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Fachtext: Strangstromsensorik: Pflicht oder Kür?

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Strangstromsensorik: Pflicht oder Kür?

Photovoltaik-Anlagen werden je nach Größe und örtlichen Bedingungen geplant und gebaut. In vielen Fällen stehen bei der Planung jedoch die Kosten im Vordergrund. Kostengünstig und renditestark lautet oft der Tenor. Demzufolge wird zusätzliche Sensorik nur rudimentär implementiert, was sich während dem Betrieb durchaus rächen kann.


[Schematische Darstellung
von Strängen mit
Strangstromsensorik]
Freilandanlagen mit Zentralwechselrichter werden überwiegend nach einem bestimmten Schema geplant und aufgebaut. Das Wissen eine solche Anlagenauslegung zu planen ist demnach weit verbreitet.

So werden eine Anzahl von Solarmodulen in Reihe geschaltet und eine bestimmte Anzahl von Strängen dann in einem Geräteanschlusskasten (auch Array-Box, Combiner-Box, GAK oder DC-UV genannt) zusammengefasst.

Durch Auflegung der Stränge innerhalb der Unterverteilung und Bündelung dieser zu einem Summenstrang entsteht eine Parallelschaltung der Stränge. Die Summenleitungen der Anschlusskästen werden dann bis zum Wechselrichter geführt, wobei der Kabelquerschnitt wesentlich höher ist, als bei den Einzelleitungen.

Strangstromsensoren greifen nun an dem Punkt, an dem der einzelne Strang in der Unterverteilung zusammengelegt wird.

Warum ist es nun sinnvoll die Stromwerte der einzelnen Stränge zu messen?

Im optimalen Fall und bei korrekter Planung einer Anlage wird diese zumindest theoretisch aus die geplante Leistung erzeugen. Allerdings gibt es eine Reihe von Faktoren, die die Performance einer Anlage vermindern. Das sind


[Leistungsverlauf einer Freilandanlage]
Bei Einsatz von geeigneten Monitoring- und Überwachungstools wird in den vielen Fällen nur die aktuelle Leistung der gesamten Anlage angezeigt. Der Leistungsverlauf über den Tag zeigt dabei nur, das bei größerer Einstrahlung entsprechend mehr Leistung generiert wurde. Ohne die Überwachung der Strangströme kann kaum darauf geschlossen werden, ob alle angeschlossenen Module auch die Leistung bringen, die geplant war.

Schon bei der Auslegung einer Anlage ist der Planer bestrebt die Stränge zur Unterverteilung gleichmäßig aufzubauen. Hintergrund hierbei ist rein physikalisch das Ohmsche Gesetz. Bei Verschattung einzelner Stringreihen oder durch unterschiedliche Qualität der Module können die einzelnen Stränge unterschiedliche Ströme und damit unterschiedliche Leitungen erzeugen. Dabei kann es allerdings auch zu negativen Strangströmen kommen. Diese mindern nicht nur die Gesamtleistung der Unterverteilung sondern können unter Umständen auch nachhaltig Module beschädigen.

Auch der Ausfall von Modulen beispielsweise durch Zerstörung von Kabelteilen durch possierliche Nagetiere ist in der Praxis kein Einzelfall. Ebenso wie Hagelschäden mindern diese Szenarien die Leistung der Stränge und damit in Summe die der gesamten Anlage.

Mittlerweile ist auch Diebstahl von Solarpanel ein Thema, das nicht mehr ignoriert werden darf. Natürlich kann Sensorik diesen nicht verhindern, aber die rasche Erkennung ist in jedem Fall gegeben, so dass gestohlene Module zeitnah ersetzt werden können.

Musterbeispiel (vereinfacht):

Als Beispiel sei eine Anlage mit einer geplanten Leistung von 500 kW gegeben. Der eingesetzte Zentralwechselrichter hat eine Nennleitung von 520 kW. Es sind insgesamt 15 Geräteanschlusskästen mit insgesamt 112 Strängen vorhanden.

Im Normalbetrieb werden pro Strang ca. 8 A gemessen bei einer Spannung von 550V.
Damit erzeugt der Einzelstrang eine Leistung von 4,4 kW (P=U*I).
Das ergibt bei 112 Strängen eine Gesamtleistung von 492,8 kW. Diese Leistung wird eine Anlage allerdings nur bei optimalen Bedingungen und bei maximaler Einstrahlung erzeugen können.

Nimmt man jetzt an, dass auf Grund von Diebstahl, Beschädigung oder ausgelöster Sicherung 5 Stränge komplett ausfallen und weitere 5 Stränge durch Verschattung oder Qualitätsunterschiede negative Strangströme von -2,6 A produzieren, so ergibt sich folgende Rechnung:

112 vorhandene Stränge - 10 fehlende bzw. defekte Stränge = 102 produktive Stränge.
Diese ergibt eine Gesamtleistung von 102 Stränge * 4,4 kW = 448,8 kW.

Die 5 Stränge mit negativen Strömen erzeugen eine negative Leistung (P) von:
5 Stränge * 550 V * -2,6 A = -7,15 kW

Damit verbleibt eine Produktivleistung von 441,65 kW. Da sind im Verhältnis zu Planleistung etwa 10,3% Leistungsverlust.

Bei einem durchschnittlichen Sommertag mit ein paar Quellwolken kann alleine durch die grafische Darstellung der Leistungswerte kaum auf diese Fehler geschlossen werden, vor allem, wenn aus Gründen der Sparsamkeit auch noch auf einen Einstrahlungssensor verzichtet wurde.

Bewertet man diese Leistungseinbuße monetär, könnte man zu folgender Rechnung gelangen:

Die Anlage erwirtschaftet an einem normalen Sommertag über die Einspeisevergütung einen Betrag von 2.400,00 EUR. Die 10%-ige Minderung der Leistung ergibt somit einen Verlust von 240,00 EUR pro Tag. Immerhin 7.200,00 EUR pro Monat, die man hätte vermeiden können.


Natürlich ist Strangstromsensorik nicht gerade günstig. Aber anhand dieser Beispielrechnung lässt sich recht leicht nachvollziehen, ob der Einsatz, vor allem bei Megawatt-Parks, über die Laufzeit gerechnet nicht doch günstiger ist, als ohne.

Fazit:


[Geräteanschlusskasten mit Sensorik
Bild: Eberhard Kipp]
Nur optimal überwachte Anlagen erwirtschaften langfristig die Beträge, die in Ertragsgutachten berechnet wurden. Werden diese nicht erreicht, kommt es gerade im Bereich der größeren Anlagen zu Diskussionen, denen man eigentlich aus dem Weg gehen möchte.

Mittlerweile gibt es eine ganze Reihe von Anbietern von Strangstromsensoren. Allerdings sollte in diesem Falle auf die technischen Spezifikationen geachtet werden. So können bis heute einige Anbieter z.B. nicht mit negativen Strömen umgehen und zeigen diese entweder gar nicht an oder stellen diese sogar positiv dar.

Bei bestehenden Anlagen bieten einige Anbieter zudem die Möglichkeit die Sensorik nachzurüsten oder auch temporär zu Diagnosezwecken zur Verfügung zu stellen.


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aktuelles Zitat:

Man kann morgens um fünf Uhr für das neueste Gerät anstehen. Man kann aber auch einen ganzen Tag lang vor dem Laden gegen unmenschliche Arbeitsverhältnisse protestieren.

Joachim Gauck, Bundespräsident



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