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Aktuelle Modelle können die Effektivität der Anlage spürbar erhöhen – und damit auch den Ertrag. Rund 1,28 Millionen Photovoltaikanlagen gibt es in Deutschland, schätzt der Bundesverband Solarwirtschaft. Etwa 390.000 Anlagen sind demnach älter als fünf Jahre, ungefähr 70.000 Anlagen liefern seit über zehn Jahren Solarstrom. Angesichts der technischen Entwicklung, die es bei Modulen und Wechselrichtern in dieser Zeit gegeben hat, liegt es nahe, bei Bestandsanlagen über Möglichkeiten zur Optimierung nachzudenken – zumal die Preise für alle Komponenten gesunken sind. Beim Repowering von Modulen ist Vorsicht geboten, da mit Blick auf die Einspeisevergütung laut Erneuerbare-Energien-Gesetz die installierte Leistung einer Photovoltaikanlage nicht erhöht werden darf. Ein neuer Wechselrichter, der über einen höheren Wirkungsgrad verfügt und so den Ertrag der Anlage erhöht, kollidiert jedoch nicht mit dem EEG.

Für Stringwechselrichter im Leistungsbereich von etwa drei Kilowatt haben die Firma Steca und die Hochschule München die möglichen Effekte eines Repowering untersucht. Dafür wurden bei einer 2007 errichteten Photovoltaikanlage mit zwölf Strings mit jeweils 2.890 Watt Nennleistung die Hälfte der alten Wechselrichter mit 92 Prozent europäischem Wirkungsgrad durch neue Geräte mit 98,1 Prozent ersetzt. Anschließend haben die Forscher die Erträge der umgerüsteten und der nicht umgerüsteten Strings untersucht, wobei die natürlichen Ertragsschwankungen der einzelnen Strings zur Auswertung mit Hilfe von Korrekturfaktoren ausgeglichen wurden. Ergebnis: Die AC-Leistung der umgerüsteten Strings lag 9,23 Prozent über den Strings mit alten Wechselrichtern.

Mehrfache Win-win-Chancen

Holger Grau von Danfoss wundert dieses Ergebnis nicht. Der Ingenieur hat Potenziale untersucht, die das Repowering von Wechselrichtern bietet – sowohl für Anlagenbetreiber, die Geräte ersetzen müssen oder wollen, als auch für Firmen, die nach neuen Geschäftsfeldern suchen (siehe Kasten rechts). Demnach gehen die Vorteile über die Effekte besserer Wirkungsgrade hinaus. „Es gibt mehrfache Win-win-Chancen“, so Grau. „Voraussetzung ist jedoch, dass die Anlage individuell und genau geprüft und das Repowering fachgerecht durchgeführt wird. Ohne ein Mindestmaß an Spezialisierung bei den ausführenden Firmen geht das nicht.“

Anlagenbetreiber werden vom Thema Repowering meist kalt erwischt: Ein Wechselrichter ist defekt und muss so schnell wie möglich ersetzt werden, um die Ertragsverluste so gering wie möglich zu halten. Dabei reflexhaft nach dem gleichen Modell oder einem möglichst baugleichen Gerät zu greifen, hält Holger Grau für keine gute Idee. Ist der defekte Wechselrichter noch in der etwa fünfjährigen Garantiezeit oder ist diese bereits abgelaufen, gibt es nach Austausch oder Reparatur nur eine sehr beschränkte Ersatzgerätegarantie. Zudem hat ein Ersatzgerät oft den Stand der Technik des Ursprungsgerätes, also meist einen niedrigeren Wirkungsgrad und weniger Kommunikationsfunktionen als neue Modelle. Je älter der defekte Wechselrichter ist, umso größer ist diese Diskrepanz. Und der veraltete Stand der Technik betrifft natürlich auch nicht defekte Geräte, wenn die Anlage mit mehreren Wechselrichtern läuft – zumal bei diesen alternde Bauteile und steigende Übergangswiderstände noch zusätzlich den Ertrag verringern.

„In den meisten Fällen ist bei einem Gerätetausch der Einsatz aktueller Wechselrichter am sinnvollsten: Sie sind technisch auf dem neuesten Stand und haben wieder eine volle Herstellergarantie“, sagt Grau. Darüber hinaus gebe es noch weitere Vorteile wie erweiterte Kommunikations- und Datenaufzeichnungsoptionen, was das Erkennen und Beheben von Fehlern verbessert und damit die Anlagenverfügbarkeit. Und: „Werden Wechselrichter Betriebsführung Ertragdreiphasige permanent phasensynchron einspeisende Neugeräte eingesetzt, erhöht sich die Netzstabilität, zumal dann der Betrieb gemäß der Richtlinie VDE AR-N 4105 möglich wird und auch Altanlagen mit weniger als zehn Kilowatt Nennleistung nicht mehr bei 50,2 Hertz abschalten.“

