Photovoltaik-Boost von unten

Der chinesische Solar-Riese Suntech will mit Verbesserungen bei der Steuerelektronik mehr Power aus seinen Modulen holen.

Die Hersteller von Sonnenstromtechnik arbeiten fieberhaft daran, die Kosten für Solarmodule zu senken. Die Produktion besonders preisgünstiger und effizienter Photovoltaikzellen ist dabei aber nur eine Möglichkeit. Eine weitere: die Integration einer verbesserten Steuerelektronik, die die Stromausbeute erhöht und gleichzeitig Gestaltung und Installation einer Anlagen erleichtert.

Suntech Power, mittlerweile weltgrößter Hersteller von Solarmodulen auf Basis kristallinen Siliziums, will genau hier nun ansetzen. Das chinesische Unternehmen hat dazu eine Partnerschaft mit dem traditionsreichen amerikanischen Elektronikhersteller National Semiconductor (Natsemi) geschlossen und will weitere Solarspezialisten einbinden, um "smarte" Solaranlagen zu schaffen. Diese sollen auch dann noch maximalen Strom erzeugen, wenn Teile der Zellen ausfallen – etwa bei Beschädigungen oder Beschattung.

Die Technik sei vor allem deshalb sinnvoll, weil bei konventionellen Photovoltaik-Systemen die Leistung eines Moduls das Gesamtsystem tangieren kann. "Wir denken, dass eine intelligente Modultechnologie der klare Weg in die Zukunft ist", meint Andrew Beebe, wirtschaftlicher Leiter bei Suntech.

Den Solar-Herstellern fällt es zunehmend schwer, Zellen auf Basis kristallinen Siliziums noch effizienter zu machen. Der Trend geht also stark zur Fortentwicklung der Technik unter den Modulen. "Jeder zusätzliche Leistungsvorteil reduziert die Kosten pro Watt und die Steuerelektronik wird der Bereich sein, wo es noch große Fortschritte gibt", meint Matthew Feinstein, Analyst beim Solar-Marktforscher Lux Research.

Natsemis Leistungsoptimierungstechnik, "Power Optimizer" genannt, ist bereits auf dem Markt. Tests bei Endkunden-Solaranlagen zeigten bereits, dass das System bis zu 25 Prozent mehr Energie aus einer bestehenden Installation herausholen kann. Kevin Kayser, Marketingmanager bei dem Elektronikspezialisten, verweist auf unabhängige Tests, die unter anderem beim US-Nationallabor für erneuerbare Energien vorgenommen wurden. Sie hätten in manchen Fällen gar ein Plus von 39 Prozent gemessen.

Solaranlagen arbeiten mit verschiedenen Stromstärken und Spannungsniveaus. Die einzelnen Module werden üblicherweise in Reihe geschaltet und dann zu einem sogenannten Inverter, einem großen Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzer, geleitet. Dieser erledigt zwei Aufgaben: Erstens, wie der Name schon sagt, die Wandlung des Solar-Gleichstroms in den an der Steckdose geforderten Wechselstrom – zweitens die Überwachung und Regelung der Gesamtleistung aller Module. So werden möglichst einheitliche Ströme und Spannungen erzielt. Das Problem: Hat nur ein Modul zu wenig Sonne, wird die Gesamtleistung durch den Inverter reduziert. So sinkt die Energieausbeute. "Zehn Prozent Schatten können satte 50 Prozent Leistungsverlust bedeuten", sagt Kayser.

Das Power Optimizer-System von Natsemi kommt ohne zentrale Steuerelektronik aus. Stattdessen steckt hinter jedem Modul ein eigener Schaltkreis. So wird stets die maximale Leistung gezogen. Ein weiterer Vorteil: Spannung und Stromstärke lassen sich einzeln regeln, nicht nur zusammen. Das bringt noch etwas mehr Power.

Die Technik erhöht die Installationskosten einer Solaranlage um rund 12 Cent pro Watt, zahlt sich aber laut Natsemi nach zwei Jahren bereits aus. Hinzu kommt, dass beim Aufbau der Anlage auch nicht mehr auf wandernde Schatten etwa von Schornsteinen geachtet werden muss – auch die Ausrichtung jedes einzelnen Moduls muss nicht mehr ganz so präzise erfolgen. "Planung und Installation können schneller durchgeführt werden und so die Marge der Anbieter steigern", glaubt Kayser.

Suntech setzt aber nicht nur auf den Power Optimizer von Natsemi. Das Unternehmen schaut sich derzeit auch sogenannte Mikroinverter an, die Spannung und Stromstärke jedes einzelnen Moduls kontrollieren, dann aber noch einen Schritt weiter gehen: Sie setzen den Gleichstrom sofort in Wechselstrom um.

Beide Ansätze, Power Optimizer oder Mikroinverter, haben Vor- und Nachteile. Mikroinverter erleichtern die Verkabelung der Module und erlauben es, eine Anlage später leicht zu erweitern. Power Optimizer lassen sich wiederum besonders einfach bestehenden Anlagen hinzufügen und bieten, so sagt es zumindest Natsemi, insgesamt einen höheren Gesamtwirkungsgrad. Das liegt unter anderem daran, dass die Umwandlung in Wechselspannung direkt am Mikroinverter stets Verluste erzeugt – und das eben dann an jedem Modul.

Suntech arbeitet mit einem halben Dutzend Firmen an Mikroinvertern und Power Optimizer-Systemen. Neben Natsemi sind das die US-Unternehmen Enphase Energy aus Petaluma, Tigo Energy aus Los Gatos und Azuray Technologies aus Portland. Tigo stellt Gleichstrom-Power Optimizer her, die die Stromstärken anpassen können und den Output so um bis zu 20 Prozent erhöhen. Enphase spricht von bis zu 25 Prozent mehr Ausbeute mit seinen Mikroinvertern. Azuray stellt wiederum beide Systeme her.

Neu sind übrigens weder Power Optimizer noch Mikroinverter. Schon seit rund 20 Jahren sind sie technisch bekannt. Das Problem war stets, die Systeme kostengünstig und vor allem zuverlässig herzustellen. "Die Modulhersteller sind inzwischen davon überzeugt, dass es sich um Produkte handelt, die auch durchhalten", meint Eric Wesoff, Analyst bei Greentech Media.

Und je mehr Hersteller versuchen, die Effizienz ihrer Solaranlagen zu steigern, desto interessanter werden die verschiedenen Techniken. Das treibt auch Start-ups an – mindestens 20 Anbieter aus dem Gebiet tummelten sich kürzlich auf der "Solar Power International"-Konferenz in Los Angeles.

Wesoff lobt derweil das Vorgehen bei Suntech, nicht nur mit einer Firma, sondern mit vielen zu diskutieren. Das sei definitiv der smartere Ansatz. "Das Unternehmen legt sich weder auf einen klaren Gewinner noch auf eine einzelne Architektur fest." (bsc)