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Wechselrichter dimensionieren, berechnen, auslegen - HOWTO

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profantus
(@profantus)
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Hier möchte ich erklären wir man auf Basis von geplanten String und PV Modulen berechnet ob ein Wechselrichter geeignet ist.
Das ganze kann auch für einen bestehenden Wechselrichter umgekehrt erfolgen, heißt die Strings werden so angepasst das diese zum Wechselrichter passen.

Theorie
1) Stringplanung
Gestartet wird mit der Stringplanung. Hierzu zeichnet man die Fläche auf der die PV Module verbaut werden sollen am Besten auf und schaut wie man die Module am effektivsten anordnet.
Es gibt diverse Planungstools. Ich habe das mit PV*Sol gemacht. Fronius, SMA, K2, ... bieten auch Planungstools an, meistens Online.

Hat man eine Idee wie die Module angeordnet werden erstellt man Strings.
Folgende Kriterien hab ich bei der Zuordnung der Module zum String angewendet:
- Ausrichtung des Dachs (alle Module in einem String gehören zu selben Dachseite)
- Neigung des Dachs (alle Module sollten möglichst die gleich Neigung haben z.B. für Gauben eigenen String planen)
- Verschattung der Module. Alle Module mit Verschattung in einen String.
- Stringlänge. Möglichst gleichlange Strings bauen (für Parallelschaltung ein muss)

2) Stringspannungen berechnen
Jetzt werden folgende Spannungen Berechnet:
- Leerlaufspannung bei -10*C (UDCmaxMod)
- MPPT Spannung bei -10°C (UMPPmaxMod)
- MPPT Spannung bei 70°C (UMPPminMod)

Wer möchte kann noch den MPPT Strom bei 70°C berechnen (Maximaler Strom) IMPPmaxMod
Wer im Winter mit Temperaturen unter -10°C rechnet sollte den Werte entsprechend anpassen

Hier die Formel:

Damit man auf die Stringspannung kommt werden die Spannungen noch mit der Anzahl der Module im String multipliziert.
UDCmaxString = UDCmaxMod * Anzahl Module pro String
UMPPminString = UMPPminMod * Anzahl Module pro String
UMPPmaxString= UMPPmaxMod * Anzahl Module pro String

3) Wechselrichter auswählen
Den Wechselrichter wählt man anhand der Leistung der angeschlossenen PV Module aus.
Hierbei kann man noch die Ausrichtungsverluste berücksichtigen (Dachneigung und Azimut)
Ich habe dazu die Tabelle hier verwendet.

Kennt man die benötigte Leistung des Wechselrichter geht man auf die Suche und holt sich das Datenblatt vom WR.
Hier prüft man:
- Passt die Maximale Wechselrichterleistung zu meiner Installierten Leistung
- Ist die maximale Eingangsspannung kleiner als UDCmaxString (wichtig!)
- Ist UMPPTmaxString und UMPPTminString innerhalb der Grenzen des MPP-Spannungsbereichs
- Ist die Startspannung kleiner als UMPPTminString (wichtig!)
- Ist der maximal Eingangsstrom des WR grösser als IDCmaxMod (optimaler weise, kann auch höher sein)
- Ist der Kurzschlussstrom des WR grösser als IMPPmaxMod (Bei Parallelschaltung * Anzahl paralleler Strings)

Bewertung der Kriterien
Es gibt harte und weiche Kriterien bei der Bewertung des Wechselrichters. Werden die harten Kriterien verletzt zerstört es den WR oder es kommt nichts an.
Die harten Kriterien sind:
- Maximale Eingangsspannung. Wird die überschritten kann der WR zerstört werden.
- Startspannung. Wird die unterschritten arbeitet der WR nicht.
- Kurzschlussstrom des WR. Wird der überschritten kann der WR zerstört werden. (hierüber kann man noch streiten 😉 , darf jeder selbst entscheiden.)

