Das Herzstück großer, kommerzieller Solarparks: Die Rolle des Zentralwechselrichters

 ​Zentralwechselrichter sind für große Solarparks und gewerbliche Photovoltaikanlagen von enormer Bedeutung und stellen eine Schlüsselkomponente für die effiziente Einspeisung von Solarstrom in das öffentliche Netz dar. Sie übernehmen die essenzielle Aufgabe, den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in den für das Stromnetz erforderlichen Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Dazu sind sie direkt an das Verteilnetz angekoppelt und setzen meist die DC-Kreisspannung der Freiflächenanlage auf die 20 kV der Mittelspannungsebene um.

Wichtigkeit und Vorteile in Großanlagen 

Zentralwechselrichtern in großen Solarfeldern haben eine große Bedeutung in Sachen hohen Leistungskapazität und Effizienz. Im Gegensatz zu String- oder Mikro-Wechselrichtern bündelt ein einziger Zentralwechselrichter die Leistung von mehreren Hundert Solarmodulen oder gar der gesamten Anlage. Diese Konsolidierung der Leistung bietet mehrere entscheidende Vorteile:

• Erstens sind Zentralwechselrichter in der Regel kostengünstiger pro Kilowatt-Peak (kWp) installierter Leistung als eine Vielzahl kleinerer Wechselrichter. Zusätzlich wird die Gesamtzahl an Fehlerquellen reduziert.
• Zweitens vereinfacht die zentrale Architektur die Verkabelung, Wartung und Überwachung der gesamten Anlage erheblich, was die Betriebskosten senkt. Zentralwechselrichter erreichen zudem sehr hohe Umwandlungswirkungsgrade von oft über 98%, was die Energieverluste minimiert und den Gesamtertrag maximiert.
• Darüber hinaus können sie den erzeugten Strom mit hoher Spannung, teilweise bis zu 20 kV, direkt in das Mittelspannungsnetz einspeisen. Sie überwachen kontinuierlich das Stromnetz und sind für die Einhaltung diverser Sicherheitskriterien verantwortlich, um eine stabile und netzkonforme Einspeisung zu gewährleisten.
• Im Fall von Netzstörungen oder beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte (z.B. Frequenz) trennen sie automatisch die PV-Anlage vom Netz. Zudem sind solche Anlagen selbstverständlich fernsteuerbar. Die permanent erfassten Daten stellen eine optimale Einbindung in das Versorgungsnetz sicher und ermöglichen zugleich die direkte Anbindung von z.B. Batteriespeichern (BESS).
• Unter anderem SMA wirbt mit der Fähigkeit ihrer Zentralwechselrichter, entscheidende Funktionen für ein stabiles Netz selbst bei 100% erneuerbaren Energien zu bieten: Über Software-Algorithmen emulieren sie die physikalische Schwungmasse der konventionellen Generatoren. Bei plötzlichen Störungen (z. B. dem Ausfall eines Kraftwerks) können sie innerhalb von Millisekunden stabilisierende Energie (Wirk- und Blindleistung) abgeben, um die Frequenz zu stützen. Sie reagieren also aktiv und dynamisch auf Spannungsänderungen und können sogar als Schwarzstart-Reserve eingesetzt werden. Auch ein Inselbetrieb (im Störfall abgetrennt vom Hauptnetz) ist beim Vorhandensein einer entsprechenden BESS-Lösung möglich und stellt z.B. den Betrieb kritischer Infrastruktur oder von Industrieanlagen sicher (Versorgungssicherheit).
• Allerdings ist zu beachten, dass der Ausfall eines Zentralwechselrichters zum temporären Stillstand eines großen Teils des Solarparks und der angeschlossenen Batteriespeicher führen kann – weswegen solche Anlagen auf einem besonders hohem Qualitätsniveau gefertigt sein sollten, um Down-Zeiten zu minimieren. Viele Anbieter, u.a. SMA offerieren eine Lebensdauer von mehr als 25 Jahren.

Führende Hersteller von Zentralwechselrichtern 

Aufgrund der spezifischen Anforderungen und der hohen Leistungsklasse ist die Auswahl an Herstellern von Zentralwechselrichtern merklich geringer als bei String-Wechselrichtern. Zu den bekannten Unternehmen, die solche netzgekoppelten Zentralwechselrichter für den Utility-Scale-Bereich (Großkraftwerksbereich) herstellen, zählen unter anderem namhafte Akteure wie SMA Solar, ABB, Vensys, Infineon Technologies und auch Unternehmen wie Siemens. Diese Hersteller bieten oft Wechselrichter mit Nennleistungen zwischen 100 und mehreren MW an, die speziell für die rauen Bedingungen und die hohen Anforderungen großer Solarparks konzipiert sind.

Hersteller kleinerer PV-String-Wechselrichter sind u.a. Fronius oder KACO new energy mit bis zu 30 kW pro PV-Wechselrichter. Etliche weitere europäische Unternehmen wie Schneider Electric (FR), Kostal (Dtld), Gamesa (E) stellen sich der Konkurrenz günstiger asiatischer oder auch amerikanischer Hersteller.