Wechselrichter dimensionieren, berechnen, auslegen - HOWTO

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 (U_DCmaxMod)
- MPPT Spannung bei -10°C (U_MPPmaxMod)
- MPPT Spannung bei 70°C (U_MPPminMod)

Wer möchte kann noch den MPPT Strom bei 70°C berechnen (Maximaler Strom) I_MPPmaxMod
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.
U_DCmaxString = U_DCmaxMod * Anzahl Module pro String
U_MPPminString = U_MPPminMod * Anzahl Module pro String
U_MPPmaxString= U_MPPmaxMod * 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 U_DCmaxString (wichtig!)
- Ist U_{MPPTmaxString} und U_{MPPTminString} innerhalb der Grenzen des MPP-Spannungsbereichs
- Ist die Startspannung kleiner als U_{MPPTminString} (wichtig!)
- Ist der maximal Eingangsstrom des WR grösser als I_DCmaxMod (optimaler weise, kann auch höher sein)
- Ist der Kurzschlussstrom des WR grösser als I_MPPmaxMod (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.

U_OC = 37,14V
U_MPP = 30,62V
I_MPP = 13,39A

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

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

String Werte (Länge = 10 Module)
U_DCmaxString = 407,8 V
U_MPPmaxString = 306,2 V
U_MPPminString = 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 😉