SolarMax 6000C. Testbericht. von Sputnik Engineering AG

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1 Berner Fachhochschule Hochschule für Technik und Informatik Fachbereich Elektro- und Kommunikationstechnik Kompetenzgruppe Energiesysteme Photovoltaik-Labor, CH-3400 Burgdorf Testbericht SolarMax 6000C von Sputnik Engineering AG

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3 Zusammenfassung Der vorliegende Bericht enthält die zusammengefassten Ergebnisse der Wechselrichtertests an einem Wechselrichter SolarMax 6000C des Herstellers Sputnik Engineering AG. Die Tests sind den aktuellen, zeitgemässen Möglichkeiten des PV-Labors der HTI in Burgdorf entsprechend durchgeführt. Der Wechselrichter wurde auf folgende Aspekte geprüft: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Statische und dynamische Wirkungsgrade Maximum-Power-Point-Tracking (MPPT) Verhalten Oberschwingungsverhalten DC- und AC-seitige Betriebsparameter Rundsteuersignal-Empfindlichkeit Selbstlauf und Schalttransienten Verhalten bei Leistungsüberangebot Es liegen Resultate über das Verhalten des Wechselrichters bei unterschiedlichem Leistungsangebot und unterschiedlichen Spannungsbereichen vor. In den bis Ende April 2006 durchgeführten Wechselrichter-Tests wurden für den dynamischen MPP-Tracking-Test etwas zu strenge Testbedingungen (zu grosse Variation der MPP- Spannung bei Leistungsvariation) angewendet. Dies betrifft auch eine früher publizierte Version dieses Testberichtes. Im Rahmen der stetigen Verbesserung der Qualität unserer Wechselrichtertests wurden ab Mai 2006 diese Testbedingungen realistischer gestaltet, d.h. die Variation der MPP-Spannung bei variabler Leistung deutlich reduziert und die Messungen des dynamischen MPPT-Wirkungsgrades wiederholt. Die auftretende Spannungsvariation entspricht nun etwa dem typischen Verhalten realer PV-Generatoren. Burgdorf, Hinweise Internet: Martin Kämpfer, Urs Zwahlen Assistenten PV-Labor HTI, Burgdorf Die beschriebenen Messungen wurden im Rahmen des BFE-Projektes Photovoltaik- Systemtechnik , Projekt Nr , Verfügung Nr im Auftrag des Bundesamtes für Energie (BFE) durchgeführt. Teile dieses Projektes wurden auch von der Localnet AG Burgdorf, der Gesellschaft Mont Soleil und der Elektra Baselland mitfinanziert. Die Messungen wurden auf Grund der langjährigen Erfahrung des PV-Labors mit Messungen an Wechselrichtern für netzgekoppelte PV-Anlagen mit grosser Sorgfalt und mit präzisen Messinstrumenten nach bestem Wissen und Gewissen durchgeführt. Da Fehler aber nie ganz ausgeschlossen sind, kann keine Garantie irgendwelcher Art im juristischen Sinn für Vollständigkeit oder Korrektheit der in diesem Bericht enthaltenen Messergebnisse übernommen werden oder eine Haftung für irgendwelche Schäden übernommen werden, die aus der Verwendung der in diesem Bericht enthaltenen Angaben entstehen könnten. Das Photovoltaiklabor der HTI in Burgdorf behält sich sämtliche Rechte (insbesondere Copyright) an diesem Bericht vor. Eine Wiedergabe von darin enthaltenen Messergebnissen oder Diagrammen ist nur nach schriftlicher Genehmigung durch den Laborleiter und unter Quellenangabe möglich. gez. Prof. Dr. H. Häberlin Leiter Photovoltaik-Labor

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5 Inhaltsverzeichnis 1 Testergebnisse SolarMax 6000C von Sputnik Engineering Messbericht Technische Herstellerdaten (Datenblatt) Testablauf Stufenmessung Leistungsmessungen EasyTest Messbeschreibung EasyTest Eingangskontrolle und Betrieb bei Nennleistung Funktionskontrolle EMV-Verhalten EMV-Verhalten auf der AC-Seite bei P ACn EMV-Verhalten auf der DC-Seite bei P ACn Spannung des DC-Eingangs am Wechselrichter gegenüber Erdpotential U DC+ PE und U DC- PE bei P AC = P ACn = 4600 W Überprüfung der angegebenen Kenndaten Ein und Ausschaltspannung DC-Seite Netzeinspeise-Ein- und Ausschaltleistung DC-Seite Nennspannungsbereich DC-Seite Nennspannungsbereich AC-Seite Stand-by-Leistung AC-Seite Nachtleistung AC-Seite Umwandlungswirkungsgrad Umwandlungswirkungsgrad gemessen in drei verschiedenen Spannungsbereichen mit Kennlinie Füllfaktor 75 % Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 250 V Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 330 V Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 420 V MPPT-Wirkungsgrad Trackingwirkungsgrad gemessen in drei verschiedenen Spannungsbereichen mit Kennlinie Füllfaktor 75 % MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 250 V MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 330 V MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 420 V Totaler Wirkungsgrad Einführung Totaler Wirkungsgrad in drei verschiedenen Spannungsbereichen mit Kennlinie Füllfaktor 75 % Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 250 V Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 330 V Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 420 V Wirkungsgrade bei tiefen Spannungen Allgemeines Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 110 V I

6 MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 110 V Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 110 V MPP-Trackingverhalten MPP-Trackingverhalten U DC > U MPP MPP-Trackingverhalten U DC < U MPP MPP-Trackingverhalten U DC U MPP Trackingverhalten bei maximalem Wirkungsgrad des WR Oberschwingungsströme Oberschwingungsströme bei U MPP = 250 V und 1/3* P ACn, 2/3* P ACn und P ACn Oberschwingungsströme bei U MPP = 330 V und 1/3* P ACn, 2/3* P ACn und P ACn Oberschwingungsströme bei U MPP = 420 V und 1/3* P ACn, 2/3* P ACn und P ACn Dynamisches Verhalten des Wechselrichters SolarMax 6000C Messbeschreibung dynamische Messung Dynamisches Verhalten bei U MPP = 250 V Dynamisches Verhalten bei U MPP = 330 V Dynamisches Verhalten bei U MPP = 420 V Dynamisches Verhalten mit langen Zeitabschnitten Spannungs- und Netzfrequenzüberwachung Messbeschreibung Netzfrequenzüberwachung Netzfrequenzüberwachung SolarMax 6000C Rundsteuersignalempfindlichkeit Rundsteuersignalempfindlichkeit des SolarMax 6000C Selbstlauftest Messbeschreibung Selbstlauftest Beispiel: Minimaler Netz-Ableitstrom bei angepasster Last und P DCn Selbstlauftest nach CH-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = R 2 = 0 Ω, R 3 = Selbstlauftest nach D-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = R 2 = 0.25 Ω, R 3 = 1.0 Ω Selbstlauftest nach D-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = R 2 = 0.50 Ω, R 3 = 1.0 Ω Selbstlauftest nach D-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = R 2 = 0.75 Ω, R 3 = 1.0 Ω Selbstlauftest nach D-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = R 2 = 1.0 Ω, R 3 = 1.0 Ω Selbstlauftest nach D-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = ( j) Ω, R 3 = 1.0 Ω Selbstlauftest nach D-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = ( j) Ω, R 3 = 1.0 Ω Selbstlauftest nach D-Vorschrift bei P DC = P DCn, Z 2 = ( j) Ω, R 3 = 1.0 Ω Leerlaufabschaltung Messung auftretender Spannungstransienten bei Leerlaufabschaltung mit Nennlast Test der Fehlerstromüberwachung II

