Wie der Einsatz von Stringwechselrichtern Ausfälle minimiert

Im Jahre 2009 zerstörte Orkan Klaus in einigen Départements im Südwesten Frankreichs bis zu 60 Prozent der Wälder. Dazu gehörten auch große Teile einer Baumschule, was für den Besitzer enorme finanzielle Verluste bedeutete. Dieser beschloss daraufhin, sich geschäftlich breiter aufzustellen und auf seinen drei Ländereien künftig zusätzliche Einnahmen durch Solarparks zu erwirtschaften. Das Départment Gironde ist aufgrund seiner hohen Sonneneinstrahlung nicht nur für den Weinanbau ideal, sondern auch für den Betrieb von Solaranlagen geeignet.

Zuschlag bei der Auktion gewonnen

Im Zuge der wirtschaftlichen Umorientierung entstanden zwei Solarparks mit Namen Caudos 1 und Caudos 2 nahe der gleichnamigen Gemeinde. Projektverantwortlicher war Jonathan Chau, der zu diesem Zeitpunkt noch für den Solar- und Windprojektierer Juwi tätig war. Im Jahr 2015 gründete Chau das Ingenieurbüro Gaitasun, das auf die Planung und Durchführung großer Solarprojekte im Megawattbereich spezialisiert ist.

Im Jahre 2015 kontaktierte der Besitzer der Ländereien Chau erneut, um zwei weitere Solarparks – Caudos 3 und 4 – in Angriff zu nehmen. Die beiden Solarparks nahmen Ende 2015 an einer Ausschreibung in Frankreich teil und erhielten den Zuschlag für 15,5 MW. Wie schon bei den vorherigen Anlagen Caudos 1 und 2 dachte der Besitzer über den sonst üblichen Nutzungszeitraum von 20 bis 25 Jahren hinaus. Die Langlebigkeit aller Komponenten war deshalb von entscheidender Bedeutung.

Argumente gegen zentrale Umrichter

Für die technische Auslegung der Anlage kamen prinzipiell sowohl Zentral- als auch Stringwechselrichter in Betracht. Marktdaten zeigen zwar, dass die Investitionskosten bei String- und Zentralumrichtern vergleichbar sind. Allerdings unterscheiden sich die Installations- und Betriebskosten beträchtlich.

Zentralwechselrichter benötigen zum Beispiel ein solides Fundament und für die Errichtung einen großen Kran, für den extra eine asphaltierte Straße errichtet werden muss. Allein die Kranmiete beläuft sich auf 2.000 Euro pro Tag. Hinzu kommen die Kosten für den Kranfahrer, der erfahren sein muss in der Aufstellung von Zentralwechselrichtern. Da Zentralwechselrichter in das Mittelspannungsnetz einspeisen, sind die Sicherheitsanforderungen höher und es bedarf eines entsprechend ausgebildeten und zugelassenen Installateurs. All das führt zu Installationskosten, die deutlich höher ausfallen als für Stringwechselrichter.

Geringeres Ausfallrisiko

Ein weiterer kritischer Faktor bei Zentralwechselrichtern sind die Auswirkungen eines Ausfalls des Wechselrichters. Bei mehrtätigen Unterbrechungen der Stromerzeugung summieren sich die Ertragsverluste schnell zu größeren Beträgen. Eine einfache Beispielrechnung veranschaulicht das: Fällt ein Ein-Megawatt-Zentralwechselrichter aus, kostet das den Anlagenbesitzer rund 500 Euro täglich, wenn man einen Ertrag von 10.000 kWh unterstellt. Zwar können 24-Stunden-Wartungsverträge abgeschlossen werden, diese sind jedoch teuer.

Für den Investor waren das weitere Argumente für den Einsatz von Stringwechselrichtern. Caudos 3 und 4 gehören damit zu den ersten Megawatt-Solarparks in Frankreich, die mit Stringwechselrichtern realisiert wurden.

Delta gewinnt Ausschreibung

Im Wettbewerb waren drei Hersteller von Stringwechselrichtern. Nach umfangreicher Analyse und eingehender Beratung durch Gaitasun fiel die Wahl des Investors schließlich auf den Stringwechselrichter M88H ST von Delta Electronics. Allein im Solarpark Caudos 3 mit zwölf Megawatt Leistung sind 132 Wechselrichter installiert; bei dem kleineren Solarpark Caudos 4 mit 3,5 MW sind es nochmals 38 Geräte.

Um auf die Ausfallkosten zurückzukommen: Die Ertragsverluste bei Ausfall eines einzelnen Stringwechselrichters mit 88 Kilowatt Ausgangsleistung und 880 Kilowattstunden erzeugter Energie belaufen sich auf 44 Euro pro Tag und liegen damit bei weniger als einem Zehntel im Vergleich zum Zentralwechselrichter.

In diesem Zusammenhang punktet der M88H ST von Delta zusätzlich durch sein Designkonzept: Der Anschlusskasten mit AC- und DC-seitigen Überspannungsableitern und Anschlussklemmen sowie DC-Trennschaltern (CF-Version) ist bereits in das Gerät integriert und kann einfach vom Leistungsmodul getrennt werden. Bei Austausch des Leistungsmoduls verbleibt der Anschlusskasten mit der gesamten Verkabelung am Installationsort. Das Gesamtgewicht des M88H ST liegt bei nur 84 Kilogramm, das Leistungsmodul allein wiegt sogar lediglich 68 Kilogramm. Transport und Handling am Installationsort benötigen also kein spezielles und teures Equipment.

