Berechnungen zur Auslegung von Solarwechselrichter-Strings
Der folgende Artikel hilft Ihnen bei der Berechnung der maximalen/minimalen Modulanzahl pro Strang für Ihre PV-Anlage. Die Wechselrichterdimensionierung umfasst zwei Aspekte: die Spannungs- und die Stromdimensionierung. Dabei müssen Sie die verschiedenen Konfigurationsgrenzen berücksichtigen, die bei der Dimensionierung des Solarwechselrichters zu beachten sind (Daten aus den Datenblättern des Wechselrichters und der Solarmodule). Der Temperaturkoeffizient ist ein wichtiger Faktor bei der Dimensionierung.
1. Temperaturkoeffizient von Voc / Isc für Solarmodule:
Die Spannung bzw. der Strom, mit dem Solarmodule arbeiten, hängen von der Zelltemperatur ab: Je höher die Temperatur, desto niedriger die erzeugte Spannung bzw. der erzeugte Strom und umgekehrt. Die Spannung bzw. der Strom des Systems ist bei den kältesten Bedingungen stets am höchsten. Um dies zu berechnen, wird beispielsweise der Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung (Voc) des Solarmoduls benötigt. Bei mono- und polykristallinen Solarmodulen ist dieser Wert immer negativ (in Prozent pro Grad Celsius), wie beispielsweise -0,33 % pro Grad Celsius beim SUN 72P-35F. Diese Information finden Sie im Datenblatt des Solarmodulherstellers. Siehe Abbildung 2.
2. Anzahl der in Reihe geschalteten Solarmodule:
Werden Solarmodule in Reihe geschaltet (d. h. der Pluspol eines Moduls wird mit dem Minuspol des nächsten verbunden), addiert sich die Spannung jedes Moduls zur Gesamtspannung der Reihe. Daher müssen wir wissen, wie viele Solarmodule Sie in Reihe schalten möchten.
Sobald Sie alle Informationen zusammen haben, können Sie diese in die folgenden Berechnungen zur Dimensionierung von Spannung und Stromstärke der Solarmodule eingeben, um zu prüfen, ob das Solarmoduldesign Ihren Anforderungen entspricht.
Spannungsdimensionierung:
1. Maximale Spannung des Panels = Voc*(1+(Min.temp-25)*Temperaturkoeffizient(Voc)
2. Maximale Anzahl an Solarmodulen = Maximale Eingangsspannung / Maximale Modulspannung
Aktuelle Größenangaben:
1. Minimaler Panelstrom =Isc*(1+(Max.temp-25)*Temperaturkoeffizient(Isc)
2. Maximale Anzahl an Zeichenketten = Maximaler Eingangsstrom / Minimaler Panelstrom
3. Beispiel:
Ein Kunde in Curitiba, Brasilien, plant die Installation eines Renac Power 5-kW-Drehstromwechselrichters. Das verwendete Solarmodul hat eine Leistung von 330 W. Die minimale Oberflächentemperatur in der Stadt beträgt -3 °C, die maximale Temperatur 35 °C. Die Leerlaufspannung liegt bei 45,5 V, die maximale Spannung (Vmpp) bei 37,8 V. Der MPPT-Spannungsbereich des Wechselrichters beträgt 160 V bis 950 V, und die maximale Spannung, die er aushält, beträgt 1000 V.
Wechselrichter und Datenblatt:
Datenblatt für Solarmodule:
A) Spannungsauslegung
Bei der niedrigsten Temperatur (standortabhängig, hier -3℃) darf die Leerlaufspannung Voc der Module in jedem Strang die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters (1000 V) nicht überschreiten:
1) Berechnung der Leerlaufspannung bei -3℃:
VOC (-3℃)= 45,5*(1+(-3-25)*(-0,33%)) = 49,7 Volt
2) Berechnung von N, der maximalen Anzahl von Modulen in jeder Zeichenkette:
N = Maximale Eingangsspannung (1000 V)/49,7 Volt = 20,12 (immer abrunden)
Die Anzahl der Solar-PV-Module in jedem Strang darf 20 Module nicht überschreiten. Außerdem muss bei der höchsten Temperatur (standortabhängig, hier 35℃) die MPP-Spannung VMPP jedes Strangs innerhalb des MPP-Bereichs des Solarwechselrichters (160V–950V) liegen:
3) Berechnung der maximalen Leistungsspannung VMPP bei 35℃:
VMPP (35℃)=45,5*(1+(35-25)*(-0,33%))= 44 Volt
4) Berechnung der minimalen Anzahl von Modulen M in jeder Zeichenkette:
M = Min MPP-Spannung (160 V) / 44 Volt = 3,64 (immer aufrunden)
Die Anzahl der Solar-PV-Module in jedem Strang muss mindestens 4 Module betragen.
B) Aktuelle Dimensionierung
Der Kurzschlussstrom ISC des PV-Generators darf den zulässigen maximalen Eingangsstrom des Solarwechselrichters nicht überschreiten:
1) Berechnung des maximalen Stroms bei 35℃:
ISC (35℃) = ((1 + (10 * (TCSC / 100))) * ISC ) = 9,22 * (1 + (35 - 25) * (-0,06 %)) = 9,16 A
2) Berechnung von P, der maximalen Anzahl von Zeichenketten:
P = Maximaler Eingangsstrom (12,5 A)/9,16 A = 1,36 Strings (immer abrunden)
Die PV-Anlage darf nicht mehr als einen String umfassen.
Bemerkung:
Dieser Schritt ist für den Wechselrichter-MPPT mit nur einem String nicht erforderlich.
C) Schlussfolgerung:
1. Der PV-Generator (PV-Anlage) besteht ausein Saiten, das an den dreiphasigen 5-kW-Wechselrichter angeschlossen ist.
2. In jedem Strang sollten die angeschlossenen Solarmodule folgende Kriterien erfüllen:innerhalb von 4-20 Modulen.
Bemerkung:
Da die optimale MPPT-Spannung eines dreiphasigen Wechselrichters bei etwa 630 V liegt (die optimale MPPT-Spannung eines einphasigen Wechselrichters liegt bei etwa 360 V), ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters zu diesem Zeitpunkt am höchsten. Daher wird empfohlen, die Anzahl der Solarmodule anhand der optimalen MPPT-Spannung zu berechnen.
N = Bester MPPT VOC / VOC (-3°C) = 756V/49,7V=15,21
Optimaler MPPT-Wert (VOC) für Einkristallpanel = Optimale MPPT-Spannung x 1,2 = 630 x 1,2 = 756 V
Polykristallines Panel: Optimaler MPPT-VOC = Optimale MPPT-Spannung x 1,2 = 630 x 1,3 = 819 V
Für den Renac Dreiphasenwechselrichter R3-5K-DT werden 16 Solarmodule als Eingangsleistung empfohlen, die zu einem Strang verbunden werden müssen: 16 x 330 W = 5280 W.
4. Schlussfolgerung
Die Eingangsspannung des Wechselrichters hängt von der Anzahl der Solarmodule, der Zelltemperatur und dem Temperaturkoeffizienten ab. Die beste Leistung wird durch die optimale MPPT-Spannung des Wechselrichters erzielt.
