Derating erkennen

Dass Wechselrichter an Wirkungsgrad einbüßen, wenn sie warm werden, ist bekannt. Auch dass bei zu starker Erwärmung eine Leistungsreduktion, das sogenannte Derating, erfolgt, die den Wechselrichter vor Überhitzung schützt, ist kein Geheimnis. Trotzdem wird in der Praxis leicht übersehen, wie groß solche Mindererträge werden können, wenn einige Grundregeln in der Anlagenplanung und -wartung nicht berücksichtigt werden. Dabei ist Abhilfe oft nicht kompliziert.

Als Erstes muss man überhaupt bemerken, dass ein Derating vorliegt. Leider geben Wechselrichter häufig keine entsprechende Statusmeldung „Leistungsreduktion“ oder „Derating“ aus. Dem Betreiber ist daher oft nicht bekannt, dass die Anlage in diesem Augenblick weniger erzeugt, als sie könnte.

Aber selbst wenn es zu einer entsprechenden Statusmeldung kommt, sollte das hinterfragt werden. Falls die Leistungsreduktion auf Anforderung des Netzbetreibers im Rahmen des Einspeisemanagements erfolgt, besteht natürlich kein Handlungsbedarf. Wir haben jedoch auch schon Wechselrichter beobachtet, die selbst die Regelanforderung „100 Prozent“ als Leistungsreduktion interpretieren und dauerhaft die Statusmeldung „Derating“ ausgeben. Ein klassischen „Fehlalarm“ also.

Temperaturbedingte Leistungsreduktionen werden in Ertragsgutachten üblicherweise nicht berücksichtigt, hier wird diesbezüglich ein ungestörter Betrieb vorausgesetzt. Viele Betreiber sind daher gegenüber der Problematik nicht sensibilisiert, regelmäßige Überprüfungen des Wechselrichterverhaltens finden kaum oder vereinfacht statt. Und wenn, dann ist es oft eine einfache Gegenüberstellung der Eingangs- und der Ausgangsleistung des Wechselrichters, also eine Beurteilung des Wirkungsgrades. Dies greift unserer Ansicht nach zu kurz, da das Regelverhalten des Wechselrichters nicht beurteilt wird. Die Leistungsreduktion erfüllt beim thermischen Derating eine Schutzfunktion. Der Wechselrichter versucht, die eigene Überhitzung zu verhindern. Daher reduziert er bereits am Wechselrichtereingang die maximal mögliche Leistung, um eine weitere Erwärmung zu verhindern. Er sorgt also durch eine bewusst schlechte Ansteuerung des Photovoltaikgenerators dafür, dass die Module eine reduzierte Leistung abgeben.

Aus diesem Grund ist es sinnvoll, das Wechselrichterverhalten durch Ermittlung und Analyse von Leistungskennlinien zu überprüfen. Dabei werden die Messwerte der Leistung über die Einstrahlung analysiert und grafisch aufgetragen. Je nach messtechnischem Standard der Anlage werden auch weitere Korrekturen, zum Beispiel für die Modultemperatur, berücksichtigt.

Die Leistungskennlinie sollte idealerweise eine gerade Linie darstellen. Abweichungen können so analytisch oder optisch schnell erkannt werden. Für große Freiflächenanlagen lässt sich die Identifikation der Abweichungen zudem einfach automatisieren – angesichts der Vielzahl von verbauten Wechselrichtern ein nicht zu unterschätzender Vorteil. Die Art der Abweichung der Leistungskennlinie vom Ideal liefert dann wichtige Hinweise zur Ursache.