7 Beschreibung des Tests der Fehlerstromüberwachung Messaufbau und Messbeschreibung Verhalten des Wechselrichters Solarmax 6000C beim Auftreten von kontinuierlich ansteigenden Fehlerströmen Verhalten des Wechselrichters Solarmax 6000C beim Auftreten von plötzlich ansteigenden Fehlerströmen bei vorherigem fehlerstromfreien Betrieb Verhalten des Wechselrichters Solarmax 6000C beim Auftreten von plötzlich ansteigenden Fehlerströmen bei Betrieb mit realitätsgetreuen kapazitiven Ableitströmen. C f = 100 nf Verhalten des Wechselrichters Solarmax 6000C beim Auftreten von plötzlich ansteigenden Fehlerströmen bei bereits vorherrschenden, grossen kapazitiven Fehlerströmen. Netzspannung = 0.85 U ACn Verhalten des Wechselrichters Solarmax 6000C beim Auftreten von plötzlich ansteigenden Fehlerströmen bei bereits vorherrschenden, grossen, kapazitiven Fehlerströmen. Netzspannung = U ACn Verhalten des Wechselrichters Solarmax 6000C beim Auftreten von plötzlich ansteigenden Fehlerströmen bei bereits vorherrschenden, grossen, kapazitiven Fehlerströmen. Netzspannung = 1.1 U ACn Messung mit Überlast gemäss SEV/Electrosuisse Messbeschreibung Überlasttest Abbildungsverzeichnis III

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9 1 Testergebnisse SolarMax 6000C von Sputnik Engineering Die EMV-Messung des SolarMax 6000C liefert auf der DC-Seite sehr gute Resultate. Im ganzen gemessenen Frequenzbereich liegt der Störpegel weit unter dem zulässigen Grenzwert. Auch die AC-Seitigen EMV-Tests liefern bei hohen Frequenzen durchaus zufriedenstellende Ergebnisse. Probleme hat der Wechselrichter einzig bei der AC-seitigen Messung zwischen 150 khz und 300 khz. In diesem Frequenzbereich wird der Normpegel bei WR-Nennleistung um bis zu fast 20 dbµv überschritten. Stören kann dies den Langwellen- (LW-)Empfang eines Rundfunksenders, wobei die LW-Sender heute kaum mehr benutzt werden. Der maximal gemessene Wirkungsgrad liegt bei 96.0 %. Dies entspricht nicht ganz den Herstellerangaben, die einen maximalen Wirkungsgrad von 97 % vorsehen. Der ermittelte Eurowirkungsgrad liegt mit 95.4 % (bei 420 V MPP ) ebenfalls etwas unter den Werksangaben, die für diesen Fall mit 96.2 % rechnen. Tendenziell gilt: Je höher die DC-Eingangsspannung, desto höher der Wirkungsgrad. Der SolarMax 6000C zeichnet sich durch ein sehr gutes MPP-Tracking (MPPT) zwischen 99 % und 100 %, bereits ab 5 Prozent Nennleistung, aus. Diese hohen Werte erreicht er bei tiefen und mittleren Spannungen. Bei hohen Spannungen steigt der η MPPT ab ca. 15 % Nennleistung auf über 99 %. Im dynamischen Test schneidet der WR leicht unterschiedlich ab, da bei einer DC-seitigen Leistungsänderung das MPPT nicht immer gleich schnell nachregelt. Bei den durchgeführten Messungen ergaben sich sehr gute dynamische MPPT-Wirkungsgrade zwischen 97.8 % und 99.8 %. Die Tests, welche das Verhalten der Oberschwingungsströme analysierten, lieferten durchwegs befriedigende Resultate. Die Norm EN wird überall, z.t. aber ziemlich knapp, eingehalten. Die vom Hersteller angegebenen Betriebsparameter für die DC- und AC-Seite stimmen im Wesentlichen mit den gemachten Messungen überein und erfüllen (wo vorhanden) die entsprechenden Normen. Bei der Überprüfung der Rundsteuersignal- (RSS-) Empfindlichkeit verhielt es sich so, dass der WR bei den niedrigen RSS-Frequenzen bei RSS-Spannungen ab ca. 8 V manchmal kurzzeitig ausschaltete. Nach Wegfall des RSS schaltete der SolarMax 6000C automatisch wieder ein. Die Rundsteuersignale führten zu keinen Schäden am Wechselrichter. Die Selbstlauftests bewältigte der SolarMax 6000C zum grössten Teil erfolgreich. Beim Test nach Schweizer Vorschrift schaltete der WR (mit deaktivierter ENS) zirka 550 ms nach dem Netzausfall ab. Mühe bereitete einzig der Test nach Deutscher Vorschrift mit einer zusätzlichen Netzserieimpedanz von 1.0 Ω und einem Netzimpedanzsprung von Z = 1.0 Ω. Hier arbeitete der Wechselrichter im Inselbetrieb. Bei allen anderen Messungen erfolgte innerhalb der geforderten 5 s eine Abschaltung. Tritt eine Leerlaufabschaltung ein, so steigt die Spannung während knapp zwei Perioden auf einen Spannungs-Peakwert von ca V AC bzw V AC (Spitzenwerte). Dies sollte keine Probleme verursachen. Im Falle eines DC-seitigen Leistungsüberangebots regelt der SolarMax 6000C automatisch zurück und speist mit maximaler AC-Leistung ins Netz. Den zweistündigen Test bei 1.4-facher DC-Nennleistung meisterte der Wechselrichter ohne Problem und ohne irgendwelchen Schaden zu nehmen

