Das „wahre“ AC-Solarmodul

Ein AC-Modul kann deutlich mehr sein als ein Modul mit Modulwechselrichter. Henk Oldenkamp von OKE-Services aus den Niederlanden hat das Konzept neu durchdacht, so Heribert Schmidt, Wissenschaftler am Fraunhofer ISE und Mitglied der Jury des Innovationspreises des Photovoltaik-Symposiums in Bad Staffelstein. Dafür erreichte Oldenkamp den ersten Platz des Innovationspreises. Das „wahre“ AC-Modul beschreibt er seinen Prototyp.

Die meisten Solarmodule mit einer Spannung von zum Beispiel 60 Volt werden heute in Strings in Serie geschaltet. An diese Strings werden die Wechselrichter angeschlossen. Dadurch liegt die Eingangsspannung bei einigen Hundert bis 1.000 Volt. Das hat im Vergleich zu Wechselrichtern bei niedrigeren Spannungen unter anderem den Vorteil, dass leichter ein hoher Wirkungsgrad von heute bis zu 99 Prozent erreicht werden kann. Außerdem sind die Kosten niedriger, als wenn man jedes Modul mit einem einzelnen Modulwechselrichter ausstattet. AC-Module haben dagegen den Vorteil, dass sie leichter zu verschalten sind und Verschattungen einzelner Module weniger ins Gewicht fallen.

Doch noch sind die Möglichkeiten der AC-Module nicht ausgereizt, wie Henk Oldenkamps Vorstellung zeigt. Da AC-Module nicht in Reihe geschaltet werden, müssen sie nicht für hohe Spannungen ausgelegt sein. Sie erfüllen die Voraussetzungen für die Schutz-Kleinspannung. Das erlaubt etliche Modifikationen, die Geld und Platz sparen. Letzteres führt zu höheren Wirkungsgraden. So können die Randabstände der Zellen zum Modulrahmen kleiner sein. Die Rückseitenfolie kann dünner ausfallen. Bei Doppelglasmodulen ist es nicht nötig, das Rückseitenglas zu durchbohren, da die Anschlüsse zur Seite herausgeführt werden können. Anschlussdose, Bypassdioden und DC-Stecker können gleich ganz weggelassen werden. Damit könnten sich fünf bis zehn Prozent der Kosten eines Moduls einsparen lassen.

Den Wechselrichter, der bei AC-Modulen heute noch hinter der Anschlussdose angebracht wird, will Oldenkamp in den Modulrahmen integrieren. Da er dann direkten Zugriff auf die Zellstrings hat, sei sogar eine Optimierung auf Zellstringlevel möglich. Noch ist die weiße Plastikbox im Modulrahmen des in Bad Staffelstein ausgestellten Prototyps leer. Insofern hat Oldenkamp noch einiges an Entwicklungsarbeit vor sich. Im Vortrag sagte er, dass er für den Proof of Concept vermutlich noch ein Jahr benötige, für die Entwicklung des Produkts ein weiteres.

Erfahrung aus Google-Wettbewerb

Bei der Entwicklung kommt Oldenkamp seine Erfahrung aus dem Google Wettbewerb „Little Box Competition“ zugute. Die Aufgabe war, einen möglichst kleinen Wechselrichter zu konstruieren. Sein Gerät hatte am Ende die größte Leistungsdichte und erreichte die Endrunde. In einer Box, die ungefähr so klein ist wie eine halbe Butterpackung, integrierte er einen 2 Kilowatt-Wechselrichter. Einer der Erkenntnisse sei gewesen, dass man den Wirkungsgrad nicht besonders hoch zu treiben müsse. Wichtiger sei es, die Schaltprozesse sauber durchzuführen. Dadurch sei es möglich, die Spule klein zu halten. Außerdem sei eine effektive Kühlung wichtig. Diese übernahm ein Motor mit Propeller, wie er sonst zum Antrieb von Drohnen benutzt wird, und eine besondere Kühllamelle. Eins-zu-eins lässt sich das Konzept jedoch nicht in das AC-Modul übertragen, da die Lebensdauer des Wettbewerb-Geräts nicht besonders hoch ist. Für das AC-Modul ist allerdings auch nur eine viel geringere Leistung nötig. (Michael Fuhs)