Mehr Saft aus Solarzellen

Bei der Sonnenstromtechnik geht es um mehr als nur die blau schimmernden Photovoltaikmodule, die man auf den Dächern von immer mehr Häusern sieht. Fast genauso wichtig sind die dahinter geschalteten Inverter, die aus dem gewonnenen Gleichstrom für die Hausversorgung geeigneten Wechselstrom machen. Typischerweise sind alle Dach-Solarpanels dazu an einen großen Resonanzwandler angeschlossen, der seitlich am Haus angebracht ist.

Das Start-up Enphase Energy aus dem kalifornischen Petaluma will diese Technik nun deutlich verkleinern. Die Firma arbeitet an einem Mikroinverter, der sich an die Befestigung jedes Solarmoduls schrauben lässt, um den Gleichstrom für jedes Panel einzeln in Wechselstrom umzuwandeln. Ziel dabei ist es, die Effizienz um 5 bis 25 Prozent zu steigern. Das dürfte die Gesamtkosten einer Solaranlage senken helfen.

Enphase hat in seiner letzten Finanzierungsrunde mehr als 20 Millionen Dollar an Risikokapital eingeworben. Das Start-up arbeitet mit verschiedenen Großhändlern und Industriepartnern zusammen, etwa mit dem Solarmodulhersteller Suntech Power Holdings und dem Solarstrominstallateur Akeena Solar. Sie sollen helfen, die Technik möglichst schnell zum Kunden zu bringen.

Todd Wilson, General Partner bei RockPort Capital Partners, einem der Hauptfinanziers von Enphase, glaubt, dass sich die Mikroinverter für nahezu alle Anwendungsbereiche eignen, vom Einfamilienhaus bis zum Solarkraftwerk.

Neben der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom sind die Inverter auch dafür zuständig, möglichst viel Saft aus den Solarmodulen zu holen. Sie enthalten eine Logik, die ständig nach dem besten Spannungs- und Stromstärkenverhältnis sucht, mit denen die Panels je nach Sonneneinstrahlung am besten ausgelastet sind.

Bei einer konventionellen Photovoltaikanlage werden die Module in Serie geschaltet und der kombinierte Gleichstrom hoher Spannung an den Inverter geschickt. Der stellt sich dann auf geeignete Werte ein. Sollte jedoch der Stromfluss nur eines einzigen Panels zurückgehen, reduziert sich der Gesamtoutput des Systems. "Es reicht aus, dass ein paar Blätter über ein Modul geweht werden, sich Staub ablagert oder eines der Module gerade im Schatten liegt", sagt Leesa Lee, Marketingdirektorin bei Enphase.

Mikroinverter optimieren die Spannung für jedes Solarmodul dagegen einzeln. Das sorgt dafür, dass stets die optimale Energiemenge abgezapft wird und in den Gesamtstromkreis einfließt. Das erhöhe die Effizienz. "Jedes Problem mit einem einzelnen Modul beschränkt sich auf die betroffene Einheit", sagt Lee. Hinzu kommt, dass die Gerätekosten mit Mikroinvertern im Vergleich zu einem traditionellen System um bis zu 15 Prozent sinken. Teure Gleichstromkomponenten wie Trennschalter und Signalzusammensetzer lassen sich durch billigere Teile von der Stange ersetzen.

Das Konzept kleiner Inverter existiert bereits seit mehr als einem Jahrzehnt. Die praktische Umsetzung war bislang allerdings technisch schwierig. "Eines der größten Probleme lag in der Wandlereffizienz", erläutert Marv Dargatz, leitender Direktor des Bereiches Systeme bei Enphase. Das Start-up ersetzte deshalb viele analoge Teile gegen Digitaltechnik, was eine kleinere Baugröße ohne Wirkungsgradverlust erlaubt. Dieser liegt bei den Mikroinvertern nun bei 95,5 Prozent, herkömmliche große Inverter schaffen zwischen 95 und 96 Prozent.

Daniel Kammen, Energiepolitikexperte an der University of California, Berkeley, meint, dass die Solarindustrie seit ihren Anfängen in den Sechzigerjahren, als Inverter noch teuer waren, auf die Schaltung der Module in Reihe setzt. "Es ist eigentlich verrückt, dass wir das immer noch tun. Wir nehmen den teuersten Teil des Systems, die Module, und schalten sie einfach zusammen und reduzieren damit sofort den Output."

Mikroinverter maximieren die Energieproduktion, machen das System aber auch flexibler. Wer mehr Leistung braucht, klinkt einfach ein weiteres Panel ein. "Mit einem herkömmlichen System geht das nicht unbedingt", sagt Kammen. Schlimmstenfalls werde hier ein neuer Inverter fällig, weil das System mit der erhöhten Spannung nicht umgehen kann.

Der Halbleiterhersteller National Semiconductor versucht sich unterdessen an einem anderen Ansatz des Energiemanagements für Solaranlagen. Die Firma hat einen so genannten Power Optimizer für einzelne Photovoltaikmodule entwickelt. Darin enthalten sie eine Logik, die Strom- und Spannungsstärken verbessert, aber keine direkte Wandlung in Wechselstrom vornimmt. Ralf Muenster, Vizepräsident für den Bereich erneuerbare Energien bei dem Elektronikkonzern, meint, National Semi habe zunächst überlegt, selbst Mikroinverter zu bauen. Stattdessen habe man sich nun aber für ein System entschieden, das mit einem breiteren Spannungsbereich umgehen könne.

Die Mikroinverter haben jedoch einen zusätzlichen Vorteil: Weil sie Wechselstrom aus jedem Solarmodul liefern, ergeben sich praktisch viele einzelne Stromquellen. Enphase bietet außerdem einen Dienst an, bei dem jeder Mikroinverter seine Daten über das Internet an den Server der Firma schickt. Nutzer können dann von überall auf der Welt kontrollieren, was ihr Solardach macht und nachschauen, wie viel Energie gerade produziert und konsumiert wird. "Man könnte sich vorstellen, dass man einige seiner Module dann zum Verkauf von Strom an die Stadtwerke bereithält, während die anderen den eigenen Kühlschrank betreiben", sagt Kammen. (bsc)