PV-Umrüstung 2020 auf SolarEdge-Lösung
Lange ist es her, als wir 2003 unsere allererste Photovoltaikanlage (3,2 kWp) auf einen damals neu aufgestellten Carport installiert haben, wobei es sich dabei um eine Indachmontage handelt und 16 polykristalline Solarmodule IBC 200 S Megaline eingesetzt werden.
2004 folgte eine weitere Anlage auf dem Garagendach, wobei diese mit identischen Komponenten in der gleichen Größe aufgebaut wurde (3,2 kWp), allerdings als Aufdachmontage mit entsprechenden Dachhaken und Tragschienen.
Zum Einsatz kam bei den PV-Anlagen jeweils Wechselrichter Fronius IG 30 und von den jeweils 16 Solarmodulen waren 8 in einem String verschaltet, was das folgende Schema zeigt.
Modulausfall Carport 2019
Um die Einspeisevergütungen der beiden Anlagen nachvollziehen zu können, protokollierte mein Vater monatlich die Zählerstände und somit die eingespeisten Kilowattstunden. Externe Daten/Solarlogger waren zur damaligen Zeit nicht vorgesehen.
Im Jahr 2019 stellten wir zufällig fest, dass die Anlage auf dem Carport wesentlich weniger Energie erzeugte, als die auf der Garage. Grund dafür war ein defektes Solarmodul, an dessen Anschlussbox mehrere Dioden durchgeschmort waren. Ob man solch einen Fehler jedoch auch gemerkt hätte, wenn man keine vergleichbare Anlage hätte, ist durchaus fragwürdig. Nach so vielen Jahren kann es durchaus vorkommen, dass ein Modul kaputt gehen kann, so zumindest bestätigten uns das auch andere Händler und Solaranlagenbetreiber. Ein Komplettausfall fällt natürlich auf, aber so ein Fall mit verringerter Leistung ist nur dann ersichtlich, wenn man z.B. etwas zum Vergleichen hat und das regelmäßig prüfen kann.
Vorausgesetzt man findet solch ein defektes Modul, so sollte der Austausch aufgrund der Steckverbindungen kein Problem darstellen. Allerdings wurde schnell klar, dass die Modulgröße schon lange nicht mehr üblich war, aber wir beim Carport wegen der Indachmontage diese Größe benötigen. Glückerweise konnte unser Händler ein anderes monokristallines Modul auftreiben, welches von der Größe und den Leistungsdaten halbwegs passte. Auch wenn die Optik eines monokristallinen neben 15 polykristallinen Modulen sicherlich nicht jeden gefallen würde, konnte so zumindest die Anlage 2019 wieder in Betrieb gehen.
Modulausfälle Carport 2020
Anfang 2020 stellten wir wiederum bei der Carport-Anlage einen extremen Leistungsverlust fest und vermuteten mindestens 2 defekte Solarmodule. Nachdem wir auf dem Carport mehrere Module abmontiert und bei mehreren Schäden gesichtet hatten, entschlossen wir uns die gesamte PV-Anlage abzumontieren und uns jedes Modul einzeln anzusehen. Mit Erschrecken stellten wir fest, dass 7 von 16 Module Schäden aufweisen. Dazu zählen z.B. auf der Vorderseite und Rückseite braune Stellen bzw. auf der Rückseite mehrere Blasen bzw. Leiterbahnen, die sich durch die Rückseitenfolie geschmort haben.
Probleme auch bei Garagendachanlage
Nachdem wir auf dem Carport solch enorme Schäden hatten, musste mit unserem Händler eine Lösung her. Da aber beim Carport die Modulgröße aufgrund der Indachmontage gleichbleiben musste, blieb uns nach langen Diskussionen nur die Lösung übrig, die alten funktionsfähigen Module auf der Garage abzumontieren und diese als Ersatz für das Carport zu nutzen. Auf der Garage können aufgrund der Aufdachmontage andere Module verbaut werden.