10 2 Messbericht Datum : Prüfling : SolarMax 6000C Seriennummer : Hersteller : Sputnik Engineering AG Adresse : Höheweg 85 CH-2502 Biel Telefon : +41 (0) Fax : +41 (0) sputnik@solarmax.com Internet : Technische Herstellerdaten (Datenblatt) Generator- Empfehlung DC- Anschlussdaten Konvertierung AC-Netzdaten Allgemeine Daten Einheit SolarMax 6000C Max. installierbare PV-Leistung W pstc 6600 Max. DC-Eingangsleistung W pstc 6600 Nachtverbrauch W 0 MPP-Spannungsbereich min. V 90 MPP-Spannungsbereich max. V 560 Max. Leerlaufspannung V 600 Max. DC-Strom A 22 DC-Eingänge Anzahl 3+1 Max. Wirkungsgrad % 97 Max. Euro-Wirkungsgrad (bei 400V DC ) % 96.2 Nennausgangsleistung Dauerbetrieb P n W 4600 Spitzenleistung P p W 5100 Frequenz, nominal Hz 50 +/- 0.2 AC-Netzspannung V 230 Netzspannung Toleranzbereich % -15 / +10 Klirrfaktor bei P n % < 3 Leistungsfaktor cos ϕ > 0.98 Netzüberwachung ENS (VDE 0126) Notwendige Phasen zum Netzanschluss Anzahl 1 Einspeisephasen Anzahl 1 Schutzart (Innengehäuse) IP 54 Kühlung Konvektion, bei Bedarf Lüfter Gewicht kg 15 Abmessungen B x H x T mm 550 x 250 x 200 Weitere technische Informationen sind dem entsprechenden Handbuch zu entnehmen

11 2.2 Testablauf Sichtkontrolle, Betriebstest bei Nennleistung, Spannungsmessung DC -> PE EMV-Messungen Entstörmassnahmen DC-seitige Ein- & Ausschaltleistung Kennlinie wählen Tests im Normalbetrieb AC-seitige Nachtleistung Nächste Leistungsstufe starten Umwandlungswirkungsgrad MPPT-Wirkungsgrad statisch Oberschwingungsströme Stufenmessung fertig? Stufenmessung (typ. 23 Leistungsstufen) an verschiedenen Spannungen und Kennlinien AC-seitige Standby-Leistung MPPT-Wirkungsgrad dynamisch Alle Kennlinien gemessen? Rundsteuersignal-Empfindlichkeit Tests teilweise belastend Selbstlauftest Test der Betriebsparameter Spannungstransienten bei Abschaltung 40% Leistungsüberangebot gemass SEV Abbildung 2-1 Testablauf

12 Stufenmessung Während einer 23-Stufenmessung wird der Wechselrichter in 23 verschiedenen Leistungsstufen von 0.8 % bis 100 % Nennleistung (P n ) durchgemessen. Die 23-Stufenmessung setzt sich aus folgenden Leistungsstufen (bezogen auf P n ) zusammen: P-Stufe [%*P n ] P-Stufe [%*P n ] P-Stufe [%*P n ] P-Stufe [%*P n ] Tabelle 1: Relative Leistungsstufen einer 23-Stufenmessung bezogen auf P n 2.4 Leistungsmessungen Im Dezember 2005 konnte das PV-Labor der HTI ein neues 4-kanaliges Wattmeter in Betrieb nehmen, das gegenüber den für früher verwendeten Geräten (PM3000A von Voltech) nochmals eine höhere Genauigkeit aufweist. Vergleichsmessungen haben gezeigt, dass mit diesem Wattmeter bei mittleren und höheren Leistungen im Mittel ein um zirka 0.2 % höherer Umwandlungswirkungsgrad η gemessen wird, was auch eine entsprechende Erhöhung des Euro-Wirkungsgrades zur Folge hat. Wirkungsgradmessungen erfolgen seit Dezember 2005 mit dem neuen Wattmeter (WT3000 von Yokogawa)

13 2.5 EasyTest Messbeschreibung EasyTest EasyTest ist das Messprogramm des Photovoltaiklabors der HTI in Burgdorf. Die Messungen und die Tests, insbesondere Wirkungsgradmessungen, Trackingverhalten und Oberschwingungsmessungen sind mit diesem Programm und dem zugehörigen Messaufbau durchgeführt worden. Sofern kein anderer Testaufbau beschrieben ist, sind die nachfolgend dokumentierten Messungen und Tests mit dem folgenden Messaufbau durchgeführt worden. Messaufbau DAQ-Book Par I/O Kennlinienmessgerät _ + KO (Kontrolle) Erregerstrom I=0..4A DC-Generator V Solargenerator Simulator Differential Probe 1/200 Stromwandler Wechselrichter Trenntrafo 230V/400V 4.2kVA Netz 400V/230V 50Hz Netzgerät + _ + DC- Generator _ Erregung Ausagnag+ _ + _ Eingang SolSim RS 232 Ausgang + _ LEM + = _ L1 N LEM MPPT- Analysator rt bl 50Aeff LEM SSM U rt 800V blau EXT Hi Lo I DC [A] U DC [V] CH3 WT3000 Lo Hi EXT U AC [V] I AC [A] CH1 IEEE 488 (GPIB) DAQ-Book PC RS 232 PC Par I/O Par I/O Kennlinienmess-PC Steuer-PC EasyTest Par I/O RS 232 RS 232 IEEE 488 (GPIB) Abbildung 2-2 Messaufbau EasyTest 2.6 Eingangskontrolle und Betrieb bei Nennleistung Funktionskontrolle Die Inbetriebnahme des Wechselrichters funktionierte ohne Probleme. Der Betrieb bei AC-Nennleistung (4600 W) wurde während zwei Stunden ohne Unterbruch aufrechterhalten

14 2.7 EMV-Verhalten EMV-Verhalten auf der AC-Seite bei P ACn Messaufbau 10cm Holz Wechselrichter DC - + AC L, N, PE BNC-Buchsen 50Ω abschliessen Metallplatte DC-Netznachbildung Z CM = 150 Ω Z DM = 100 Ω 1000 V DC / 75 A DC PV-Generator (Simulator) Zusatzfilter 750 V DC / 75 A DC AC-Netznachbildung R & S ESH2-Z5 400 V / 32 A Verbindung zu Steckdose AC-Netznachbildung T12 oder CEE-Steckdose je nach WR-Leistung Evtl. Vordämpfung BNC-Buchse Impulsbegrenzer 10dB Spectrumanalyzer Advantest R3261A Erdlitze 0.4*3.5cm auf Fundamenterde 5*10mm2 Netz PC Abbildung 2-3 Messaufbau EMV-Messung AC-Seite Für die EMV-Messung auf der AC-Seite werden folgende Messgeräte und Betriebsmittel benötigt: Solargenerator Simulator 20 kw, 810 V, 30 A (Eigenbau HTI Burgdorf) Zusatzfilter (Eigenbau HTI Burgdorf) DC-Netznachbildung (Eigenbau HTI Burgdorf) AC-Netznachbildung ESH2-Z5 (Rhode & Schwarz) Spektrumanalysator Advantest RS3261A (Advantest Corporation)

