Große Leistung auf kleinstem Raum

Stetige Miniaturisierung und gleichzeitige Leistungssteigerung elektronischer Geräte ist eine der großen Bestrebungen in der Elektronikentwicklung. Früher füllten metergroße Rechner Räume und verarbeiteten Daten mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit, während moderne Kleingeräte mit deutlich höherer Leistungsfähigkeit heute in unsere Hosentaschen passen. Auch in der Photovoltaik (PV) ist das ständige Bestreben, mehr Leistung auf geringerer Fläche zu erzeugen, ein zentraler Antrieb für Produktinnovationen und Weiterentwicklungen.

Über die vergangenen zwei Jahrzehnte hat sich die Stromerzeugung pro Quadratmeter bei Solarmodulen mehr als verdoppelt. Ein ähnlicher Trend ist auch bei PV-Wechselrichtern zu beobachten. Diese sind verantwortlich für die Umwandlung des Gleichstroms aus den Solarmodulen in haushaltsüblichen Wechselstrom. Das Gewicht und die Abmessungen von Wechselrichtern haben sich bei gleicher Leistung stetig verringert. Der Hebel für diese technologische Entwicklung ist die Frequenz, mit der die Elektronik getaktet wird, immer weiter zu erhöhen.

Ein Ziel von Elektronik-Entwicklern in der Photovoltaikindustrie ist die Maximierung der Taktfrequenz, da eine höhere Taktfrequenz kleinere getaktete Energiepakete ermöglicht. Dies führt zu einer Verkleinerung der elektronischen Komponenten und letztendlich zu Kosteneinsparungen durch den Einsatz kleinerer Bauteile. Das Problem: Eine erhöhte Taktfrequenz geht üblicherweise mit größeren Energieverlusten einher, was bisher zu einer verringerten Effizienz der Wechselrichter führte.

In über 30 Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist es unserem CTO (Chief Technical Officer) Henk Oldenkamp jedoch gelungen, diese Verluste erstmals erfolgreich in den Griff zu bekommen und so eine neue Rekord-Leistungsdichte für PV-Mikro-Wechselrichter zu erzielen. Seine bahnbrechende Technologie ermöglicht es, dass unser innovativer Mikro-Wechselrichter auf kleinerem Raum mehr Strom erzeugen kann als sämtliche Wettbewerbsprodukte.

Miniaturisierung und Kostensenkung sind Hauptanliegen der Elektronikentwicklung.

Neben ästhetischen Aspekten und der verbesserten Handhabung des Geräts verspricht diese einzigartige Technologie erhebliche Verbesserungen in der Logistik und mittelfristig sinkende Kosten für private Photovoltaik-Anlagen. Denn neben dem Streben nach Miniaturisierung ist die progressive Senkung von Kosten das zweite Hauptanliegen in der Elektronikentwicklung. Der ausentwickelte Mikro-Wechselrichter, der Solarnative Powerstick, ist nun seit Jahresbeginn für PV-Balkonkraftwerke erhältlich und soll noch in diesem Sommer für professionelle Solardach-Anlagen verfügbar werden.

30 Jahre Innovationshistorie

Mit der Markteinführung des Power-Stick in diesem Jahr erlangt die jahrzehntelange Entwicklungsarbeit des Solar-Pioniers Henk Oldenkamp ihren vorläufigen Höhepunkt – über 30 Jahre nachdem der gebürtige Niederländer Anfang der 1990er-Jahre den ersten Mikro-Wechselrichter der Welt erfand. Seine Vision, die er im Laufe seiner Karriere zunächst unter eigener Regie, später auch unter der Fahne eines renommierten deutschen Herstellers von Photovoltaik-Wechselrichtern vorantrieb war und ist klar: Die Integration des Mikro-Wechselrichters in den Rahmen des Solarmoduls und damit die Schaffung eines Plug-and-Play Moduls, das – wie ein herkömmliches Haushaltsgerät – einfach in die Steckdose gesteckt werden kann.

Die Tragweite dieser technischen Innovation reicht von der Vereinfachung der Montage von PV-Anlagen über erhöhte Sicherheit und Brandschutz bis hin zur weiteren Kostensenkung und Leistungssteigerung von PV-Anlagen. Integriert man nämlich die Leistungselektronik in den Modulrahmen, lässt sich das Zell-Layout so verändern, dass auf gleicher Fläche mehr Solarzellen platziert werden können. Zudem entfallen verschiedene Bauteile, wie die Junction Box, Stecker und Kabel, was eine wesentliche Senkung der Produktionskosten nach sich zieht.

Für den Installateur bedeutet die Entwicklung hin zu Solarmodulen mit integriertem Wechselrichter (sogenannte AC-Module) vor allem eins: eine massive Arbeitserleichterung, denn es muss kein Wechselrichter mehr im Keller oder auf dem Dach montiert und die dafür erforderlichen Kabel aufwändig verlegt werden.

Des Weiteren entfällt bei der Verwendung von Mikro-Wechselrichtern – ob als separates Produkt angeschlossen oder künftig modulintegriert – die lebensgefährliche Arbeit mit hoher Gleichspannung, da der Strom aus den PV-Modulen direkt an Ort und Stelle in Wechselstrom gewandelt wird.

Die Grenzen des physikalisch Möglichen verschieben

Um die Elektronik eines PV-Mikro-Wechselrichters so stark zu miniaturisieren, dass sie im Modulrahmen Platz findet, müssen die Grenzen des physikalisch Möglichen scheinbar verschoben werden. Es ist kein Zufall, dass das bislang noch keinem Hersteller gelungen ist. Nicht selten wurde Henk Oldenkamps Vision daher als unmöglich abgetan. Doch was für den einen unmöglich scheint, spornt den anderen zu Höchstleistungen an. Und so ist es dem passionierten Entwickler tatsächlich gelungen, sein hochambitioniertes Vorhaben umzusetzen. 2019 fiel der Entschluss, zur Realisierung und Markteinführung des Produkts ein Unternehmen, die Solarnative GmbH, mit eigener Fertigung zu gründen. Denn was technologisch neu und ungesehen ist, stellt auch etablierte Fertigungsprozesse und so manche Elektronikkomponente vor besondere Herausforderungen. So mussten neben der Ausentwicklung des Produkts auch gleichzeitig der Fertigungsprozess sowie einzelne Elektronikkomponenten, wie spezielle ASICs oder ein besonderer Transformator, als Sonder- oder Eigenanfertigung entwickelt werden.

Derzeit wird die Fertigung des kleinsten und schnellsten PV-Mikro-Wechselrichters der Welt in Hofheim am Taunus auf mehrere Tausend Stück pro Woche hochgefahren. Der Markteinführung der Power-Sticks für Solardächer im Sommer dieses Jahres steht also nichts mehr im Weg.

Julian Mattheis,

Solarnative GmbH

Foto: solarnative

Foto: solarnative