B. durch einen Anbau.

Ertragsüberwachung

Viele Experten werden Ihnen sagen, dass Sie mithilfe eines PV-Optimierers die Erträge Ihrer Photovoltaikanlage überwachen können. Und das stimmt. Leistungsoptimierer verfügen über eine Software, mit der die Leistungswerte der Module über ein Smartphone abgerufen werden. Dies ermöglicht nicht nur eine Ertragsüberwachung, sondern auch eine schnellere Identifizierung und Reparatur oder Austausch defekter PV-Module.

Aber brauchen Sie es wirklich? 

Ein Solar-Optimierer wird schneller kaputtgehen als ein Solarpanel. PV-Module sind einfacher, robuster, zuverlässiger und dazu viel länger auf dem Markt. PV-Optimierer stellen immer noch ein Novum dar. Wenn Sie mehrere komplexe Geräte montieren, um die Leistung einfacher Geräte zu überwachen, wird dies eher zu Fehlern führen, als diese zu verhindern.

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

Zusammenfassend: Kaufen Sie keine PV-Leistungsoptimierer nur um die Leistung Ihrer PV-Anlage zu überwachen. 

Erhöhte Sicherheit im Brandfall

Das trifft auf einige Marken und Lösungen zu.

Der Punkt ist, dass der von den PV-Modulen erzeugte Gleichstrom Funken schlagen kann. Selbst bei ausgeschaltetem Wechselrichter ist die Spannung in den auf dem Dach verlaufenden Leitungen noch vorhanden.

Eine fachgerecht ausgeführte Installation wird zwar mit ziemlicher Sicherheit keinen Brand verursachen, kann ihn aber vergrößern und die Rettungsbemühungen erschweren. Das passiert selten, kommt aber vor. 

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.

Welche Nachteile haben PV-Optimierer?

Der größte Nachteil von Photovoltaik-Optimierern sind die hohen Kosten, und zwar sowohl in der Anschaffung als auch in der Wartung.

Höhere Kosten

Leistungsoptimierer kosten inklusive Einbau etwa 100 bis 200 € pro kWp. Dies bedeutet einen Mehraufwand von etwa 5% der Gesamtinvestition. Prüfen Sie unbedingt, ob der Mehrertrag diese Investition rechtfertigt.

Mehr Wartungsaufwand

Moduloptimierer werden an einzelnen Solarmodulen angebracht, wodurch eine Wartung und Reparatur umfangreicher ist. Zudem sind Leistungsoptimierer meist auf dem Dach installiert und somit schwer zugänglich. Außerdem sind sie extremen Umwelteinflüssen ausgesetzt, was die Wahrscheinlichkeit von Schäden an der empfindlichen Elektronik im Inneren erhöht. 

Welche Hersteller von PV-Optimierern gibt es?

Die wichtigsten Hersteller von PV-Optimierern sind SolarEdge, Tigo und Huawei.

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 sechs 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 genießt 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 ununterbrochen - 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 (zum Beispiel durch einen Schornstein, Baum usw.)
• Sie einen Marken-Wechselrichter (Fronius, SMA) wünschen.

Huawei

Jeder kennt Huawei-Smartphones, aber nicht jeder weiß, dass Huawei 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. Der Unterschied zu Tigo liegt darin, 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

Können Moduloptimierer nachgerüstet werden?

Moduloptimierer können in bestehenden PV-Anlagen nachgerüstet werden. Das gilt auch für Solaranlagen mit Dünnschichtmodulen. Stellen Sie vor der Nachrüstung sicher, dass der Moduloptimierer auch mit den vorhandenen Solarmodulen und Wechselrichter kompatibel ist.

Steigern Leistungsoptimierer die Leistung der PV-Anlage? 

Leistungsoptimierer steigern nicht die Leistung einer PV-Anlage, sie reduzieren die Verluste durch Verschattung. Bei unverschatteten PV-Anlage liegt der Leistungszuwachs bei maximal 2 bis 3%. In der Praxis ist es eher 1%, da die Geräte selbst auch Strom verbrauchen. 

Bei selten verschatteten Solaranlagen sind Photovoltaik-Optimierer keine sinnvolle Investition. 

PV-Optimierer oder Modulwechselrichter?

Leistungsoptimierer und Modulwechselrichter arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip. Der Hauptunterschied besteht darin, wie sie Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Mikrowechselrichter wandeln den Strom am Standort des Solarpanels um. Leistungsoptimierer bereiten die Gleichstromenergie auf, bevor sie zur Umwandlung an einen zentralen Wechselrichter gesendet wird. Durch die Aufbereitung der Gleichstromenergie wandelt der Zentralwechselrichter diese effektiver um.

Lohnt sich der Einsatz von Leistungsoptimierern? 

Leistungsoptimierer sind im Allgemeinen günstiger als Modulwechselrichter. Als Richtwert können für einen Leistungsoptimierer mit Kosten zwischen 50 und 200 € 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 eine Photovoltaikanlage mit 1.200 € je Kilowatt zu Buche schlägt, müssen mit einem Leistungsoptimierer mit einem Preis von 60 € je Kilowatt-Peak Mehrerträge in Höhe von 5% realisiert werden können. Fallen die Mehrerträge geringer aus, arbeitet der Leistungsoptimierer nicht rentabel.

Kostet die Solaranlage 1.000 € je Kilowatt und der Leistungsoptimierer 200 € je kWp, dann müssen die Stromausbeute um mindestens 15% gesteigert werden, damit sich die Investition in den Leistungsoptimierer rechnet.

Wie Sie sehen, lohnt sich ein Leistungsoptimierer schneller, wenn er an ein teureres Solarmodul angebracht wird. Der Grund hierfür kann bildlich erklärt werden. Denn teure Solarpanels 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.

Um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern, betrachten wir zum Schluss unterschiedliche Szenarien:

• Eine unbeschattete Installation mit Modulen gleicher Leistung, bei der alle Solarpanels in eine Richtung ausgerichtet sind, wird von Leistungsoptimierern kaum profitieren. In diesem Fall lohnt sich der Kauf nicht.
• Eine Installation mit wechselnden Abschattungen durch einen Schornstein oder Mast benötigt Leistungsoptimierer oder Mikro-Wechselrichter, um richtig zu arbeiten. Verschattete Solarmodule 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. Wenn Sie eine Installation mit zwei Ausrichtungen haben, wird ein Standard-Serienwechselrichter mit 2 MPPT genauso einwandfrei funktionieren wie ein Wechselrichter mit Optimierern. Bei komplexen Dächern auf 3, 4 Ausrichtungen müssen Sie jedoch wahrscheinlich in Moduloptimierer oder Mikrowechselrichter investieren.

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