15 Messung und Messergebnisse Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U OC I SC U DC I DC P AC Externe Dämpfung am Spektrumanalysator Reference level Abtastbandbreite Detector Dwelltime Continuous method Startfrequenz Stoppfrequenz : 20 kw, 810 V, 30 A : FF 75 %, R P = 1MΩ : 519 V : 12.7 A : 419 V : 11.6 A : 4.6 kw : 20 db : 75 db : 9 khz : QuasiPeak : 500 ms : Swept : 150 khz : 30 MHz SolarMax 6000C: HF-Störspannungen [dbµv] auf der AC-Seite AC_EN55014 EMV Pac = 4.6kW Grundrasen Pegel [dbµv] Frequenz [MHz] Abbildung 2-4 EMV-Verhalten auf der AC-Seite Diskussion Die AC-seitige EMV-Messung liefert für Frequenzen > 300 khz gute bis sehr gute Resultate. Ab rund 600 khz liegt der Störpegel 10 dbµv und mehr unter dem zulässigen Grenzwert. Im Frequenzbereich bis 300 khz wird die Norm permanent überschritten. Dies kann zu Störungen bei LW-Radiosendern führen. Allerdings sind Langwellensender in der heutigen Zeit nur noch wenig verbreitet

16 2.7.2 EMV-Verhalten auf der DC-Seite bei P ACn Messaufbau 10cm Holz Wechselrichter Metallplatte AC L, N, PE DC dB intern (bei Messung berücksichtigen) 10dB Spectrumanalyzer Advantest R3261A IEEE488 (GPIB) DC-Netznachbildung Z CM = 150 Ω Z DM = 100 Ω 1000 V DC / 75 A DC T1 T2 T3 Evtl. Vordämpfung 50Ω abschliessen Impulsbegrenzer ESH 3-Z2 PV-Generator (Simulator) Verbindung zu Steckdose AC-Netznachbildung T12 oder CEE-Steckdose je nach WR-Leistung Zusatzfilter 750 V DC / 75 A DC AC-Netznachbildung R & S ESH2-Z5 400 V / 32 A BNC-Buchse 50Ω abschliessen PC Erdlitze 0.4*3.5cm auf Fundamenterde 5*10mm2 Netz Abbildung 2-5 Messaufbau EMV-Messung DC-Seite Für die EMV-Messung auf der DC-Seite werden folgende Messgeräte und Betriebsmittel benötigt: Solargenerator Simulator, 20 kw, 810 V, 30 A (Eigenbau HTI Burgdorf) Zusatzfilter (Eigenbau HTI Burgdorf) DC-Netznachbildung (Eigenbau HTI Burgdorf) AC-Netznachbildung ESH2-Z5 (Rhode & Schwarz) Spektrumanalysator Advantest RS3261A (Advantest Corporation)

17 Messung und Messergebnisse Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U OC I SC U DC I DC P AC Externe Dämpfung am Spektrumanalysator Reference level Abtastbandbreite Detector Dwelltime Continuous method Startfrequenz Stoppfrequenz : 20 kw, 810 V, 30 A : FF 75 %, R P = 1MΩ : 519 V : 12.7 A : 419 V : 11.6 A : 4.6 kw : 30 db : 65 db : 9 khz : QuasiPeak : 500 ms : Swept : 150 khz : 30 MHz SolarMax 6000C: HF-Störspannungen [dbµv] auf der DC-Seite DC_EN55014 EMV Pac = 4.6kW Grundrasen 70 Pegel [dbµv] Frequenz [MHz] Abbildung 2-6 EMV-Verhalten auf der DC-Seite Diskussion Das EMV-Verhalten des SM6000C auf der DC-Seite ist absolut unproblematisch. Im ganzen gemessenen Frequenzbereich von 150 khz bis 30 MHz liegen die Störpegel unterhalb der Normkurve

18 2.8 Spannung des DC-Eingangs am Wechselrichter gegenüber Erdpotential U DC+ PE und U DC- PE bei P AC = P ACn = 4600 W Messschema Oszilloskop CH1 CH2 CH3 CH4 Solargenerator- Simulator DC+ Wechselrichter Diff.Probe SI-9000 PE 1:200 Diff.Probe SI :200 DC- DC AC L1 N PM3000 U I L1 N Netz 230VAC 50Hz Abbildung 2-7 Messaufbau zur Ermittlung der WR-Eingangsspannung bezüglich Erdpotential

19 Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie Impedanz Mess-Sonden (CAT III) U OC I sc P DC U DC I DC P AC U AC I AC : Einzelmessung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 2 MΩ : 520 V konstant : 10.0 A : 3.86 kw : 422 V : 9.14 A : 3.68 kw : 235 V : 15.7 A Messergebnis Kanal 1 Spannung U DC+ PE, DC-gekoppelt 100 V / Div, 10 ms / Div Kanal 2 Spannung U DC- PE, DC-gekoppelt 100 V / Div, 10 ms / Div Abbildung 2-8 DC-Spannungen gegenüber Erdpotential Diskussion Die Messung der beiden DC-Leitungs-Potentiale gegenüber Schutzleiter entspricht den Erwartungen für einen transformatorlosen Wechselrichter. Da keine galvanische Trennung vorhanden ist, ist die Sinusform des 230 V AC -Netzanschlusses auf der DC- Seite des Wechselrichters sichtbar

