Repowering von Wechselrichtern

Die Wirkungsgrade von Photovoltaikwechselrichtern sind in den letzten Jahren stark gestiegen. Daher kann sich ein Ersetzen alter Wechselrichter durch neuere – aufgrund des Mehrertrags, welchen diese durch ihren höheren Wirkungsgrad erwirtschaften – rechnen. Aber wie wirtschaftlich kann ein solches Repowering wirklich sein?

Gemeinsam mit der Hochschule München haben wir dieses Thema erforscht. Da die Einspeisevergütung einer Photovoltaikanlage an die Module und ihre DC-Leistung gekoppelt ist, können Wechselrichter getauscht werden, ohne dass die Vergütung verloren geht. Steigt dadurch der Ertrag, erzielen Betreiber Mehreinnahmen.

Die Möglichkeiten, die die neuen Wechselrichter mitbringen, wie etwa eine Blindleistungseinspeisung, sollten vom Anlagenbetreiber dabei nicht genutzt werden, sofern sie die Erträge der Anlage und damit die Vergütung schmälern. Für die Anlage gelten nach dem EEG immer noch die Bestimmungen, wie sie zum Inbetriebnahmezeitpunkt festgelegt waren. Eine Ausnahme bilden hier die Gesetze, die noch rückwirkend auf bestimmte Anlagen angewandt werden sollen, wie etwa die 50,2-Hertz-Umrüstung oder die Vorschrift zum Einbau einer Leistungsregelungsanlage nach § 6 EEG.

Will man die Wirtschaftlichkeit des Wechselrichtertauschs berechnen, muss man zunächst den tatsächlichen Mehrertrag kennen. Dieser ist aber nicht einfach gleich der Differenz der Wirkungsgrade von altem zu neuem Wechselrichter.

Das zeigt das Beispiel einer Testanlage, die zwölf Strings mit je 2.890 Wattpeak Leistung hat. Dort haben wir die Hälfte der alten Wechselrichter durch neue ersetzt. Der europäische Wirkungsgrad des Wechselrichters, der 2007 eingebaut wurde, betrug 92 Prozent. Das war damals ein durchaus üblicher Wert. Der nun eingebaute Wechselrichter hat einen Wirkungsgrad von 98,1 Prozent. Die Steigerung von 6,1 Prozentpunkten entspricht einer relativen Steigerung von 6,63 Prozent. Über einen Vergleich der Stringerträge der umgerüsteten und nicht umgerüsteten Strings wurde dann der Mehrertrag ermittelt. Die natürlichen Ertragsschwankungen der einzelnen Strings wurden zur Auswertung mithilfe von Korrekturfaktoren ausgeglichen. So ergab sich im Messzeitraum mit den neuen Wechselrichtern ein Mehrertrag von 9,23 Prozent. Das ist also deutlich mehr als die reine Wirkungsgradsteigerung.

Die Abweichung entsteht hauptsächlich dadurch, dass der europäische Wirkungsgrad die Spannungsabhängigkeit und den MPP-Wirkungsgrad nicht berücksichtigt. Als deutlich geeigneteres Werkzeug zur Vorhersage des Mehrertrages bietet sich daher eine Simulation mit anschließendem Vergleich der Ergebnisse an. Berechnet man die Erträge mit dem alten Wechselrichter und die mit dem neuen, ergibt sich der relative Mehrertrag also durch: (Formel siehe Printausgabe, Seite 70)

Simulationen mit verschiedenen Ertragsberechnungsprogrammen ergaben Mehrerträge von 8,00 beziehungsweise 8,83 Prozent. Die simulierten Werte weichen zwar immer noch von den realen Steigerungsraten ab, sind aber deutlich genauer als der Vergleich der europäischen Wirkungsgrade.

Wann ist Repowering wirtschaftlich?