Insolvenz eines Modulherstellers

Ende 2016 wurden die Solarmodule bestellt, die im Sommer 2017 geliefert werden sollten. Im Mai 2017 meldete der Modulhersteller Insolvenz an – also zu einem denkbar ungünstigen Zeitpunkt. Die Lagerbestände des Herstellers reichten nur für das kleinere Projekt Caudos 4. Für das deutlich größere Projekt Caudos 3 machte sich Jonathan Chau auf die Suche nach alternativen Solarmodulen. Da die Zulassung für das Projekt zu diesem Zeitpunkt bereits erteilt war, mussten die neuen Solarmodule eine gleiche oder bessere Kohlendioxidbilanz aufweisen.

Dies erfordern die Auflagen des Ausschreibungsdesigns in Frankreich, damit der Zuschlag und die damit verbundene Einspeisevergütung nicht zurückgezogen werden. Am Ende wurde ein anderer Modulhersteller gefunden, dessen Module nicht nur alle Kriterien erfüllten, sondern auch zu einer Verringerung der Kosten beitrugen.

Generell haben Wettbewerb und Kostendruck in der Solarbranche in den vergangenen Jahren enorm zugenommen. Da zählt jeder Hundertstelprozentpunkt an Effizienz. Das gilt nicht nur für die Solarmodule, sondern auch für die Wechselrichter. Der M88H wurde extra für den Einsatz in großen Megawatt-Solarparks entwickelt. Er weist einen maximalen Wirkungsgrad von 98,8 Prozent aus, das Ergebnis für den EU-Wert liegt bei 98,5 Prozent.

Leistung pro Gewicht entscheidend

Im Zusammenhang mit der Effizienz lohnt sich bei Stringwechselrichtern auch ein Blick auf die Leistungsdichte des Geräts: 815 kW/m³. Aus Sicht von Delta ist die Leistungsdichte pro Volumen wichtiger als das Verhältnis von Leistung zu Gewicht. In den vergangenen zehn Jahren hat es auf diesem Gebiet deutliche Verbesserungen gegeben.

Zum Vergleich: Deltas Modell Solivia 15 TL hatte eine ähnliche Größe wie das Modell M88H, lieferte aber nur ein Sechstel der Leistung. Berücksichtigt man zusätzlich, dass der 15 TL keinen Anschlusskasten hatte, der beim M88H etwa ein Drittel des Volumens ausmacht, so fallen die Fortschritte bei der Leistungsdichte noch deutlicher aus.

Die Entwicklung schreitet also schnell voran, der Kostendruck bleibt hoch. Bei den Komponenten der Leistungselektronik nur auf die Anschaffungskosten zu schauen, greift aber zu kurz. Mit der Entscheidung für einen Wechselrichter fällt auch die Entscheidung für eine langfristige Partnerschaft mit dem Hersteller und damit auch für Sicherheit bei Fragen wie Gewährleistung, Reparatur und Austausch. Delta ist ein etabliertes Elektronikunternehmen, das seit fast 50 Jahren am Markt und in vielen Elektronikbereichen tätig ist. Das in Taiwan ansässige Unternehmen hat seinen europäischen Hauptsitz in den Niederlanden und verfügt mit Soest und Teningen über zwei Standorte in Deutschland. Das Produktmanagement für die Solarwechselrichter ist in Teningen angesiedelt.

Enge Abstimmung mit Delta

Für Ingenieur Chau war die intensive fachliche Beratung durch Delta besonders wichtig. Der Mitgründer von Gaitasun berichtet von einem sehr komplexen Prozess mit der Regulierungsbehörde, da die Solarparks bei Bordeaux zu den ersten Großanlagen mit Stringwechselrichtern in Frankreich gehörten. Delta und Gaitasun arbeiteten eng und erfolgreich zusammen, um alle erforderlichen technischen Informationen für die Regulierungsbehörde zusammenzustellen. Das betraf nicht nur die Planung der Solaranlagen, sondern auch Inbetriebnahme und laufenden Betrieb.

Positive Bilanz des Solarprojekts

Caudos 4 liefert nun seit über einem Jahr zuverlässig Energie, Caudos 3 ist seit über einem halben Jahr am Netz. Laut Jonathan Chau zeigen die ersten Ergebnisse, dass die beiden Solarparks gute Erträge liefern, vergleichbar mit denen von Caudos 1 und deutlich bessere als Caudos 2. Er beschreibt den Betrieb der Solarparks Caudos 3 und 4 als reibungslos, was auch mit der Qualität und der Zuverlässigkeit der Stringwechselrichter zu tun hat. Das bestätigt der technische Betriebsführer, der alle vier Anlagen betreut. Die neuen Solarparks seien demnach operativ einfacher zu betreuen.

Der Generalunternehmer Gaitasun arbeitet zusammen mit Delta bereits an weiteren Projekten in Frankreich und in Afrika. Der französische Farmbesitzer verkauft nun neben Bäumen auch rund 15,1 GWh Solarstrom, die er allein aus dem Projekt Caudos 3 erntet. Das reicht aus, um rechnerisch 5.600 Haushalte mit grünem Strom zu versorgen.

Dieser Beitrag ist zuerst erschienen in: Photovoltaik 12-2018.