20 2.9 Überprüfung der angegebenen Kenndaten Ein und Ausschaltspannung DC-Seite Ermittlung der kleinsten Ein- und Ausschaltspannung U DC_ein_gemessen [V] : 118 V U DC_aus_gemessen [V] : 82.5 V Netzeinspeise-Ein- und Ausschaltleistung DC-Seite Ermittlung der DC-Einschaltleistung für Netzeinspeisung bei U OC = 330 V, Kennlinie FF 75% R P = 1MΩ P DC_ein_gemessen [W] : 29.2 W Messung der DC-Ausschaltleistung für Netzeinspeisung bei U OC = 330 V, Kennlinie FF 75% R P = 1MΩ P DC_aus_gemessen [W] : 25.8 W Nennspannungsbereich DC-Seite U DC_min_gemessen [V] U DC_min_Datenblatt [V] U DC_max_gemessen [V] U DC_max_Datenblatt [V] Nennspannungsbereich AC-Seite : 69 V (Stand-by; keine Einspeisung) : 90 V (MPP-Angabe) : 565 V (Ende Einspeisung) : 600 V Gemessen bei P ACn U AC_min_gemessen [V] U AC_min_Datenblatt [V] U AC_max_gemessen [V] U AC_max_Datenblatt [V] : 196 V (Beginn Einspeisung), 195 V (Meldung: Unterspannung) : 196 V : 250 V (Ende Einspeisung), 251 V (Meldung: Überspannung) : 253 V Stand-by-Leistung AC-Seite Messung der AC-Stand-by-Leistung bei U OC = 330 V, Kennlinie FF 75% R P = 1MΩ P AC_gemessen [W] : 1 W Nachtleistung AC-Seite Vergleich der gemessenen Nachtleistung mit der vom Hersteller im Datenblatt angegebenen Nachtleistung P AC_gemessen [W] : < 0.5 W P AC_Datenblatt [W] : 0 W

21 2.10 Umwandlungswirkungsgrad Umwandlungswirkungsgrad gemessen in drei verschiedenen Spannungsbereichen mit Kennlinie Füllfaktor 75 % η [%] SolarMax 6000C: Wirkungsgrade η (P DC /P DCn ) Wirkungsgrad; Umpp = 250 V Wirkungsgrad; Umpp = 330 V Wirkungsgrad; Umpp = 420 V P DC / P DCn P DCn = 4900 W PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-9 Umwandlungswirkungsgrad (Spannungsmodus U OC_fix ) Übersicht Wirkungsgrade Maximalwerte η Euro_max 95.4 % η max 96.0 % bei P DC = 3088 W / U MPP = 420 V Übersichtswerte pro Messreihe U MPP [V] η Euro [%] η max [%] Diskussion Den höchsten Umwandlungswirkungsgrad erreicht der SolarMax 6000C im oberen Bereich seines MPP-Spannungsfensters

22 Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 250 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 250 V : 310 V konstant η [%] SolarMax 6000C: Wirkungsgrad η (P DC /P DCn ) bei U MPP = 250 V Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Normierte DC-Leistung P DC / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-10 Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 250 V, WR-Arbeitsspannung, MPP- Spannung Europäischer Wirkungsgrad Der angegebene europäische Wirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Wirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der Nennleistung des Wechselrichters. Resultate Leistung in % von P DCn η [%] η Euro 94.5 η max 95.1 % bei P DC = 1983 W U DC [V]

23 Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 330 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 330 V : 408 V konstant η [%] SolarMax 6000C: Wirkungsgrad η (P DC /P DCn ) bei U MPP = 330 V Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Normierte DC-Leistung P DC / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-11 Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 330 V, WR-Arbeitsspannung, MPP- Spannung Europäischer Wirkungsgrad Der angegebene europäische Wirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Wirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der Nennleistung des Wechselrichters. Resultate Leistung in % von P DCn η [%] η Euro 95.1 η max 95.7 % bei P DC = 1991 W U DC [V]

24 Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 420 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 420 V : 520 V konstant η [%] SolarMax 6000C: Wirkungsgrad η (P DC /P DCn ) bei U MPP = 420 V Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Normierte DC-Leistung P DC / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-12 Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 420 V, WR-Arbeitsspannung, MPP- Spannung Europäischer Wirkungsgrad Der angegebene europäische Wirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Wirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der Nennleistung des Wechselrichters. Resultate Leistung in % von P DCn η [%] η Euro 95.4 η max 96.0 % bei P DC = 3088 W U DC [V]

25 2.11 MPPT-Wirkungsgrad Trackingwirkungsgrad gemessen in drei verschiedenen Spannungsbereichen mit Kennlinie Füllfaktor 75 % ηmppt [%] SolarMax 6000C: MPPT-Wirkungsgrade η MPPT (P MPP /P DCn ) Trackingwirkungsgrad; Umpp = 250 V Trackingwirkungsgrad; Umpp = 330 V Trackingwirkungsgrad; Umpp = 420 V P MPP / P DCn P DCn = 4900 W PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-13 Trackingwirkungsgrade bei drei verschiedenen MPP-Spannungsbereichen Übersicht MPPT-Wirkungsgrade Maximalwerte η MPPT_Euro_max % η MPPT_max % bei P DC = 1487 W / U MPP = 250 V Übersichtswerte pro Messreihe U MPP [V] η MPPT_Euro [%] η MPPT_max [%] Diskussion Der Wechselrichter SM6000C verfügt bereits bei kleinen Leistungen über einen hohen MPPT-Wirkungsgrad von mehr als 99 %. Einzig bei der höchsten gemessenen Spannung ist das Trackingverhalten im Teillastbetrieb stellenweise leicht schlechter

26 MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 250 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 250 V : 310 V konstant ηmppt [%] WR: MPPT-Wirkungsgrad η MPPT (P MPP /P DCn ) bei U MPP = 250 V Trackingwirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-14 Trackingwirkungsgrad bei U MPP = 250 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung Europäischer Trackingwirkungsgrad Der angegebene europäische Trackingwirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Trackingwirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der Nennleistung des Wechselrichters. Resultate Leistung in % von P DCn η MPPT [%] η MPPT_Euro η MPPT_max % bei P MPP = 1487 W U DC [V]

27 MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 330 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 330 V : 408 V konstant ηmppt [%] SM 6000C: MPPT-Wirkungsgrad η MPPT (P MPP /P DCn ) bei U MPP = 330V Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Trackingwirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Abbildung 2-15 Trackingwirkungsgrad bei U MPP = 330 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung Resultate Leistung in % von P DCn η MPPT [%] η MPPT_Euro η MPPT_max 99.85% bei P MPP = 3732 W U DC [V]

28 MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 420 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 420 V : 520 V konstant ηmppt [%] SM 6000C: MPPT-Wirkungsgrad η MPPT (P MPP /P DCn ) bei U MPP = 420V Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Trackingwirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Abbildung 2-16 Trackingwirkungsgrad bei U MPP = 420 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung Resultate Leistung in % von P DCn η MPPT [%] η MPPT_Euro η MPPT_max % bei P MPP = 1492 W U DC [V]