Lösungen sind manchmal einfach

Bei größeren Dachanlagen, insbesondere im gewerblichen und landwirtschaftlichen Bereich, ist häufig die Positionierung der Wechselrichter ein Problem. Oft ist die Unterbringung in kühleren Betriebs- oder Lagerräumen unzulässig, in vorhandenen Technikräumen kein ausreichender Platz mehr vorhanden. Letztlich werden die Wechselrichter dann ebenfalls auf dem Dach installiert. Und dann oft so, dass sie zumindest für eine gewisse Zeit direkter Sonneneinstrahlung und damit zusätzlicher Erwärmung ausgesetzt sind. Hier können oft schon einfache Verschattungsmaßnahmen Abhilfe schaffen. Auch in Freilandanlagen mit Strangwechselrichtern ist dies ein Thema, wenn die Wechselrichter zwar hinter den Modulreihen, aber an deren unmittelbarem Ende angebracht und damit halbtags direkter Sonne ausgesetzt sind. Auch hier sind meist einfache Verschattungsmaßnahmen ausreichend, um eine deutliche Verbesserung zu erzielen.

Bei einer großen Freiflächenanlage, die wir untersucht haben, war es komplizierter: Hier waren Stationen mit mehreren Zentralwechselrichtern mit einer Gesamtleistung von zwei Megawatt je Gebäude errichtet worden. Die Belüftung war jedoch unterdimensioniert und konnte die Wechselrichter nicht ausreichend kühlen. Hitzestauungen führten zu thermischen Kurzschlüssen und regelmäßiger Leistungsreduktion. Dieser Sachverhalt konnte bereits im Rahmen der technischen Abnahmen des Solarparks identifiziert werden. Da mehrere Teilanlagen mit einer Gesamtleistung von rund 50 Megawatt betroffen waren, wurde eine Reihe von Ansätzen zur Mängelbehebung diskutiert. Letztlich kam es jedoch zu einer Vereinbarung über eine finanzielle Kompensation durch den Anlagenerrichter – der Umbau aller betroffenen Stationen wäre im Verhältnis dazu wirtschaftlich nicht sinnvoll gewesen. Dann muss ein System installiert werden, das die Ertragsausfälle erfasst oder man muss sie rechnerisch abschätzen.

Bei Anlagen mit aktiven Lüftern, Standard bei großen Zentralwechselrichtern, kommt der Wartung besondere Bedeutung zu. Gitter oder Filtermatten vor den Lüftern sollen den Eintrag von Staub und Schmutz verhindern. Mit zunehmender Verschmutzung dieser Filter steigt die Häufigkeit von Derating, insbesondere im Sommer. Dabei wäre die Vermeidung einfach – durch regelmäßige Überprüfung und Reinigung, besonders während der Pollenflugsaison und nach Feldarbeiten in der Umgebung. Oft ist eine Überprüfung vor Ort gar nicht notwendig, eine Betriebsdatenanalyse kann geeignete Hinweise liefern.

Das eindrucksvollste Beispiel war für uns eine Fünf-Megawatt-Freiflächenanlage. Nach dem ersten Betriebsjahr stellte der Betreiber massive Mindererträge gegenüber seiner Prognose fest. Ein Teil der fehlenden Erträge ließ sich unterdurchschnittlichen Einstrahlungswerten zuordnen. Sieben Prozent des Ertragsverlusts aber waren auf die Wechselrichter zurückzuführen. In diesem Fall waren jedoch nicht Temperatureffekte ausschlaggebend. Die Parkregelung, die die Anforderungen des Netzbetreibers zur Wirkleistungsreduktion oder Blindleistungsbereitstellung aufnimmt und an die Wechselrichter weitergibt, lieferte falsche Signale. Die Wechselrichter wurden somit grundlos abgeregelt. Der Aufwand für die Beseitigung der Störung war marginal. Gerade bei diesem Beispiel hat sich gezeigt, dass eine regelmäßige Überprüfung des Betriebs via Leistungskennlinienanalyse, unabhängig vom installierten Anlagenmonitoring, lohnend sein kann.

Dominik Fröhler ist Geschäftsführer von Renerco Plan Consult. Das Unternehmen bietet ingenieurstechnische Dienstleistungen im Bereich erneuerbarer Energien, plant Photovoltaikanlagen, berät Bauherren, Investoren und Betriebsführer und erstellt Gutachten.