Die weichen Kriterien sind:
- Maximale Wechselrichterleistung.
- MPPT Spannungsbereich. Wenn der nicht passt hat man Verluste.
- Maximaler Eingangsstrom. Wenn der nicht passt hat man Verluste.

Beispiel
Werte des PV Moduls
Es werden die Kennwerte aus dem Datenblatt des PV Moduls bei STC genommen.
Die STC Werte wurden bei 25°C ermittelt.

UOC = 37,14V
UMPP = 30,62V
IMPP = 13,39A

Temperatur Coe Spannung = -0,28 %/°C
Temperatur Coe Strom = 0,048 %/°C

Berechnung
UDCmaxMod = 37,14V * [1 + (-0,28%/°C * [-10°C - 25°C])/100%] = 40,78V
UMPPmaxMod = 30,62V * [1 + (-0,28%/°C * [-10°C - 25°C])/100%] = 30,62V
UMPPminMod = 30,62V * [1 + (-0,28%/°C * [70°C - 25°C])/100%] = 26,76V
IMPPmaxMod = 13,39A * [1 + (0,048%/°C * [70°C - 25°C])/100%] = 13,68A

String Werte (Länge = 10 Module)
UDCmaxString = 407,8 V
UMPPmaxString = 306,2 V
UMPPminString = 257,6 V

Module haben 410W ich möchte 2 String a 10 Module auf eine Ostdach (-90°) mit 50° Neigung.
Anlagenleistung 8200Wp.
Verlustfaktor durch Ausrichtung und Neigung: 75%
Wechselrichterleistung: 6150Wp

Wechselrichterauswahl
SMA Tripower 5.0 oder 6.0 könnte passen.
Für Tripower 6.0:
- Max. Generatorleistung: 9000Wp wir haben 8200Wp / 6150Wp OK.
- Max. Eingangsspannung: 1000V -> 407,8V OK
- MPP-Spannungsbereich: 250V - 800V -> 257,6V - 306,2V OK
- Startspannung: 125V -> 257,6V OK
- Max. Eingangsstrom Eingang A / Eingang B: 12,5A/12,5A -> 13,68A ist nicht OK, aber nicht kritisch
- Max. Kurzschlussstrom Eingang A / Eingang B: 20A/20A -> 13,68A OK

Warum ist es nicht schlimm wenn das PV Modul mehr Strom liefert als der Wechselrichter verträgt?
Der Strom wird im MPPT vom Wechselrichter auf 12,5A begrenzt.
Die Anlage liefert dann nicht ihren vollen Ertrag, diese Bedingung tritt aber selten auf daher OK.

Warum ist es nicht schlimm wenn der MPPT über/unterschritten wird?
Innerhalb es MPPT Bereichs kann der Wechselrichter die Spannung anpassen um den MPPT zu finden.
Ist der Bereich nicht passen läuft der Wechselrichter auf das Minimum oder Maximum des MPPT Bereichs.
Die Module lazfen trotzdem, aber nicht mit voller Leistung.

Excel zu Auswertung
Um euch die Rechnerei zu sparen habe ich euch mal die Excel angehangen mit der ich das machen 😉

Link zu OneDrive https://1drv.ms/x/s!ArGK2ZjICFa2iUT4Ffhv_gafuSWP?e=5MqgbR
Ihr müsst die Daten zum PV Modul und Wechselrichter ausfüllen.
Die Daten für den String werden dann berechnet und in der letzten Spalte bei den WR Daten gibt es einen Hinweis ob das passt.

Anmerkung zur Modulauswahl
In Deutschland gibt es ja für alles ein Vorschrift. Somit auch für die zulässige Fläche die ein Solarmodul haben darf.
Laut MVVTB darf ein PV-Modul ein Fläche von 2m2 nicht überschreiten ohne das diese bauaufsichtlich Zugelassen werden.
Kann man hier nachlesen unter Lfd. Nr. B 3.2.1.25 - B 3.2.1.27.
Beim Kauf von PV-Modulen also bitte darauf achten das diese Fläche vom PV-Modul nicht überschritten wird 😉 .
@v1rtu4l: Vielen Dank für den Hinweis.