29 2.12 Totaler Wirkungsgrad Einführung Der totale Wirkungsgrad setzt sich aus dem Produkt des Umwandlungswirkungsgrades und des MPPT-Wirkungsgrades zusammen. Mit Hilfe dieser Grösse kann also ein direkter Bezug zwischen der MPP-Leistung des Solargenerators und der AC-Ausgangsleistung des Wechselrichters hergestellt werden: η tot = η η MPPT = P P AC MPP Der totale Wirkungsgrad sagt aus, wie gut der Wechselrichter die angebotene Leistung umsetzen kann

30 Totaler Wirkungsgrad in drei verschiedenen Spannungsbereichen mit Kennlinie Füllfaktor 75 % ηtot [%] SolarMax 6000C: Wirkungsgrade η tot (P MPP /P DCn ) tot. Wirkungsgrad; Umpp = 250 V tot. Wirkungsgrad; Umpp = 330 V tot. Wirkungsgrad; Umpp = 420 V P MPP / P DCn P DCn = 4900 W PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-17 Totale Wirkungsgrade bei drei verschiedenen MPP-Spannungen Übersicht Totalwirkungsgrade Maximalwerte η tot_euro_max η tot_max 95.0 % bei U MPP = 420 V 95.6 % bei P DC = 2478 W / U MPP = 420 V Übersichtswerte pro Messreihe U MPP [V] η tot_euro [%] η tot_max [%] Diskussion Der WR erreicht im oberen Spannungsbereich den besten totalen Wirkungsgrad. Wegen der leichten MPP-Tracking-Probleme bei U MPP = 420 V im Teillastbereich, ist der Europäische Total-Wirkungsgrad trotz des höheren Umwandlungswirkungsgrades nur unwesentlich höher als bei U MPP = 330 V

31 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 250 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 250 V : 310 V konstant ηtot [%] SM6000C:Wirkungsgrad η tot (P MPP /P DCn ) = η*η MPPT bei U MPP = 250V tot. Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-18 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 250 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung Europäischer Total-Wirkungsgrad Der angegebene europäische Wirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Wirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der Nennleistung des Wechselrichters. Resultate Leistung in % von P DCn η tot [%] η tot_euro 94.2 η tot_max 94.9 % bei P DC = 1983 W U DC [V]

32 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 330 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 330 V : 408 V konstant ηtot [%] SM6000C:Wirkungsgrad η tot (P MPP /P DCn ) = η*η MPPT bei U MPP = 330V tot. Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-19 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 330 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung Europäischer Total-Wirkungsgrad Der angegebene europäische Wirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Wirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der Nennleistung des Wechselrichters. Resultate Leistung in % von P DCn η tot [%] η tot_euro 94.7 η tot_max 95.3 % bei P DC = 2491 W U DC [V]

33 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 420 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 420 V : 520 V konstant ηtot [%] SM6000C:Wirkungsgrad η tot (P MPP /P DCn ) = η*η MPPT bei U MPP = 420V tot. Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 25kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Abbildung 2-20 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 420 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung Europäischer Total-Wirkungsgrad Der angegebene europäische Wirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Wirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der Nennleistung des Wechselrichters. Resultate Leistung in % von P DCn η tot [%] η tot_euro 95.0 η tot_max 95.6 % bei P DC = 2478 W U DC [V]

34 2.13 Wirkungsgrade bei tiefen Spannungen Allgemeines Der SolarMax 6000C verfügt über einen sehr weiten MPP-Spannungsbereich von 90 V DC bis 560 V DC. Der maximale Strom auf der DC-Seite beträgt jedoch nur 22 A. Aus diesem Grund ist es erst ab einer MPP-Spannung von ca. 230 V DC möglich, die Ausgangs-Nennleistung von 4.6 kw zu erreichen. Die nachfolgenden Grafiken entsprechen denjenigen aus den Kapiteln 2.10 bis 2.12, jedoch mit einer MPP- Spannung von 110 V DC und demzufolge nur bis AC-Leistungen von knapp 2.3 kw Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 110 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 110 V : 135 V konstant η [%] SolarMax 6000C: Wirkungsgrad η (P DC /P DCn ) bei U MPP = 110 V Normierte DC-Leistung P DC / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 20kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Abbildung 2-21 Umwandlungswirkungsgrad bei U MPP = 110 V, WR-Arbeitsspannung, MPP- Spannung η max 92.6 % bei P DC = 1416 W U DC [V]

35 MPPT Wirkungsgrad bei U MPP = 110 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 110 V : 135 V konstant ηmppt [%] SM 6000C: MPPT-Wirkungsgrad η MPPT (P MPP /P DCn ) bei U MPP = 110V Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 20kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ Trackingwirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Abbildung 2-22 Trackingwirkungsgrad bei U MPP = 110 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung η MPPT_max % bei P DC = 1416 W U DC [V]

36 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 110 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 110 V : 135 V konstant ηtot [%] SM6000C:Wirkungsgrad η tot (P MPP /P DCn ) = η*η MPPT bei U MPP = 110V Normierte MPP-Leistung P MPP / P DCn (P DCn = 4900 W) PV-Simulator 20kW, Kennlinie: FF = 75%, R P = 1MΩ tot. Wirkungsgrad WR-Arbeitsspannung MPP-Spannung Abbildung 2-23 Totaler Wirkungsgrad bei U MPP = 110 V, WR-Arbeitsspannung, MPP-Spannung η tot_max 92.5 % bei P DC = 1416 W Diskussion In diesem Spannungsbereich ist es nicht möglich, den korrekten Eurowirkungsgrad zu ermitteln, da die maximal erreichbare Leistung nur knapp 0.5 * P nenn beträgt. Der maximal gemessene Wirkungsgrad ist mit 92.6 % tiefer als bei den höheren Spannungen. Angesichts der kleinen Leistung und des relativ schlechten Wirkungsgrades macht es wenig Sinn, den SolarMax 6000C in diesem Spannungsbereich zu betreiben U DC [V]