Für Anlagenbetreiber besonders interessant ist der finanzielle Aspekt, der für jede Anlage individuell berechnet werden muss. „Wird bei einer Zehn-Kilowatt-Anlage nach dem Gerätetausch eine um drei Prozentpunkte bessere Effizienz erreicht, ergibt das beispielsweise nach 15 Jahren einen Mehrertrag von rund 2.170 Euro für Anlagen aus 2008“, rechnet der Ingenieur vor. Sei die Anlage älter, könne der finanzielle Vorteil – trotz kürzerer Vergütungslaufzeit – noch größer sein, da sowohl die Effizienzsteigerung als auch die Vergütung höher seien. Ab einem gewissen Alter des Wechselrichters kann sich ein Austausch allerdings nicht mehr innerhalb der EEG-Vergütungszeit amortisieren.

Gleichzeitig werden Wechselrichter immer billiger: Einer Studie des US-Marktforschungsinstituts IHS zufolge soll der weltweite Umsatz mit Wechselrichtern 2014 um neun Prozent auf 6,4 Milliarden US-Dollar sinken, obwohl der Absatz um sieben Prozent zulegen soll; der durchschnittliche Preis je Watt wird laut IHS auf 0,18 Dollar fallen. Zudem verkürzen steuerliche Vorteile den Amortisationszeitraum. Und nicht defekte Wechselrichter können auf dem Gebrauchtmarkt verkauft oder als Ersatzgeräte dort eingesetzt werden, wo der Einbau eines neuen Geräts nicht wirtschaftlich oder zu aufwendig ist.

„Wenn die Wechselrichter älter als fünf Jahre sind, ist es grundsätzlich sinnvoll zu prüfen, ob ein Repowering in Frage kommt“, findet Michael Groll von Refusol. „Damals waren die Wirkungsgrade niedriger und die Einspeisevergütungen wesentlich höher.“ Technische Hürden, die unüberwindbar sind, sieht er dabei nicht. „Aber selbstverständlich muss der neue Wechselrichter passend zur Auslegung der damaligen Anlagenplanung ausgewählt werden. Dann ist ein Austausch unproblematisch.“ Aus Sicht von SMA besteht durch die permanente Weiterentwicklung der Technologien die größte Herausforderung: Es sei nicht immer einfach, die Abwärtskompatibilität der Komponenten sicherzustellen. Allerdings sieht keines der befragten Unternehmen ein Problem darin, ein Gerät mit passendem Eingangsspannungsbereich zu finden.

Die Performance entscheidet

Holger Grau hält die Prüfung, welches aktuelle Gerät die beste Performance in der Bestandsanlage bietet, für entscheidend. Bei der Vielzahl unterschiedlicher Wechselrichter sei diese Auswahl auch nicht trivial, da mehrere Punkte relevant seien, beispielsweise der MPP-Spannungsbereich, der maximale DC-Eingangsstrom und die Anzahl der DC-Eingänge des Neugerätes. Außerdem müsse berechnet werden, wie groß beispielsweise für Änderungen in der AC-Installation der Aufwand für den Einbau eines neuen Wechselrichters ist und ob sich eventuell mehrere Altgeräte durch ein neues ersetzen lassen – SMA zufolge ein wichtiger Punkt, da so die Überwachung vereinfacht und der Serviceaufwand deutlich reduziert werden könne.

Außerdem müsse man prüfen, so Grau, ob durch den Umbau der Bestandsschutz in wichtigen Bereichen verloren geht. Denn der Netzbetreiber muss über den Einbau eines anderen Wechselrichters informiert werden und auch darüber, nach welcher Norm das Gerät in Betrieb genommen wird. „Unter Umständen wird dann das Einhalten neuer Regelungen gefordert, die sich nachteilig auf den Ertrag auswirken können – zum Beispiel Blindleistungsbereitstellung gemäß VDE AR-N 4105. Um das auszugleichen, muss man gegebenenfalls für Neugeräte höhere AC-Leistungen wählen.“

Das Marktpotenzial, das Repowering von Wechselrichtern Solarunternehmen bietet, ist groß. Holger Grau hat ausgerechnet, dass in Deutschland allein bis Ende 2008 etwa eine Million Wechselrichter verbaut wurden – für diese Geräte ist die Herstellergarantie in der Regel inzwischen abgelaufen, zudem sind einige Hersteller vom Markt verschwunden. „Wenn man in dieser Gruppe eine Defektrate von einem Prozent annimmt, was eher eine vorsichtige Schätzung sein dürfte, müssen 2014 in Deutschland 10.000 Wechselrichter ersetzt werden“, so Grau. „Werden beim Austausch defekter Geräte die weiteren Altgeräte mitgetauscht, kann sich die Anzahl der zu tauschenden Geräte vervielfachen.“

