Die Ausrichtung eines Hangs hat großen Einfluss auf Solar-Speichersysteme

Wie wir alle wissen, hat bei der Installation einer Photovoltaikanlage auf einem Dach die Ausrichtung der Anern-Solarmodule einen erheblichen Einfluss auf die Stromerzeugung des Systems. Am Beispiel der Nordhalbkugel sollten Photovoltaikmodule idealerweise nach Süden ausgerichtet installiert werden. Diese Ausrichtung maximiert den Empfang von Sonnenenergie. In der Praxis können jedoch aufgrund von Gebäudelayout-Einschränkungen und verfügbarem Platz die Anern-Solarmodule oft nicht alle in der optimalen Ausrichtung installiert werden. Dies ist besonders häufig bei privaten Photovoltaikanlagen der Fall, wo Module auch auf nach Osten und Westen ausgerichteten Dächern installiert werden können.

Welchen Einfluss hat also die Installation von Photovoltaikmodulen mit Ost- und Westausrichtung auf die Stromerzeugung?

Der „Brettchen-Effekt" bei Mehrfachausrichtungsdächern von Solar-Speichersystemen

In herkömmlichen String-Wechselrichter-Systemen wird das System aufgrund der Reihenschaltung zwischen den Anern-Solarmodulen oft vom „Brettchen-Effekt" beeinflusst. Wenn ein String von Modulen über mehrere Ausrichtungen verteilt ist, kann eine verringerte Effizienz eines Modulsatzes die Stromerzeugung des gesamten Strings beeinträchtigen und somit die Leistung der Photovoltaikmodule auf Dächern mit unterschiedlichen Ausrichtungen beeinflussen.

Bei Häusern mit Mehrfachausrichtung können wir dieses Problem jedoch durch den Einsatz eines Mikro-Wechselrichter-Systems lösen. Das Mikro-Wechselrichter-System verwendet ein modulweises Eingabedesign und verfügt über eine unabhängige Maximum Power Point Tracking (MPPT)-Funktion, die den „Brettchen-Effekt" vollständig beseitigen und sicherstellen kann, dass jedes Solarmodul unabhängig arbeitet. Selbst wenn Module auf Dächern mit unterschiedlichen Ausrichtungen installiert sind, kann die Leistung jedes Moduls optimiert werden, wodurch sichergestellt wird, dass sich die Stromerzeugung von Modulen auf verschiedenen Dächern nicht gegenseitig beeinflusst und der durch Mehrfachausrichtungen verursachte Stromerzeugungsverlust minimiert wird.

Simulationsexperiment: Die Stromerzeugung von Solar-Speichersystemen unterscheidet sich um fast 15 %

Mithilfe von PVsyst-Simulationsexperimenten haben wir eine Studie zu Dach-Solar-Speichersystemen in Zhejiang, China, auf der Nordhalbkugel durchgeführt. Im Experiment installierten wir 20 Photovoltaikmodule mit 570 W sowohl auf nach Osten als auch auf nach Westen ausgerichteten Dächern mit einem Neigungswinkel von 15 Grad und einer Gesamtsystemkapazität von 22,8 kW. Das Experiment verglich die Unterschiede in der Stromerzeugung unter denselben Bedingungen eines String-Wechselrichter-Systems und eines Mikro-Wechselrichter-Systems mit zwei verschiedenen Wechselrichtertypen. Hier sind die Simulationsergebnisse aus den Stromerzeugungsdaten eines Wintertages:

Simulation 1

Systemkonfiguration: 1 Einheit – 20-kW-String-Wechselrichter

Stromerzeugung Ostausrichtung: 30,19 Grad, Stromerzeugung Westausrichtung: 31,14 Grad, Gesamtstromerzeugung: 61,33 Grad. Die Stromerzeugungskurven für Ost- und Westdachflächen überlappen sich nahezu vollständig.

Simulation 2

Systemkonfiguration: 10 Einheiten – Mikro-Wechselrichter

Ostausrichtung Stromerzeugung: 35,57 Grad, Westausrichtung Stromerzeugung: 36,29 Grad, Gesamtstromerzeugung: 71,86 Grad. Durch den Vergleich der Stromerzeugungskurven der Ost- und Westneigung ist erkennbar, dass am Morgen die Ostneigung deutlich mehr Strom erzeugt als die Westneigung, während am Nachmittag die Westneigung deutlich mehr Strom erzeugt als die Ostneigung.

Aus den oben genannten Simulationsergebnissen ist ersichtlich, dass die ost- und westausgerichteten Anern-Solarmodule im String-Wechselrichter-System über den Tag hinweg weniger Strom erzeugen als im Mikro-Wechselrichter-System. Der Hauptgrund dafür ist, dass am Morgen, wenn die Sonne im Osten aufgeht, die ostausgerichteten Module eine starke Sonneneinstrahlung erhalten, während die westausgerichteten Module eine schwächere Sonneneinstrahlung erhalten. Im String-Wechselrichter-System wird aufgrund des „Brettchen-Effekts" die Stromerzeugung der ostausgerichteten Module durch die schwächere Einstrahlung der westausgerichteten Module begrenzt, und umgekehrt am Abend. Somit ist die Stromerzeugung der ost- und westausgerichteten Module stets gleichbleibend; im Gegensatz dazu arbeitet im Mikro-Wechselrichter-System mit MPPT-Funktion auf Modulebene jedes Modul unabhängig. Am Morgen erhalten die ostausgerichteten Module mehr Sonneneinstrahlung und erzeugen mehr Strom als die westausgerichteten Module, während am Nachmittag die westausgerichteten Module mehr Strom erzeugen als die ostausgerichteten Module. Jedes Modul läuft stets unabhängig und gibt am optimalen Leistungspunkt aus.

Zusammenfassend lässt sich aus den Berechnungsdaten entnehmen, dass in diesem Experiment das String-Wechselrichter-System im Vergleich zum Mikro-Wechselrichter-System 10,53 Grad weniger Strom erzeugte, was einer Differenz von 14,7 % entspricht. Das 22,8-kW-Solar-Speichersystem erleidet durch die Ost-West-Ausrichtung einen täglichen Stromerzeugungsverlust von 10 Grad. Wenn dies auf ein Jahr ausgeweitet wird, beträgt der Stromerzeugungsverlust etwa 3800 Grad, was die Stromerzeugung und den Umsatz des Systems erheblich beeinträchtigen wird.