37 Europäischer Wirkungsgrad bei leistungsreduziertem Betrieb mit kleiner Eingangsspannung (U MPP = 110 V) Mit Hilfe eines Deratings ist es möglich, einen Europäischen Wirkungsgrad zu ermitteln, der jedoch nicht auf die WR-Nennleistung, sondern auf die durch den Maximalstrom begrenzte Leistung (P DCn ) Bezug nimmt. Aus der MPP-Spannung und dem Maximalstrom ergibt sich somit folgende begrenzte Nennleistung: P DCn = U MPP * I max = 110 V * 22 A = 2.42 kw Wie in den Kapiteln 2.10 bis 2.12 wird der Europäische Wirkungsgrad nach folgender Formel berechnet: η = 0.03* η + η euro * η * η * η * η50 0.2* Dabei stehen die tiefgestellten Indizes für den Wirkungsgrad bei entsprechendem Prozentsatz der reduzierten Nennleistung (P DCn ) des Wechselrichters. Mit der Formel für den Europäischen Wirkungsgrad lassen sich nun folgende Werte ermitteln: Leistung in % von P DCn η [%] η tot_euro 91.6 Für den Totalen Wirkungsgrad erhält man die Werte: Leistung in % von P DCn η tot [%] η tot_euro

38 2.14 MPP-Trackingverhalten MPP-Trackingverhalten U DC > U MPP Messparameter Messung : Einzelmessung Solargenerator-Simulator : 20 kw / 810V / 30 A Solargenerator-Kennlinie : FF 75 %, R P = 1 MΩ U OC : 408 V konstant I sc : 132 ma U MPP_theoretisch : 330 V U MPP_ist : 317 V U DC : 360 V I DC : 82.5 ma η MPPT : 84.8 % SolarMax 6000C: DC-Arbeitspunkte bei U MPP = 330 V DC-Arbeitspunkte Solargenerator-Kennlinie P DC [W] U DC [V] Abbildung 2-24 DC-Arbeitspunkte auf gemessener U-P-Kennlinie, U DC > U MPP Kanal 1 U DC am Wechselrichter, AC-gekoppelt 400 mv / Div, 10 ms / Div Kanal 2 I DC am Wechselrichter AC-gekoppelt 100 ma / Div, 10 ms / Div Abbildung 2-25 Messrauschen bei kleinster WR-Einspeiseleistung; Strom auf DC- Seite

39 MPP-Trackingverhalten U DC < U MPP Messparameter Messung : Einzelmessung Solargenerator-Simulator : 20 kw / 810 V / 30 A Solargenerator-Kennlinie : FF 75 %, R P = 1 MΩ U OC : 520 V konstant I sc : 206 ma U MPP_theoretisch : 420 V U MPP_ist : 409 V U DC : 372 V I DC : 185 ma η MPPT : 96.9 % P DC [W] SolarMax 6000E: DC-Arbeitspunkte bei U MPP = 420 V DC-Arbeitspunkte Solargenerator-Kennlinie U DC [V] Abbildung 2-26 DC-Arbeitspunkte auf gemessener U-P-Kennlinie, U MPP = 408 V, U DC < U MPP Kanal 1 U DC am Wechselrichter, AC-gekoppelt 1 V / Div, 10 ms / Div Kanal 2 I DC am Wechselrichter, DC-gekoppelt 200 ma / Div, 10 ms / Div Abbildung 2-27 Messrauschen bei kleiner WR-Einspeiseleistung; Strom auf DC-Seite

40 MPP-Trackingverhalten U DC U MPP Messparameter Messung : Einzelmessung Solargenerator-Simulator : 20 kw / 810 V / 30 A Solargenerator-Kennlinie : FF 75 %, R P = 1 MΩ U OC : 408 V konstant I sc : 16.5 A U MPP_theoretisch : 330 V U MPP_ist : 329 V U DC : 328 V I DC : 14.9 A η MPPT : % SolarMax 6000C: DC-Arbeitspunkte bei U MPP = 330 V DC-Arbeitspunkte Solargenerator-Kennlinie P DC [W] U DC [V] Abbildung 2-28 DC-Arbeitspunkte auf gemessener U-P-Kennlinie, U MPP = 329V, U DC U MPP Kanal 1 U DC am Wechselrichter, AC-gekoppelt 2 V / Div, 10 ms / Div Kanal 2 I DC am Wechselrichter, AC-gekoppelt 500 ma / Div, 10 ms / Div Abbildung Hz-Rippel des SM6000C im mittleren Spannungsbereich

41 Trackingverhalten bei maximalem Wirkungsgrad des WR Messparameter Messung : Einzelmessung Solargenerator-Simulator : 20 kw / 810 V / 30 A Solargenerator-Kennlinie : FF 75 %, R P = 1 MΩ U OC : 520 V konstant I sc : 6.45 A U MPP_theoretisch : 420 V U MPP_ist : 423 V U DC : 415 V I DC : 5.94 A η MPPT : % SolarMax 6000C: DC-Arbeitspunkte bei U MPP = 240 V DC-Arbeitspunkte Solargenerator-Kennlinie P DC [W] U DC [V] Abbildung 2-30 DC-Arbeitspunkte auf U-P-Kennlinie, U MPP = 423V, η = 95.8 % Kanal 1 U DC am Wechselrichter, AC-gekoppelt 2 V / Div, 5 ms / Div Kanal 2 I DC am Wechselrichter, AC-gekoppelt 200 ma / Div, 5 ms / Div Abbildung Hz-Rippel des SolarMax 6000C im oberen Spannungsbereich

42 2.15 Oberschwingungsströme Oberschwingungsströme bei U MPP = 250 V und 1/3* P ACn, 2/3* P ACn und P ACn Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 20 kw, 810 V, 30 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 250 V : 310 V konstant I [A] SolarMax 6000C: Oberschwingungsströme I[A] bei U MPP = 250 V 1/3 AC-Nennleistung 2/3 AC-Nennleistung AC-Nennleistung EN Ordnungszahl PV-Simulator 20kW, Kennlinie: FF = 75%, RP = 1MΩ Abbildung 2-32 Oberschwingungsströme bei U MPP = 250 V

43 Oberschwingungsströme bei U MPP = 330 V und 1/3* P ACn, 2/3* P ACn und P ACn Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 25 kw / 750 V / 40 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 330 V : 408 V konstant I [A] SolarMax 6000C: Oberschwingungsströme I[A] bei U MPP = 330 V 1/3 AC-Nennleistung 2/3 AC-Nennleistung AC-Nennleistung EN Ordnungszahl PV-Simulator 20kW, Kennlinie: FF = 75%, RP = 1MΩ Abbildung 2-33 Oberschwingungsströme bei U MPP = 330 V

44 Oberschwingungsströme bei U MPP = 420 V und 1/3* P ACn, 2/3* P ACn und P ACn Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U MPP U OC : 23-Stufenmessung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 MΩ : 420 V : 520 V konstant I [A] SolarMax 6000C: Oberschwingungsströme I[A] bei U MPP = 420 V 1/3 AC-Nennleistung 2/3 AC-Nennleistung AC-Nennleistung EN Ordnungszahl PV-Simulator 20kW, Kennlinie: FF = 75%, RP = 1MΩ Abbildung 2-34 Oberschwingungsströme bei U MPP = 420 V Diskussion Die EN wird im Teillastbereich gut und bei Nennleistung zum Teil nur knapp eingehalten. Bei hoher DC-Spannung auf der Eingangsseite ist das Stromoberwellenverhalten des Wechselrichters besser