Da der Solarpartner zu sehr mit anderen Baustellen beschäftigt war, montierten wir die PV-Anlage auf dem Garagendach in Eigenregie ab. Erschrocken haben uns dabei weniger die Wespennester, sondern bei genauerer Betrachtung der Zustand der Solarmodule. Auch hier zeigten sich bei 7 von 16 Module Schäden. Auch hier waren auf der Rückseite deutliche Blasenbildungen und braune Stellen zu erkennen. Wie lange diese letztlich schon vorhanden waren, können wir schlecht beurteilen. Ob dies evt. auch schon wochenlang/monatelang/jahrelang zu Leistungsverlusten geführt hat, können wir als private Anlagenbesitzer nicht ermitteln, zumal man auch im Nachhinein privat keinen Prüfstand hat, mit dem man sämtliche Module einzeln unter Laborbedingungen prüfen könnte.
Glücklicherweise konnten wir einen Kontakt mit IBC herstellen und ein Mitarbeiter hat sich bereiterklärt mit einer Wärmebildkamera vorbeizukommen, um die abmontierten Solarmodule, die keine sichtbaren Schäden haben, zu prüfen. Die Module wurden hierzu kurzgeschlossen und in die blanke Sonne gestellt. Mit der Wärmebildkamera kann man dann die einzelnen Zellen eines Solarmoduls beobachten. Bei zwei Solarmodulen waren Hot-Spots zu sehen, also einzelne Zellen, die sich wesentlich stärker erhitzen, als andere Zellen. Auch diese Module wurden ausgesondert. Rechnet man Garage und Carport zusammen, wiesen insgesamt 16 von 32 Modulen Schäden auf (14 mit sichtbaren Schäden + 2 laut Wärmebildkamera).
Neuer Ansatz mit SolarEdge Komponenten
Meinem Vater und mir gefiel es nicht mehr, dass man als Solaranlagenbetreiber Ausfälle einzelner Module bzw. teils auch nur Leistungseinbußen schlecht bemerkt. Aufgrund der Tatsache, dass wir 2020 ohnehin beide Solaranlagen abmontiert hatten und uns schon ein paar Jahre zuvor bei einen anderen Solaranlagenbetreiber Komponenten von SolarEdge angesehen haben, war uns relativ schnell klar, dass wir das in diesem Zusammenhang auch bei uns so umrüsten wollen. Außerdem ist es bei den beiden genannten Solaranlagen schon immer der Fall gewesen, dass es zu gewissen Uhrzeiten Teilverschattungen durch den Hausgiebel, eine Scheune bzw. Bäume gibt, mal von teils schlecht abrutschendem Schnee im Winter abgesehen.
Da sich kein SolarEdge Fachpartner/Fachberater in der Gegend finden ließ bzw. teils sogar Technik von Händlern schlechtgeredet wurde, obwohl diese nicht einmal den Namen gehört haben, entschloss ich mich selbst in das Thema einzuarbeiten und meldete mich bei SolarEdge an, um die Anlagen selbst neu zu planen.
Bei klassischen Anlagen werden mehrere Solarmodule in Reihe geschaltet und dieser String wird dann an den Wechselrichter geführt, wie das bereits im o.g. Schema gezeigt wurde. Bei der SolarEdge-Lösung werden hingegen sogenannte Leistungsoptimierer verbaut. In unserem Fall haben wir unter jedem Solarmodul den Leistungsoptimierer P370 verbaut. Ein Leistungsoptimierer ist eine Art DC/DC Wandler, der ein Modul noch mit einer gewissen Intelligenz ausstattet. Es wird die Leistung des Moduls überwacht und der Punkt der maximalen Leistungsabgabe (MPPT) geregelt, was u.a. auch Verluste bzgl. Herstellungstoleranz und Teilverschattung verringern soll. Das ist z.B. auch bei komplexeren Dachstrukturen mit unterschiedlichen Modulausrichtungen interessant.
Das folgende Foto zeigt einen SolarEdge Leistungsoptimierer P370 an einem neuen Solarmodul JKM-335M-60H-V, wobei wir insgesamt 10 auf dem Garagendach montiert haben, sodass wir wieder auf die nahezu gleiche Anlagenleistung kommen. Die Leistungsoptimierer haben wir mittels zwei selbstschneidender Schrauben am Alu-Rahmen des Solarmoduls befestigt.
