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Ein Back-of-the-Panel-Boost für Solarstrom
Da Hersteller daran arbeiten, die Kosten für Solarstrom zu senken, ist es nur die halbe Wahrheit, Solarzellen und -module zu verfeinern, um sie effizienter zu machen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, neuere Elektronik in die Module zu integrieren, die die Leistung von Photovoltaikanlagen steigern und deren Planung und Installation erleichtern könnte.
Elektronische Leistungssteigerung: Dieser Chipsatz ist das Herzstück des Leistungsoptimierungsgeräts von National Semiconductor für Solaranlagen. Hinter jedem Solarpanel in einem Array angebracht, könnte die Elektronik einen Leistungsabfall des Arrays aufgrund von Verschattung oder Schmutz korrigieren und die Endleistung um 25 Prozent oder mehr erhöhen.
Suntech-Power , der weltweit größte Hersteller von Solarmodulen aus kristallinem Silizium mit Sitz in Wuxi, China, hat Partnerschaften mit Santa Clara, Kalifornien, angekündigt National Semiconductor und andere Hersteller von Solarelektronik, intelligente Panels zu entwickeln, die die größtmögliche Leistung liefern, selbst wenn andere Panels aufgrund von Schäden oder Sonnenlicht, das durch Schatten oder Schmutz blockiert wird, leistungsschwach sind. Diese Art von System ist nützlich, da bei herkömmlichen Photovoltaiksystemen die Leistung eines Panels die Leistung des gesamten Systems beeinflusst. Wir glauben, dass die Smart-Module-Technologie ein klarer Weg für die Zukunft ist, sagt Andrew Beebe, Chief Commercial Officer von Suntech.
Solarherstellern fällt es schwer, zusätzliche Steigerungen in der Effizienz von Solarmodulen aus kristallinem Silizium zu erreichen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Jeder inkrementelle Leistungsvorteil senkt die Kosten pro Watt, und in der Elektronik werden die Verbesserungen sein, sagt Matthew Feinstein, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Lux-Forschung .
Das leistungsoptimierende Gerät von National Semiconductor ist bereits auf dem Markt. Tests an Kundeninstallationen haben ergeben, dass eine Photovoltaikanlage 25 Prozent mehr Energie gewinnen kann, sagt Kevin Kayser, Marketingleiter des Unternehmens. Unabhängige Tests durch das National Renewable Energy Laboratory und Photon International haben Leistungsgewinne von bis zu 39 Prozent durch Arrays nachgewiesen.
Solarmodule arbeiten auf verschiedenen Strom- und Spannungsniveaus. Die Paneele werden traditionell in einer Reihe aneinandergereiht und ihr kombinierter Gleichstrom wird an einen großen Wechselrichter gesendet. Der Wechselrichter macht zwei Dinge: Er wandelt den Strom in netzbereiten Wechselstrom um, und seine Steuerschaltung sucht ständig nach Betriebsspannung und Stromstärke für alle Panels und stellt diese basierend auf der Gesamtleistung des Arrays ein. Wenn jedoch der Strom eines Panels aufgrund von Schatten oder Schmutz absinkt, senkt der Wechselrichter den Strom aller anderen Panels und verringert so die Leistungsabgabe des Arrays. Zehn Prozent Schatten auf dem Array bedeuten einen Leistungsverlust von 50 Prozent, sagt Kayser.
Der Leistungsoptimierer von National Semiconductor macht den zentralen Steuerkreis im Wechselrichter überflüssig und platziert stattdessen einen separaten Steuerkreis hinter jedem Panel. Dadurch kann der Optimierer die meiste Leistung aus jedem Panel herausholen. Darüber hinaus, sagt Kayser, können einige Produkte zur Leistungsoptimierung entweder Strom und Spannung erhöhen oder Strom und Spannung verringern, ihre können jedoch sowohl Strom als auch Spannung erhöhen und verringern, wodurch noch mehr Leistung herausgedrückt wird.
Das Gerät erhöht die Installationskosten einer Photovoltaikanlage um etwa 12 Cent pro Watt, amortisiert sich jedoch für die meisten Installationen innerhalb von zwei Jahren. Darüber hinaus müssen sich Installateure beispielsweise nicht um den wechselnden Schatten eines Schornsteins oder den genauen Neigungswinkel jedes Paneels kümmern. Es kann die Konstruktionszeit vereinfachen und die Installationszeit verkürzen, sodass ihre Gewinnspanne steigt, sagt Kayser.
Suntech hat nicht alle Eier in einen Korb gelegt. Das Unternehmen untersucht auch Mikrowechselrichter, eine weitere elektronische Technologie, von der erwartet wird, dass sie die Photovoltaikleistung steigern wird. Mikrowechselrichter passen die Spannungs-Strom-Pegel jedes Panels an und gehen dann noch einen Schritt weiter: Sie wandeln den Gleichstrom des Panels in Wechselstrom um.
Beide Ansätze haben ihre Vor- und Nachteile. Mikrowechselrichter erleichtern das Zusammenschalten von Paneelen, sodass neue Photovoltaiksysteme einfacher zu installieren sind und es auch einfacher ist, Paneele später zu einem Array hinzuzufügen. Aber es ist einfacher, bestehende Systeme mit Leistungsoptimierern nachzurüsten – und Kayser sagt, dass sie auch eine bessere Gesamtsystemeffizienz bieten sollten. Das liegt daran, dass die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom an jedem Panel, wie es Mikrowechselrichter tun, erfordert, dass die niedrige Betriebsspannung jedes Panels von etwa 30 Volt auf den Netzstandard von 120 Volt erhöht wird, was zu einem gewissen Leistungsverlust führt.
Suntech hat sich mit einem halben Dutzend Unternehmen zusammengetan, die Mikrowechselrichter und Leistungsoptimierer herstellen. Dazu gehören die Startups Enphase-Energie in Petaluma, Kalifornien; Tigo-Energie in Los Gatos, Kalifornien; und Azuray-Technologien in Portland, Oregon. Tigo stellt einen DC-Leistungsoptimierer her, der die Stromstärken des Panels anpasst und die Leistungsabgabe um bis zu 20 Prozent steigern kann. Enphase behauptet, dass seine Mikrowechselrichter Solarsystemen helfen können, bis zu 25 Prozent mehr Energie zu gewinnen. Azuray stellt unterdessen sowohl Leistungsoptimierer als auch Mikrowechselrichter her.
Obwohl es beide Technologien seit zwei Jahrzehnten gibt, wurden sie erst vor kurzem in kostengünstige, zuverlässige Produkte implementiert, sagt Eric Wesoff, Solaranalyst bei Greentech-Medien . Die Panelhersteller seien endlich davon überzeugt, dass dies etwas von Dauer sei, sagt er. Und da Ingenieure andere Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz von Photovoltaik-Arrays ausschöpfen, sind sie eher bereit, andere Elektronik auszuprobieren. Mindestens 20 verschiedene Solarelektronik-Startups präsentierten diese Woche ihre Produkte auf der Solar Power International-Konferenz in Los Angeles.
Wesoff fügt hinzu, dass Suntech den intelligenten, vorsichtigen Ansatz verfolgt, indem es mit mehreren Anbietern von Mikrowechselrichtern und Leistungsoptimierern zusammenarbeitet. Offensichtlich wählen sie keinen Gewinner oder eine Architektur aus, sagt er.