45 2.16 Dynamisches Verhalten des Wechselrichters SolarMax 6000C Messbeschreibung dynamische Messung Messung Das dynamische Verhalten beschreibt das Verhalten des getesteten Wechselrichters bei dynamischer DC-Einspeisung. Dieser Test gibt Auskunft darüber, wie schnell sich der Wechselrichter an schwankende Eingangsleistungen anpassen kann. Die Stärke der Sonneneinstrahlung auf einen PV-Generator kann sehr schnell ändern und damit auch die dem Wechselrichter angebotene PV-Leistung. Je besser und schneller sich der Wechselrichter diesen Änderungen anpasst, desto grösser fällt auch der Ertrag der gesamten PV-Anlage aus. Messablauf Der Solargenerator-Simulator speist den Wechselrichter abwechslungsweise mit zwei verschiedenen Leistungen. Dabei schaltet der Simulator, gesteuert durch die Test-Software EasyTest, in Zeitabständen von 10 Sekunden zwischen 100 % Nennstrom und 20 % Nennstrom des Wechselrichters um. Standardmässig dauert das Umschalten des Nennstromes 200 ms und beinhaltet eine Leistungs- Zwischenstufe. Sind die Testbedingungen anders gewählt, ist dies bei der entsprechenden Messung vermerkt. Eine quantitative Beurteilung des dynamischen Verhaltens lässt sich über den dynamischen MPPT-Wirkungsgrad (dynamischer Maximum-Power-Point-Tracking-Wirkungsgrad) gewinnen. Dynamischer MPPT-Wirkungsgrad: η MPPT _ dyn = T 0 T 0 M M P P DC MPP ( t) dt = ( t) dt E E bezogen max Verhältnis der vom Wechselrichter bezogenen Energie zur während des Testzyklus (Dauer T M ) möglichen, lieferbaren MPP-Energie vom PV-Generator. Der dynamische MPPT-Wirkungsgrad sagt aus, wie schnell und wie genau der gemessene Wechselrichter der jeweils höchsten angebotenen PV-Leistung nachregelt (Tracking). P 100% Leistungsangebot 10 s 5 min 5 min 20% 10 s Abbildung 2-35 Zeitlicher Ablauf einer dynamischen Messung (Leistungsangebot auf DC-Seite) t

46 Dynamisches Verhalten bei U MPP = 250 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U OC I MPP_20% I MPP_100% U MPP_20% U MPP_100% P MPP_20% P MPP_100% : Dynamische Messung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 kω : 320 V variabel : 3.87 A : 19.6 A : 241 V : 253 V : 932 W : 4949 W SolarMax 6000C: Dynamische DC-Leistung bei U MPP = 250 V P MPP High P DC [W] P MPP Low Pdyn=f(t) Pmpp hohe Stufe Pmpp tiefe Stufe 0 Leistungsangebot Low High T Zeit [s] Abbildung 2-36 Dynamische Leistung bei U MPP = 250 V (zugehöriger Spannungsverlauf siehe Abbildung 2-37)

47 U DC [V] SolarMax 6000C: Dynamische DC-Spannung bei U MPP = 250 V U MPP High U MPP Low Udyn=f(t) Umpp hohe Stufe Umpp tiefe Stufe Zeit [s] Abbildung 2-37 Dynamische Spannung bei U MPP = 250 V SolarMax 6000C: DC-Arbeitspunkte bei U MPP = 250 V P DC [W] DC-Arbeitspunkte Kennlinie hohe Stufe Kennlinie tiefe Stufe Pmpp hohe Stufe Pmpp tiefe Stufe P-Reduktion P-Zunahme U DC [V] Abbildung 2-38 DC-Arbeitspunkte der dynamischen Messung bei U MPP = 250 V Auswertung Dynamischer MPPT-Wirkungsgrad 98.5 %

48 Dynamisches Verhalten bei U MPP = 330 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U OC I MPP_20% I MPP_100% U MPP_20% U MPP_100% P MPP_20% P MPP_100% : Dynamische Messung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 kω : 427 V variabel : 3.00 A : 15.1 A : 308 V : 330 V : 926 W : 4979 W SolarMax 6000C: Dynamische DC-Leistung bei U MPP = 330 V P MPP High P DC [W] P MPP Low Pdyn=f(t) Pmpp hohe Stufe Pmpp tiefe Stufe 0 Leistungsangebot Low High T Zeit [s] Abbildung 2-39 Dynamische Leistung bei U MPP = 330 V (zugehöriger Spannungsverlauf siehe Abbildung 2-40)

49 U DC [V] SolarMax 6000C: Dynamische DC-Spannung bei U MPP = 330 V U MPP High U MPP Low Udyn=f(t) Umpp hohe Stufe Umpp tiefe Stufe Zeit [s] Abbildung 2-40 Dynamische Spannung bei U MPP = 330 V P DC [W] SolarMax 6000C: DC-Arbeitspunkte bei U MPP = 330 V DC-Arbeitspunkte Kennlinie hohe Stufe Kennlinie tiefe Stufe Pmpp hohe Stufe Pmpp tiefe Stufe P-Reduktion P-Zunahme U DC [V] Abbildung 2-41 DC-Arbeitspunkte der dynamischen Messung bei U MPP = 330 V Auswertung Dynamischer MPPT-Wirkungsgrad 97.8 %

50 Dynamisches Verhalten bei U MPP = 420 V Messparameter Messung Solargenerator-Simulator Solargenerator-Kennlinie U OC I MPP_20% I MPP_100% U MPP_20% U MPP_100% P MPP_20% P MPP_100% : Dynamische Messung : 20 kw / 810 V / 30 A : FF 75 %, R P = 1 kω : 520 V variabel : 2.31 A : 11.8 A : 394 V : 420 V : 908 W : 4957 W SolarMax 6000C: Dynamische DC-Leistung bei U MPP = 420 V P MPP High P DC [W] P MPP Low Pdyn=f(t) Pmpp hohe Stufe Pmpp tiefe Stufe 0 Leistungsangebot Low High T Zeit [s] Abbildung 2-42 Dynamische Leistung bei U MPP = 420 V (zugehöriger Spannungsverlauf siehe Abbildung 2-43)