Leistungsoptimierer & Mikrowechselrichter: Was sie gegen Verschattung bringen — und was nicht

Bypass-Dioden lösen ein Problem innerhalb eines Moduls: Sie verhindern, dass eine einzelne verschattete Zelle den kompletten Strom der Zone blockiert, indem sie die betroffene Zone überbrücken. Sobald aber mehrere Module miteinander verschaltet sind, taucht ein ganz ähnliches Problem eine Ebene höher wieder auf — und dafür gibt es andere Werkzeuge: Leistungsoptimierer und Mikrowechselrichter.

Das Grundproblem bei mehreren Modulen in Serie

Werden mehrere Module zu einem String in Serie verschaltet, gilt dieselbe Grundregel wie innerhalb eines Moduls: Der Strom durch den ganzen String wird vom schwächsten Glied begrenzt. Ist eines von mehreren Modulen stärker verschattet als die anderen, zieht es potenziell den gesamten String nach unten — selbst wenn die übrigen Module voll in der Sonne stehen. Ein klassischer String-Wechselrichter sieht nur die Summe des Strings und kann diesen Effekt nicht auflösen.

Leistungsoptimierer: unabhängiges MPP-Tracking pro Modul

Ein Leistungsoptimierer ist ein kleiner DC-DC-Wandler, der direkt an einem einzelnen Modul (oder manchmal an einem Modulpaar) sitzt. Er sucht den optimalen Arbeitspunkt (MPP) für sein Modul unabhängig von den anderen Modulen im String und gleicht Spannungsunterschiede so aus, dass ein verschattetes Modul den Strom der übrigen Module im String nicht mehr limitiert. Der eigentliche Wechselrichter, der die Gesamtleistung des Strings ins Netz einspeist, bleibt dabei bestehen — die Optimierer sitzen zusätzlich davor.

Mikrowechselrichter: jedes Modul wird zum eigenen kleinen Kraftwerk

Ein Mikrowechselrichter geht einen Schritt weiter: Er wandelt den Gleichstrom direkt am Modul in Wechselstrom um, ganz ohne einen zentralen String-Wechselrichter. Jedes Modul speist dadurch komplett unabhängig ein — die Leistung eines verschatteten Moduls hat keinerlei Einfluss mehr auf die anderen. Das ist keine Nischentechnik: Die kleinen Wechselrichter-Boxen, die bei den meisten Balkonkraftwerken in Deutschland ohnehin zum Lieferumfang gehören, sind in aller Regel genau das — Mikrowechselrichter mit ein oder zwei unabhängigen MPP-Kanälen für die angeschlossenen Module.

Was diese Technik nicht kann

Hier lohnt sich Ehrlichkeit, weil Marketingmaterial das gerne verwischt: Leistungsoptimierer und Mikrowechselrichter lösen das Mismatch-Problem zwischen Modulen — nicht das Verschattungsproblem innerhalb eines einzelnen Moduls.

Ein Mikrowechselrichter macht ein verschattetes Modul also nicht "verschattungsresistenter" — er verhindert nur, dass sich der Leistungsverlust dieses einen Moduls auf die anderen Module der Anlage überträgt.

Wann lohnt sich das?

Modulweise Leistungselektronik zahlt sich vor allem dort aus, wo verschiedene Module einer Anlage unterschiedlich verschattet sind — etwa wenn ein Teil des Balkons morgens im Schatten des Nachbargebäudes liegt und ein anderer Teil nicht, oder wenn Module in unterschiedlichen Ausrichtungen montiert sind. Ist dagegen nur ein einzelnes Modul vorhanden oder verschattet ein Schatten mehrere Module gleichmäßig, bleibt der Effekt gering — dann zählt vor allem die Bypass-Zonen-Aufteilung des Moduls selbst.

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Wie Bypass-Zonen innerhalb eines Moduls funktionieren, erklärt Was ist Verschattung bei Solarmodulen? und im Detail Bypass-Dioden einfach erklärt. Begriffe wie MPP finden sich im Glossar.

Probier es selbst: Wähle ein reales Solarmodul im Simulator und zeichne deine eigene Verschattung.