Als Wechselrichter könnte man theoretisch wieder den Alten nehmen, jedoch fehlt diesem dann die Intelligenz die Daten der einzelnen Solarmodule - genauer gesagt Leistungsoptimierer - zu empfangen. Zwar ließe sich mit dem SolarEdge Sicherheit und Monitoring Interface (SMI-35-3C-01) eine Schnittstelle zwischen SolarEdge Leistungsoptimierern und Nicht-SolarEdge Wechselrichtern schaffen, aber preislich kommt ein SolarEdge Wechselrichter kaum teurer, der das alles in einem Gerät vereint. Deshalb haben wir uns entschieden bezogen auf unsere Anlagengrößen für das Carport und für die Garage jeweils einen neuen SolarEdge SE3000H Wechselrichter einzusetzen, um das Potential auszuschöpfen.
Anders als bei klassischen Anlagen, bei denen die Solarmodule als String in Reihe geschaltet werden, werden bei der SolarEdge-Lösung hingegen die Kabel der Leistungsoptimierer verbunden, sodass ein String entsteht. Dabei können weitaus mehr Module in Reihe geschaltet werden. Hier ist der Anlagen Designer auf der SolarEdge-Homepage sehr hilfreich, der bei der Planung prüft, ob das Projekt so umsetzbar ist. Natürlich ist auch das Bilden mehrerer Strings möglich, in unseren beiden Fällen aber nicht nötig.
An dieser Stelle sei auch erwähnt, dass sich bei klassischen PV-Anlagen in einem String die Spannungen der Solarmodule aufsummieren, die in Reihe geschaltet sind. Das führt dazu, dass an den Enden sehr hohe Spannungen im hohen dreistelligen Bereich vorliegen, selbst wenn bei der Montage noch kein Wechselrichter verbaut ist (für Laien nicht ungefährlich, besonders bei offenen Kabelenden). Anders sieht es bei der SolarEdge-Lösung aus. Ist die Anlage nicht in Betrieb, dann gibt ein verbauter Leistungsoptimierer nur 1 V aus. Sind z.B. 10 Solarmodule jeweils mit Leistungsoptimierer in Reihe geschaltet, lässt sich während der Montage per Voltmeter messen, ob eine Stringspannung von ca. 10 V anliegt. Erst mit der Freischaltung über den SolarEdge Wechselrichter geht die Anlage in Betrieb. Diese automatische Gleichspannungsreduzierung der Module auf einen sicheren Wert beim Abschalten des Wechselrichters ist während der Installation prima, aber auch zum Schutz für Feuerwehrleute im Brandfall eines Hauses, wobei man das natürlich nie hofft.
Beim Carport werden aufgrund der Indachmontage wieder 16 der alten noch funktionsfähigen IBC 200 S Megaline genutzt, wobei wir die alten Stecker und Buchsen gegen neue MC4 ersetzt haben, um auch dort die Leistungsoptimierer P370 anzuschließen (es hätte auch der kleinere P300 gereicht, waren aber zu dem Zeitpunkt nicht lieferbar und preislich ziemlich identisch). Beim Carport sind 16 Solarmodule jeweils mit Leistungsoptimierern in Reihe geschaltet und somit kann man während der Montage prüfen, ob im String 16 V anliegen.
Nachdem alles soweit mit den Wechselrichtern verkabelt ist, können diese mithilfe der sogenannten SolarEdge SetApp eingerichtet und in Betrieb genommen werden. Hierbei baut man mit dem Smartphone direkt eine Verbindung mit dem SolarEdge Wechselrichter per WLAN auf, der ein integriertes WiFi-Modul für diese Zwecke besitzt. Im normalen Betrieb kann der Wechselrichter auch mittels Netzwerkkabel angebunden werden, was auch bei uns der Fall ist.
Um die Anlagen zu überwachen, können die geplanten Solaranlagen aus dem SolarEdge Anlagen Designer in die sogenannte SolarEdge Monitoring-Plattform übertragen werden. Darin ist wiederum das Anlagenschema zu sehen und für jedes einzelne Solarmodul wird dort auch die individuelle Kennung des Leistungsoptimierers eingetragen, die bei jedem Leistungsoptimierer als Klebezettel mit angebracht ist. Das ist wichtig, sodass jedes Solarmodul auch in der grafischen Oberfläche am richtigen Platz zugeordnet ist. Wenn soweit alles eingerichtet ist, stehen die aktuellen Anlagendaten nicht nur auf der SolarEdge-Monitoring-Plattform per Webbrowser zur Verfügung, sondern können auch unterwegs per SolarEdge Monitoring App (für Installateure) bzw. mySolarEdge Monitoring App (für Endkunden) auf dem Smartphone abgerufen werden.