Hier noch die Datenblätter falls jemand das nachvollziehen möchte:
Solarmodul:

Wechselrichter:

Fehlerkorrekturen und Anmerkungen sind willkommen 😉

HOWTO Wechselrichter Dimensionierung


   
Derpumba and Andy-4 reacted
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voltmeter
(@voltmeter)
Yoda
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profantus
(@profantus)
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Themenstarter  

Ich hab noch die Startspannung des WR mit in die Prüfkriterien mit aufgenommen und eine Excel zu Berechnung der String/Wechselrichter Daten angehangen.

HOWTO Wechselrichter Dimensionierung


   
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(@v1rtu4l)
Vorsichtiger Stromfühler
Beigetreten: Vor 8 Monaten
Beiträge: 3
 

Ich hab noch die Startspannung des WR mit in die Prüfkriterien mit aufgenommen und eine Excel zu Berechnung der String/Wechselrichter Daten angehangen.

Das hättest Du mal früher sagen können 😉 Ich habe nämlich zur gleichen Zeit eine Excel-Datei für meine Zwecke angefertigt, um diese Werte von Modulen mit den WR-Daten zu vergleichen und die sinnvoller Modulanzahl per String zu errechnen.

Danke Dir für Dein aufschlussreiches Posting. Das hat mir sehr weitergeholfen.

Sollte auch erwähnt werden, dass es Einschränkungen bei der Bemessung der Module gibt (Stichwort: Größer als 2 m² nur für Freiflächen?).


   
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profantus
(@profantus)
Mitglied Wiki-Moderatoren
Beigetreten: Vor 11 Monaten
Beiträge: 905
Themenstarter  

Danke Dir für Dein aufschlussreiches Posting. Das hat mir sehr weitergeholfen.

Sollte auch erwähnt werden, dass es Einschränkungen bei der Bemessung der Module gibt (Stichwort: Größer als 2 m² nur für Freiflächen?).

Freut mich wenn der Post helfen konnte :thumbup: . Deine Hinweis habe ich oben aufgenommen. Vielen Dank!

HOWTO Wechselrichter Dimensionierung


   
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(@v1rtu4l)
Vorsichtiger Stromfühler
Beigetreten: Vor 8 Monaten
Beiträge: 3
 

Ich weiß nicht, ob das realisierbar ist, aber vielleicht könnten wir die Excel-Datei irgendwie editierbar (ähnlich Google Docs) veröffentlichen. Mir schwebt da vor, dass man da zwei weitere Arbeitsblätter hinzufügt. Eines für Wechselrichter und eines für Module.

Dann können Freiwillige ihre Moduldaten da hinterlegen und wir könnten das ggf. auf der ersten Berechnungsseite (die vor Fremdbearbeitung geschützt sein sollte) über ein Dropdown auswählen, anstatt nur manuell eingeben zu müssen.


   
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profantus
(@profantus)
Mitglied Wiki-Moderatoren
Beigetreten: Vor 11 Monaten
Beiträge: 905
Themenstarter  

Ich weiß nicht, ob das realisierbar ist, aber vielleicht könnten wir die Excel-Datei irgendwie editierbar (ähnlich Google Docs) veröffentlichen. Mir schwebt da vor, dass man da zwei weitere Arbeitsblätter hinzufügt. Eines für Wechselrichter und eines für Module.

Dann können Freiwillige ihre Moduldaten da hinterlegen und wir könnten das ggf. auf der ersten Berechnungsseite (die vor Fremdbearbeitung geschützt sein sollte) über ein Dropdown auswählen, anstatt nur manuell eingeben zu müssen.

