Der Dimensionierungsfaktor für Wechselrichter beschreibt das Verhältnis zwischen dem maximal gewinnbaren Gleichstrom (DC) aller installierten Photovoltaikmodule und der maximalen Wechselstrom-Ausgangsleistung (AC) der gesamten PV-Anlage. Er bildet die Bemessungsgrundlage für die Größe und Anzahl der notwendigen Wechselrichter. Diese wandeln den Solarstrom in netzkonformen Wechselstrom um, der für den Anschluss an das öffentliche Stromnetz oder für den direkten Verbrauch im Unternehmen geeignet ist. Der Dimensionierungsfaktor berechnet sich aus dem Quotienten der DC-Leistung des Wechselrichters und der PV-Leistung. Bei einer Unterdimensionierung liegt der Wert über 100 und bei einer Überdimensionierung unter 100 %. Ein Dimensionierungsfaktor von 100 % bedeutet demnach, dass beispielsweise bei einer installierten PV-Leistung von 700 kWp die DC-Wechselrichterleistung ebenfalls 700 KW beträgt. Solch eine Konstellation ist aber nicht in allen Fällen die optimale bzw. wirtschaftlichste. Daher muss bei der Planung jeder einzelnen gewerblichen Photovoltaikanlage der Dimensionierungsfaktor individuell neu berechnet werden.
Wechselrichter und Modul-Strings
Komplex wird die Planung von größeren Photovoltaikanalgen für Unternehmen dadurch, dass an einem Wechselrichter nur Solarmodule angeschlossen werden sollten, deren tatsächliche Leistungen gleich hoch sind. Bei solch einem String müssen alle Module also die gleiche Ausrichtung, Neigung und Verschattung aufweisen, damit der Wechselrichter effizient den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln kann.
80 unterschiedliche Strings zur Dimensionierung bei 700 kWp
In der Regel plant man jedoch verschiedene Hallendächer, Solar-Carports, Solar-Überdachungen oder Freiflächenfelder mit unterschiedlichen Ausrichtungen, Neigungen und Verschattungen. Die Berechnung findet dabei jedes Mal erneut statt, sobald ein Modul-String mit neuem MPP-Tracker der Wechselrichter oder einem MPP-Tracker eines Multistring-Wechselrichter fertig geplant ist. Um bei einer Anlagengröße von 700 kWp zu bleiben, berechnet der Planer einer einfachen Dach-PV-Anlage in dieser Dimension bereits etwa 80 Strings, wenn die Anlage eine Ost-West-Ausrichtung haben soll, da auch die Anzahl der Module pro String nicht beliebig groß sein darf: Die leistungsstärksten Wechselrichter können heute maximal 1.000 Volt pro String umwandeln, was etwa einer Leistung von 20 Modulen entspricht.
Die meiste Zeit sind Wechselrichter im Teillastbetrieb
Bei einem Dimensionierungsfaktor für Wechselrichter von 100 % wird davon ausgegangen, dass unter idealen Voraussetzungen, also bei optimaler Sonneneinstrahlung ohne Wolken und bei Temperaturen unter 25°, jeder String mit seinem Wechselrichter den bestmöglichen Stromertrag liefert. Solche Bedingungen liegen allerdings selten vor und die meiste Zeit wird ein Wechselrichter in Teillast betrieben. Und genau hier liegt das Problem: Alle Wechselrichter arbeiten unter Teillast nicht mehr so effizient. Schon ab einem 20-prozentigem Leistungsabfall des Strings und einem 80-prozentigem Teillastbetrieb des Wechselrichters setzt dieser Effekt ein. Abgesehen von den höheren Investitionskosten von großen Wechselrichtern, ist demnach eine Unterdimensionierung durchaus auch zusätzlich noch wirtschaftlich.
Ein Dimensionierungsfaktor für Wechselrichter größer 100 % ist wirtschaftlich
Bei der wirtschaftlichen Planung einer gesamten Photovoltaikanlage für ein Unternehmen spielt die Berechnung und Dimensionierung der Wechselrichter dadurch eine entscheidende Rolle. Sind sie unterdimensioniert, lassen sich die Leistungsspitzen nur dann kappen, wenn ideale Bedingungen herrschen. Dieser Energieverlust über einen gesamten Jahresverlauf einer PV-Anlage ist in der Regel marginal und muss dann den höheren Investitionskosten für größere Wechselrichter entgegengesetzt werden. Bei einer 700 kWp-Anlage, die jährlich je nach Standort etwa 630.000 – 700.000 kWh produzieren könnte, wenn sie mit einem Dimensionierungsfaktor von 100 % geplant würde, beträgt der Energieverlust in unseren Breitengraden bei einer Unterdimensionierung von 120 % durchschnittlich 4.500 kWh. Demgegenüber stehen mehrere zehntausende Euro für Wechselrichter, die eine höhere Nennleistung aufweisen. Je nach Sonneneinstrahlungsintensität gelten in Europa Dimensionierungsfaktoren zwischen 110 und 130 % als besonders wirtschaftlich. Alleine in Deutschland kann dieser Wert um +/- 5 % je nach Standort variieren.