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Entwicklungsstand bei Batteriewechselrichtern

Professor Dr. Bruno Burger vom Fraunhofer Institut für Solar Energiesysteme

Prof. Dr. Bruno Burger: "Wir arbeiten an einer Verbesserung der Wirkungsgrade im Teillastbereich". Sieben Fragen zum Entwicklungsstand bei Batteriewechselrichtern an Professor Dr. Bruno Burger vom Fraunhofer Institut für Solar Energiesysteme.


Batterie- oder Hybridwechselrichter binden Stromspeicher in Hausverteilnetze, Inselstromsysteme oder Übertragungsnetze ein. Wie lässt sich der Stand der Technik beschreiben?

Dabei handelt es sich um ein neues Marktmodell. Früher hat man den Solarstrom einfach in das Netz eingespeist und über die Einspeisevergütung sein Geld verdient. Heute liegt die Einspeisevergütung nur noch zwischen zehn und zwölf Cent pro Kilowattstunde, während der Strom im Bezug 30 Cent kostet. Es wird wirtschaftlich, sich Batterien ins Haus zu stellen. Mit ihnen kann man den günstig selbst erzeugten Strom speichern und in Zeiten, wo kein Solarstrom vorhanden ist, abends und nachts, wieder verbrauchen. Die Wechselrichtertechnologie wandelt sich entsprechend. Früher gab es einfach nur Einspeisewechselrichter. Heute gibt es Wechselrichter, an die man die Photovoltaikanlage und die Batterien anschließen kann.

 

Was zeichnet die Geräte technologisch aus?

Anfangs hat man es eher so gemacht, das man dezidierte PV-Wechselrichter hatte und Batteriewechselrichter. Das heißt, man hatte zwei Geräte. Heute geht der Trend dahin, dass man beide Technologien in einem Gerät verheiratet, an das man dann die Photovoltaikanlage und die Batterie anschließt.

 

Welche Entwicklungen hat es in der jüngsten Vergangenheit gegeben?

Wir arbeiten daran, die Teillastwirkungsgrade zu verbessern. Wir entwickeln gerade Geräte, die speziell für den Teillastbereich optimiert sind. Bei PV-Wechselrichtern kommt der Teillastbereich auch vor – morgens und abends –, aber zeitlich nicht so häufig wie bei Batteriewechselrichter. Er hat zudem die ganze Nachtarbeit, wo er im Teillastbereich läuft. Das versuchen wir bei der Entwicklung zu berücksichtigen.

 

Was muss man dafür an den Geräten verändern?

Im Teillastbereich sind die konstanten Verluste des Wechselrichters maßgebend für den Wirkungsgrad, nicht die leistungsabhängigen. Sie rühren unter anderem von den konstanten Verlusten von Steuerung und Regelung her. Deren DSP-Controller verbrauchen Strom. Außerdem befindet sich im Wechselrichter ein Display, zudem Schnittstellen nach außen, wir haben ein Netzteil, das den DSP-Controller versorgt. Auch die Leistungselektronik selbst trägt einen Anteil an den konstanten Verlusten. Um sie senken zu können, benötigen wir DSP-Controller mit einem geringeren Stromverbrauch. Wir müssen die Onboard-Netzteile zur Stromversorgung optimieren, damit sie mit höheren Wirkungsgraden arbeiten. Und wir müssen bessere Transistoren für die Leistungselektronik einsetzen, zum Beispiel aus Siliziumkarbid.

 

Was unterscheidet die Geräte für Off- und On-Grid-Anwendungen?

Historisch gesehen gab es für netzgekoppelte Systeme den normalen PV-Wechselrichter und für Off-Grid den Batteriewechselrichter. In einem ersten Schritt hat man, ich habe es vorher gesagt, beide Geräte für Solar Home-Anwendungen genommen. Jetzt wächst die Technik in Geräten zusammen, die zwei Anschlüsse haben, einen für den Photovoltaikgenerator und einen für die Batterie. Die Entwicklung tut dem Off-Grid-Bereich gut, weil durch die doppelte Nachfrage größere Stückzahlen gebraucht werden und damit günstigere Geräte zur Verfügung stehen. Netzgekoppelt bedeutet natürlich, dass immer ein Netz vorhanden ist. Aber auch in diesem Fall ist es erforderlich, dass der Wechselrichter für den Fall einer Netzstörung über eine Funktion zur unterbrechungsfreien Stromversorgung verfügt. Verfügt ein Wechselrichter über eine solche Funktion, unterscheidet er sich nicht mehr so stark von einem Off-Grid-Wechselrichter.

 

Worin liegen die Vor- und Nachteile einer AC- oder DC-Kopplung?

Bei der AC-Kopplung sind wir fast wieder bei zwei getrennten Geräten. Sie bietet den Vorteil, dass das System modular und damit erweiterbar ist. Dafür ist das Funktionieren im Teillastbereich schwieriger, weil bei getrennten Geräten jeweils eine eigene Kontrollplatine vorhanden ist, ein eigener DSP-Controller, ein eigenes Display. Womöglich haben sie eigene Gehäuse. Will man den Aufbau günstiger machen und effizienter, verbindet man beides am besten und bekommt dadurch eigentlich automatisch eine DC-Kopplung im Gerät selber.

 

Wie hat sich der Preis für Leistungselektronik in den vergangenen Jahren entwickelt und was hat zu den Preisrückgängen geführt?

Solarwechselrichter haben eine ähnliche Lernkurve durchlaufen wie Solarmodule. Begründet liegen die Preisrückgänge in neuen Generationen von Transistoren, die höhere Schaltfrequenzen bei gleichzeitig niedrigeren Verlusten erlauben. Man hat außerdem bessere Schaltungen entwickelt, die höhere Effizienzen aufweisen. In neueren Geräten verwendet man außerdem häufig Multi-Level-Schaltungen mit mehr Halbleitern und spart dafür bei passiven Bauelementen, bei Drosselspulen und Kondensatoren, die teurer sind.

 

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