Oktober 2010

Zurück in die Zukunft

Mit dem Sunny Boy HF hat SMA den Trafo-Wechselrichter neu erfunden

Der neue Sunny Boy HF ist effizienter, flexibler und montagefreundlicher als Vergleichsmodelle auf dem Markt. Vor allem deshalb, weil er ein vor 19 Jahren entwickeltes SMA Konzept mit modernster Technologie kombiniert.

Der Wirkungsgrad des PV-WR 1500 ist aus heutiger Sicht bescheiden: Knapp 92 Prozent erreicht das 1991 erschienene Gerät – damals ein echter Spitzenwert. Sein technologisches Grundkonzept stand Pate für den neuen Sunny Boy HF, kombiniert mit Spitzentechnologie von heute. Es geht um den Hochfrequenztransformator, wie das Namenskürzel verrät. „Ein typischer 50 Hertz-Transformator ist das größte und schwerste Bauteil in einem Wechselrichter“, erläutert Sven Bremicker, Leiter der Plattformentwicklung, die Ausgangslage. „Nicht umsonst hat SMA die Entwicklung transformatorloser PV-Wechselrichter vorangetrieben und sie als einer der ersten Hersteller auf den Markt gebracht.“ Es gibt aber auch weiterhin Bedarf an Wechselrichtern mit Transformator – sei es wegen der notwendigen Erdung bestimmter Modultypen oder der galvanischen Trennung, die in einigen Ländern vorgeschrieben ist.

Das Beste aus zwei Konzepten

Damit standen die Anforderungen an die neue Gerätefamilie fest: Ziel war ein Wechselrichter, der die Vorteile beider Konzepte vereint. Der kompakt und leicht ist, alle Vorteile der galvanischen Trennung bietet und gleichzeitig einen höheren Wirkungsgrad besitzt als bisherige Trafogeräte dieser Leistungsklasse. „Das haben wir vor allem durch die Weiterentwicklung der HF-Topologie erreicht“, sagt Sven Bremicker. Deren Grundidee ist relativ simpel: Ein Transformator wird bei gleicher Leistung umso kleiner und leichter, je höher die Frequenz des ihn durchfließenden Wechselstroms ist. Wenn man den Gleichstrom der Solar-Module zunächst in einen hochfrequenten Wechselstrom wandelt, kann man folglich einen deutlich kompakteren Transformator einsetzen. Danach wird der Strom wieder gleichgerichtet, um schließlich in Wechselstrom mit der üblichen Netzfrequenz von 50 Hertz gewandelt zu werden.

Der zwischengeschaltete Hochfrequenzkreis erfordert allerdings eine Reihe zusätzlicher Halbleiterschalter, was den Aufbau komplizierter macht und auch mit zusätzlichen Verlusten verbunden ist. „Das Mehr an Elektronik ist beim heutigen Stand der Technik aber kein Problem – weder kostenmäßig, noch bei der Zuverlässigkeit“, erläutert Bremicker. „Und zur Steigerung des Wirkungsgrads setzen wir auf ein echtes Technik-Highlight: resonante Schaltungen.“ Den physikalischen Trick dahinter kennt jeder, der schon mal auf einer Schaukel gesessen hat: Die Schaukel hat eine bestimmte Resonanzfrequenz (sprich: Pendeldauer), die durch die Seillänge vorgegeben ist. Durch eine regelmäßige, geringe Energiezufuhr genau im richtigen Moment lässt sich kinderleicht eine starke und regelmäßige Schaukelbewegung aufbauen. Das ist wesentlich effizienter als das abwechselnde Bewegen eines nicht resonanten Objektes. Und es funktioniert auch mit den Halbleiterschaltern im Wechselrichter.

Klein, leicht und hocheffizient

Das innovative Schaltungskonzept spiegelt sich auch in den technischen Daten des kompakten Sunny Boy HF: Ein europäischer Wirkungsgrad von 95,5 Prozent und ein Spitzenwirkungsgrad von über 96 Prozent setzen Maßstäbe für galvanisch trennende Wechselrichter. Und mit einem Gewicht von lediglich 17 Kilogramm ist der SB 3000HF nur etwa halb so schwer wie konventionelle Geräte dieser Leistungsklasse. Davon abgesehen bietet die neue Gerätefamilie deutliche Vorteile bei der Planung und Installation: Zum einen sorgt der extrem weite DC-Spannungsbereich von 175 bis 700 Volt für eine außergewöhnliche Modulkompatibilität. Die meisten gängigen sechs Zoll-Module können dabei mit nur einem String ausgelegt werden.

Erdung in drei Sekunden

Zum anderen bietet der Sunny Boy HF als weltweit erster Wechselrichter die Möglichkeit, PV-Anlagen quasi „im Handumdrehen“ zu erden. Nötig ist lediglich ein kleines Zubehörteil, das SMA Plug-In Grounding: Ein stiftförmiges Kunststoffteil von etwa neun Zentimetern Länge, am Kopfende mit einem fünfpoligen Stecker. „Der Clou ist, dass die notwendige Verkabelung im Gerät bereits serienmäßig vorhanden ist. Man muss den Wechselrichter nicht mehr öffnen, sondern nur noch die Erdverbindung schließen – durch simples Einstecken des Plug-In-Grounding.“ Die Erdung eines PV-Generators dauert damit bestenfalls drei Sekunden: ESS-Griff am freigeschalteten Wechselrichter ziehen, SMA Plug-In-Grounding von unten in die vorgesehene Öffnung einstecken – fertig.

Flexibilität vor Ort

Das neue Erdungskonzept ist aber nicht nur einfach, sondern auch extrem flexibel. „Natürlich ist es ein wichtiger Unterschied, ob Sie den Plus- oder den Minuspol des PV-Generators erden“, erklärt Bremicker. „Das hängt von den jeweils verwendeten Modultypen ab. Vor Ort bei der Installation müssen Sie sich darüber aber keine Gedanken machen, mit dem SMA Plug-In Grounding geht nämlich beides.“ Der Trick: Das Plug-In Grounding lässt sich in zwei unterschiedlichen Richtungen einstecken. Der Wechselrichter erkennt die Einsteckrichtung über den fünfpoligen Steckkontakt und sorgt entsprechend für eine positive oder negative Erdung. Per Menüeinstellung kann der Installateur zusätzlich festlegen, ob sich das Gerät bei etwaigen Erdungsfehlern vom Netz trennen oder lediglich warnen soll.

Einfachste Bedienung, intelligente Features und ein hocheffizientes Schaltungskonzept – „da stecken schon ein paar gute Ideen unserer Entwickler drin“, bemerkt Sven Bremicker zufrieden. „Der neue Sunny Boy HF ist einfach ein perfektes Gerät für anspruchsvolle Anlagen.“