Ich kann die in OneDrive veröffentlichen, dann sollte das Bearbeiten gehen. Was meinst du?

Die Excel hatte ich für mich gebaut damit ich das nicht immer von Hand machen muss :D.
Daher ist die erstmal so simpel.

HOWTO Wechselrichter Dimensionierung


   
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 Leoo
(@leoo)
Batterielecker
Beigetreten: Vor 8 Monaten
Beiträge: 183
 

@profantus
Vielen Dank dafür, hab den Rechner gleich mal eingesetzt und eine Frage.
Ist es wirklich korrekt den maximalen Strom im MPP mit der Zahl der Strings zu multiplizieren?

Der maximale Strom unter Einbezug des Temperaturkoeffizienten ist bei mir 11.01 pro String, das wird dann mit 2 multipliziert (weil zwei Strings). Damit überschreite ich den maximalen Eingangsstrom von vielen Wechselrichtern, die sonst für meine Zwecke geeignet wären.
Sind meine Module einfach nur zu groß oder sollte man eher die strings für den Eingangsstrom an den Wechselrichtern separat betrachten? Bei manchen Data-Sheets sieht es auch so aus als würde von "ImppMAX pro Eingang" gesprochen, wie z.b. bei Fronius

https://www.photovoltaik4all.de/media/pdf/1b/e5/6d/SMA_STP8-10-3AV-40-DS-de-20.pdf


   
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(@mobilesinmobile)
Batterielecker
Beigetreten: Vor 1 Jahr
Beiträge: 303
 

Anmerkungen:
Ich halte es für Erwähnenswert dass es durchaus einen ganz schönen Unterschied machen kann wie viele Module zu welchem Preis/Leistung man aufs Dach bekommt je nachdem wie groß sie sind. Da gibt es Schwankungen von 5-10cm und über eine ganze Reihe kommt da doch was zusammen.
Des weiteren solte man bei der Ausrichtung durchaus darauf Achten wie der Schattenwurf ggf auf das Modul trifft und es entsprechend Horizontal oder Quer ausrichten. Grund ist ganz einfach die Anordnung der (zumeist 3) Bypassdioden die schalten ansonsten gleich mal das ganze Modul weg und dann hat man nicht mehr sondern weniger Ertrag.
Und das dritte ist auch wenn du es Erwähnt hast dass es Planungstools gibt. Ich nehme jetzt mal https://creator.fronius.com/ Die machden die ganze Arbeit von alleine und du brauchst kein Excel befüllen. https://www.sunnydesignweb.com geht sogar noch weiter da kannst du bis hin zu den Leitungsquerschnitten dir alles berechnen (teils etwas versteckt). Einziger Nachteil das Ding ist so blöd Programmiert dass man auf eine Dachfläche Module nur Horizontal oder Vertikal anordnen kann, gemischt geht leider nicht. Da muss man sich dann für die Auslegung behelfen indem man das Dach einfach grösser macht.


   
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(@kg007)
Vorsichtiger Stromfühler
Beigetreten: Vor 11 Monaten
Beiträge: 25
 

Ich hab ne Frage zu dem Wert "full load voltage range" aus nem Deye Datenblatt:

Was genau sagt der aus? Was passiert wenn ich unterhalb des Bereichs bin? Das gilt je String oder?

Ich frage weil ich mir jetzt gerne einen WR aussuchen würde an den ich erstmal nur 10-11 Panels anschließen würde um später noch zu erweitern auf 15-20 Panels (gleiche Dachseite).