Wie so etwas z.B. an einem sonnigen Tag aussehen kann, zeigt z.B. der 31.07.2020. Der 23.08.2020 war hingegen ein bewölkter/regnerischer Tag, an dem dennoch die Sonnenstrahlen immer mal wieder kurz durchgekommen sind.
Ist im Winter eine Anlage ganz zugeschneit, ist natürlich nicht mit einem Ertrag zu rechnen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass dieser SolarEdge-Umbau 2020 sich natürlich auch erst bewähren muss. Deshalb kann ich hier keinerlei Aussagen über die Langlebigkeit treffen, auch wenn z.B. auf die Leistungsoptimierer eine Garantie von 25 Jahren gegeben wird. Dennoch zeigte sich schon nach ca. einem halben Jahr eine höhere Energieausbeute zu den Vorjahren, was nicht nur auf die neuen Solarmodule auf der Garage zurückzuführen ist.
Mit dieser Lösung hoffen wir in Zukunft bei einem Fehler an einer der beiden PV-Anlagen diesen direkt zu erkennen und zu sehen, welches Modul bzw. welche Module betroffen sind, ohne lange suchen zu müssen.
Ebenso lassen sich Modulwerte des aktuellen Tages einsehen. Interessant ist diese Übersicht an sonnigen Tagen, wenn zu bestimmten Tageszeiten eine Teilverschattung auf der Anlage vorherrscht. Hilfreich ist es dann u.a. auch, wenn man sich auf der SolarEdge Monitoring-Plattform in der Auslegung (Physikal. Layout) die Leistung in Watt in einer Zeitleiste betrachtet.
Nachtrag Dezember 2021
Zunächst folgt ein Screenshot eines sonnigen Tages der Garagenanlage. Dabei ist zu beachten, dass in den Morgenstunden die beiden rechten Module etwas verschattet sind und deshalb minimal weniger Energie liefern.
Der Gedanke einen Fehler an einer der beiden PV-Anlagen zu finden, ist letztendlich aufgegangen.
Im Sommer 2021 stellten wir bei der Carport-Anlage fest, dass ein Solarmodul etwas leistungsschwächer wird. Rein mit dem Auge und per aufgestellter Leiter konnte man so direkt nichts erkennen. Zwar haben wir auch beim Carport Teilverschattungen (meist am Nachmittag durch einen großen Baum), doch der Unterschied zu den anderen Modulen wurde immer schlimmer.
Im Oktober habe ich zufällig aus dem Dachgiebelfenster auf die PV-Anlage geschaut und natürlich achtet man dann besonders auf dieses Modul. Das folgende Foto zeigt die Anlage von der Rückseite. Spannend ist hier, dass der angefrorene Reif von der linken unteren Solaranlagenecke (gelber Pfeil) schräg abtaut. Hingegen ist beim defekten Modul zu erkennen, dass scheinbar zwei einzelne Zellen auf dem Modul heißer werden (roter Pfeil), weil diese Stellen schon weitaus mehr abgetaut waren.
Im Oktober 2021 fand sich letztlich eine Gelegenheit ein Gerüst aufzustellen und das Modul gegen ein Ersatzmodul auszutauschen, welches wir noch gelagert hatten. Schon am nächsten Tag zeigte sich, dass das ausgewechselte Modul ähnliche Werte, wie die Nachbarmodule bringt (Teilverschattung berücksichtigen). Natürlich könnte man behaupten, dass womöglich auch ein defekter Leistungsoptimierer schuld sein könnte, doch da haben wir den bereits verwendeten P370 einfach ummontiert.
Mittlerweile gehe ich fest davon aus, dass es weltweit dutzende Photovoltaikanlagen gibt, die aufgrund solcher Modul-Fehler nicht mehr die volle Leistung bringen, aber es kaum einer merkt, zumal bei diesem Solarmodul auf der Vorder- und Rückseite mit dem Auge keinerlei sichtbare Schäden zu erkennen sind