Angesichts der Zubauzahlen in der Zeit nach 2008 wird das Repowering-Potenzial in den nächsten Jahren weiter steigen. Solarunternehmen können hier zusätzliche Umsätze erzielen – zumindest in den nächsten Jahren, solange noch in etlichen Anlagen Wechselrichter mit schlechten Wirkungsgraden arbeiten. Holger Grau schätzt, dass das Geschäftspotenzial im Anlagenbestand in absehbarer Zeit wichtiger werden wird als das Neuanlagengeschäft. „Außerdem wird dieses Thema früher oder später auch für andere Länder Europas oder der Welt relevant.“

Repowering von Zentralwechselrichtern lohnt sich

Bis Ende 2008 wurden in Deutschland etwa sechs Gigawatt Photovoltaikleistung installiert. Davon entfallen etwa 800 Megawatt auf Anlagen mit mehr als 500 Kilowatt, bei denen bis auf wenige Ausnahmen Zentralwechselrichter eingesetzt wurden. Inzwischen sind 60-Kilowatt-Geräte erhältlich, die als Ersatz für alte Zentralwechselrichter eine kostengünstige Alternative darstellen.

Folgende Annahmen sind für eine Vielzahl dieser Anlagen zutreffend: Die Leistung pro Zentralwechselrichter-Einheit beträgt maximal 400 Kilowatt.

Die DC-seitige maximale Systemspannung liegt mindestens bei 900 Volt.

60 bis 80 Kilowatt Modulleistung werden pro Generatoranschlusskasten (GAK) zusammengefasst.

Es werden Indoor-Wechselrichter mit Umhausung eingesetzt.

Die Wechselrichter verfügen über einen Niederspannungstrenntrafo, der den Anschluss an Mittelspannungstransformatoren mit 400 Volt Nennspannung ermöglicht.

Der europäische Wirkungsgrad der Wechselrichter beträgt maximal 96 Prozent, in der Regel liegt er unter 95 Prozent.

Es besteht zusätzlicher Energiebedarf zur Versorgung der Wechselrichterstationen.

Wartungsverträge mit dem Wechselrichterhersteller sind (optionaler) Bestandteil der Herstellergarantie bei Laufzeiten über fünf Jahren.

Technische Aspekte zum Wechselrichter-Repowering, soweit die oben genannten Annahmen zutreffen: Die gegebene DC-seitige Verschaltung der Solarmodule kann bestehen bleiben, die GAK können weiter genutzt werden.

An der Umhausung der Zentralwechselrichter oder in deren Nähe können die Ersatzwechselrichter wandhängend oder an der Modulunterkonstruktion hängend kostengünstig angebracht werden.

Die bestehende DC-Verkabelung kann weitgehend weitergenutzt werden. Der Aufwand für zusätzliche AC-Verkabelung und den Umbau der bestehenden NSHV der Mittelspannungstransformatoren ist verhältnismäßig gering.

Wirtschaftliche und technische Vorteile durch den Ersatz alter Zentralwechselrichter: Der Ersatz einer Zentralwechselrichter-Einheit mit bis zu sieben 60-Kilowatt-Wechselrichtern ermöglicht ein genaueres MPP-Tracking und eine auf Dauer höhere Anlagenverfügbarkeit, beides ergibt einen Mehrertrag von bis zu einem Prozent.

Die bessere Effizienz der neuen Wechselrichter bewirkt einen Mehrertrag von etwa drei Prozent (eventuell mehr).

Ein Mehrertrag von vier Prozent erhöht die Einnahmen um mindestens 12.000 Euro/Megawatt jährlich, je nach Inbetriebnahmejahr (2008 oder früher).

Strombezugskosten in Höhe von jährlich rund 1.000 Euro/Megawatt werden eingespart. Wird der Strombezug des Solarparks mit Photovoltaikstrom abgedeckt, ist der Kostenvorteil nach Umbau der Anlage noch erheblich größer.

Kosten für die Wartungsverträge mit den Zentralwechselrichter-Herstellern in Höhe von jährlich 7.000 bis 12.000 Euro/Megawatt (Beispielwerte) entfallen, für die neuen Wechselrichter sind keine Wartungsverträge mit dem Hersteller notwendig.

Der Umbau des Solarparks lässt sich meist mit einer Gesamtinvestition (inklusive Finanzierungszinsen) deutlich unterhalb von 100.000 Euro/Megawatt realisieren.

Fazit: Unter diesen Voraussetzungen amortisiert sich selbst bei technisch einwandfrei arbeitenden Altanlagen eine Investition in neue Wechselrichter schon nach spätestens vier bis fünf Jahren. Werden fehlerhafte Zentralwechselrichter ersetzt, deren Fehlfunktion bisher nicht erkannt wurde, sind noch höhere Mehrerträge und damit kürzere Amortisationszeiten erzielbar. Außerdem ergibt sich für die EEG-Restlaufzeit ein deutlicher Renditezuwachs.

Holger Grau, Danfoss Solar Inverters