Repowering ist wirtschaftlich, wenn die Umrüstkosten durch den Mehrertrag gedeckt sind, also der Kaufpreis des neuen Wechselrichters, der Arbeitslohn des Handwerkers und die Kosten für weiteres Verbrauchsmaterial abzüglich der Erlöse aus dem Verkauf oder Recycling der alten Wechselrichter sowie des Geldwerts einer Garantiezeitverlängerung. Da die Mehreinnahmen erst in zukünftigen Jahren erzielt werden, muss man eine Verzinsung der Investition berücksichtigen. Zwar werden Betreiber, so niedrig wie die Umrüstkosten heute sind, meist keinen Kredit dafür aufnehmen. Um die Wirtschaftlichkeit zu betrachten, kann man aber einen hypothetischen Kredit annehmen. Mit folgender Formel kann man berechnen, nach wie vielen Jahren n er zurückgezahlt wäre: (Formel siehe Printausgabe, Seite 71)

Dabei ist i der Zinssatz, S0 sind die Umrüstkosten, die vom Darlehen gedeckt werden, R ist der jährliche Mehrertrag durch die Umrüstung, der zur Rückzahlung verwendet wird.

Man kann die Formel auch verwenden, um die Rendite nach dem internen Zinsfuß auszurechnen. Dazu muss man den Zinssatz i suchen, für den die Rückzahlungszeit des hypothetischen Darlehens der Restlaufzeit des Darlehens entspricht. Bei der Testanlage von Steca ergibt sich – so berechnet – bei einer Laufzeit von zwölf Jahren, einem jährlichen Mehrertrag von 129,63 Euro und Umrüstkosten von 591 Euro pro String ein interner Zinsfuß von rund 19 Prozent p. a. auf das eingesetzte Kapital. Dieser liegt wesentlich über einem marktüblichen Zinssatz, was eine Investition – abhängig von der Bewertung des Risikos – sehr lukrativ macht.

Wenn man nicht durch Einsetzen in obiger Formel die Rendite nach dem internen Zinsfuß suchen will, kann man die Wirtschaftlichkeit nach der Kapitalwertmethode feststellen. Dazu muss man den Kapitalwert für eine Restlaufzeit n ausrechnen: (Formel siehe Printausgabe, Seite 71)

Ist er positiv, so ist ein Repowering vorteilhaft. Das zeigt sich, wie nach obigen Ergebnissen zu erwarten, auch für die Testanlage. Dort ergibt sich bei einem Zinssatz von 3,5 Prozent ein positiver Wert von 791,26 Euro.

Weitere Vorteile durch Repowering

Neben dem finanziellen Mehrertrag gibt es weitere Vorteile durch den Einsatz eines neuen Wechselrichters: Es gibt inzwischen Geräte, bei denen für Betreiber relevante Informationen direkt auf dem Display dargestellt werden. Unter anderem können so Ertragsdaten, Momentanwerte sowie die Generatorkennlinie, aber auch eventuell aufgetretene Fehler direkt eingesehen werden. Weiterhin bieten neue Geräte meist einfachere und zuverlässigere Möglichkeiten der Fernüberwachung. Auch beim Thema Komfort profitiert der Anlagenbetreiber durch einen Wechselrichtertausch, da neue Geräte im Betrieb meist deutlich geräuschärmer sind als ältere.

Ältere Anlagen mit geringer Generatorleistung eignen sich aufgrund der höheren Vergütung sehr gut für ein Repowering. Auch für Anlagen, bei denen die Garantiezeit der Wechselrichter abgelaufen ist, bietet sich ein Wechselrichtertausch an: Hier profitiert der Anlagenbetreiber zusätzlich von der Verlängerung der Garantiezeit. Da eine Umverdrahtung zusätzliche Kosten verursachen würde, sollte die Stringverschaltung der Anlage zu den neuen Wechselrichtern passen.

Für ein Repowering eignen sich außerdem Anlagen mit Niederfrequenz(NF)-Trafowechselrichtern, da bei Geräten dieser Art der Wirkungsgrad grundsätzlich geringer ist als bei trafolosen Wechselrichtern, die eingesetzt werden können, wenn keine Erdung notwendig ist. Aufgrund des großen Wirkungsgradunterschieds zwischen NF-Geräten und den neuen, trafolosen Wechselrichtern ist ein Repowering hier am wirtschaftlichsten. (Manuela Gschwind)