Solarzellen-Arrays simulieren

Solarzellen mit DC-Netzteil simulieren

...für den Test von Wechselrichtern, Leistungs-Optimierern und Energiespeichern

Zusammen mit Wind- und Wasserkraft ist die Solarenergie eine der führenden regenerativen Energien. Neben kleinen Solar-Kraftwerken auf dem Balkon, Panels auf Hausdächern oder ganzen Felder von Solarzellen-Arrays spielt aber auch die periphere Elektronik dazu eine große Rolle. Dies sind zum Beispiel Speicherbatterien, Wechselrichter und Leistungsoptimierer. Und wie jedes industriell hergestellte Produkt müssen auch diese Komponenten umfangreich getestet werden.

Aus der Strahlungsenergie des Sonnenlichts erzeugen Solar- oder Photovoltaik- (PV) Zellen elektrische Energie in Form von Gleichstrom (DC). Dieser kann in Batterien gespeichert werden oder für die Einspeisung in das Wechselstromnetz mit Wechselrichtern in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden.

Abbildung 1: Beispiel eines PV-Wechselrichters

Leistungsoptimierer überwachen die Leistung der einzelnen Solarmodule und sorgen dafür, dass sie möglichst effizient am MPP arbeiten (Maximum Power Point - der Punkt, an dem das Photovoltaik-Modul die maximale Leistung bringt). Beeinträchtigt wird die Leistung zum Beispiel durch partiellen Schattenwurf, Änderung der Sonneneinstrahlung oder die Temperatur des Moduls. PV-Module sind üblicherweise in eine Reihe/String geschaltet. Wenn die Module durch die genannten Störfaktoren ungleiche Erträge erbringen, bestimmt das schwächste Modul die Gesamtleistung. PV-Leistungsoptimierer sind vom Prinzip her DC/DC-Wandler, die das System so steuern, dass alle Module im String mit ihrer maximalen Leistung zur Gesamtleistung beitragen.

Für den zuverlässigen und reproduzierbaren Test dieser Komponenten in Entwicklung und Produktion muss im Testfeld das Solarzellen-Array realistisch simuliert werden Das dafür entwickelte ▸IT-N2100 des Herstellers ITECH ist im Prinzip eine spezialisierte DC-Stromversorgung für die Simulation von Solaranlagen.

Abbildung 2: Solar-Simulator ▸IT-N2100

Das ▸IT-N2100 erlaubt eine schnelle Änderung der IV-Kurve bei einer maximalen Leistung bis 800 W oder 1500 W. Für höhere Leistungsbereiche über 1500 W kann alternativ die ▸IT6000B mit der SAS1000 Solar Array Software eingesetzt werden. Das Gerät unterstützt bis 144 kW und kann parallel auf bis 2 MW erweitert werden.

Es können die IV-Ausgangscharakteristiken verschiedener Silizium-, GaAs- und anderen Arten von Solarmodule unter verschiedenen Betriebsbedingungen wie Temperatur, Licht/Schattenverfall und Alterung simuliert werden. Der Prüfling (Wechselrichter, PV-Leistungsoptimierer mit String-Wechselrichter etc.) wird vom ▸IT-N2100 mit Gleichstrom versorgt, wie es im realen Umfeld durch die Solarzellen geschehen würde. Dann wird zum Beispiel am Ausgang des Leistungsoptimierers oder des Wechselrichters mit einem Leistungsanalysator die Leistung der erzeugten Wechselspannung untersucht.

Ziel ist die Charakterisierung, der Test und die Effizienz-Optimierung der Komponenten. Zudem können auch Batteriespeichersysteme in PV-Anlagen für den Test mit dem Simulator realitätsnah geladen werden.

Der ▸IT-N2100 bietet eine ultra-niedrige Stromwelligkeit und unterstützt Prüfungen nach EN50530, Sandia, NB/T32004, CGC/GF004, CGC/GF035 Vorschriften für dynamische Modelltests sowie das Erstellen von Berichten. Für automatisierte Systeme ist das Gerät mit den Standard-Kommunikations-Schnittstellen LAN/Ethernet und USB ausgestattet, eine Software für Windows ist im Lieferumfang.

(Nach Unterlagen von ITECH.
Hintergrund-Bilder Solarpanels: Image by PublicDomainPictures and andreas160578 from Pixabay.
Originalbild PV-Wechselrichter: Image by Paolo Pagaling from Pixabay.)