   
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(@kipphase)
Vorsichtiger Stromfühler
Beigetreten: Vor 9 Monaten
Beiträge: 3
 

Moin,
ich glaube hier bin ich mit meiner Frage richtig.
Ich habe noch Verständnisschwierigketen warum ich auf den maximalen Strom der Module achten muss beim Anschluß an den WR.
Wenn ich einen 600W WR habe, dann zeiht der doch maximal 600W also 40A aus den Modulen. Das die in dem Augenblick eventuell 50A liefern könnten ist doch egal, oder versteh ich da was nicht, U=IxR
Hintergrund ist, ein KW, das nicht optimal aufgestellt werden kann.Man könnte durch Parallelschaltung von Modulen die Leistung erhöhen, um auch bei schlechtem Wetter die Grundlast abzudecken. Hat dann natürlich bei viel Sonne zu viel Leistung an den Modulen, die aber durch die Begrenzung des WR auf 600W nicht abgerufen wird.
So meine Überlegung.
Was denke ich da falsch?

Gruß
kipphase


   
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profantus
(@profantus)
Mitglied Wiki-Moderatoren
Beigetreten: Vor 11 Monaten
Beiträge: 905
Themenstarter  

Moin,
ich glaube hier bin ich mit meiner Frage richtig.
Ich habe noch Verständnisschwierigketen warum ich auf den maximalen Strom der Module achten muss beim Anschluß an den WR.
Wenn ich einen 600W WR habe, dann zeiht der doch maximal 600W also 40A aus den Modulen. Das die in dem Augenblick eventuell 50A liefern könnten ist doch egal, oder versteh ich da was nicht, U=IxR
Hintergrund ist, ein KW, das nicht optimal aufgestellt werden kann.Man könnte durch Parallelschaltung von Modulen die Leistung erhöhen, um auch bei schlechtem Wetter die Grundlast abzudecken. Hat dann natürlich bei viel Sonne zu viel Leistung an den Modulen, die aber durch die Begrenzung des WR auf 600W nicht abgerufen wird.
So meine Überlegung.
Was denke ich da falsch?

Gruß
kipphase

In den meisten Datenblätter von Wechselrichter gibt es die Angabe zum maximalen Kurzschlussstrom. Da würde ich versuchen drunter zu bleiben.
Der MPP Strom des Wechselrichters kann überschritten werden, das ist kein Problem. Wenn der Arbeitspunkt gefunden wurde kommt höchstens der Maximale MPP Strom weil der WR das so eingestellt hat.
Ich denke aber mal das beim MPP Tracking auch ein höherer Strom möglich ist den der WR verarbeiten muss bis der Arbeitspunkt eingestellt ist.
Schau mal hier: https://forum.drbacke.de/viewtopic.php?p=54449#p54449

HOWTO Wechselrichter Dimensionierung


   
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(@duceno78)
Vorsichtiger Stromfühler
Beigetreten: Vor 4 Monaten
Beiträge: 31
 

@kg007 bei der Stringspannung kann der WR die maximale Leistung Dc - DC in dien Akku drücken, so zu sagen der MPPT Bereicht für die Ladung des Akkus, bei 10 Modulen solltest du gut über den 300V sein und mehr als 500V darfst du eh nicht, sollte also passen


   
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(@benson79)
Vorsichtiger Stromfühler
Beigetreten: Vor 2 Monaten
Beiträge: 4
 

Moin Leude,

 

ich bin frisch hier und plane gerade meine Anlage zu planen.

Ich plane folgende Konfiguration
13+9 Module Ost verteilt auf 2 Dächer zu einem String = 22 Module
14+10 Module West verteilt auf 2 Dächer zu einem String = 24 Module

<a title="22" href=" Link entfernt " target="_blank" rel="noopener"> Link entfernt

<a title="24" href=" Link entfernt " target="_blank" rel="noopener"> Link entfernt

Gibt es dafür überhaupt einen geeigneten WR?

Bin für jeden Tipp dankbar.

 

Grüße


   
AntwortZitat
(@benson79)
Vorsichtiger Stromfühler
Beigetreten: Vor 2 Monaten
Beiträge: 4
 

 Leider finde ich keine Möglichkeiten Bilder hochzuladen. Daher der externe Link zum Bild. Ich weiß nicht warum der Link entfernt wurde.


   
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