WR-Wirkungsgrad in Abhängigkeit von PAC und UDC

Verfasst am: 24.08.2008, 20:00

Moin Leute,

mich hat mal interessiert, wie der Wirkungsgrad des Wechselrichters von der Eingangsspannung und der AC-Leistung abhängt.
Zunächst habe ich die Abhängigkeit von der AC-Leistung untersucht. Hierzu habe ich die gemessenen 5-Minuten-Mittelwerte der AC-Leistung (PAC) geteilt durch die 5-Minuten-Mittelwerte von Strom (IDC) und Spannung (UDC), das Ganze mit einer Auflösung von 50 Watt.

Die rote Kurve ist aus den Daten meines WR1 ermittelt, die blaue aus Daten von WR2. Die beiden WR sind baugleich (Kaco 3500xi), allerdings hängen an WR1 16 Module, an WR2 nur 15.
Offensichtlich arbeitet WR2 mit höherem Wirkungsgrad. Da der einzige Unterschied die Anzahl der dranhängenden Module ist, vermutete ich, dass es außerdem noch eine Abhängigkeit von der Eingangsspannung gibt.

Also habe ich die Berechnung als Funktion der Eingangsspannung durchgeführt, zunächst als Mittelwert über alle Daten, sortiert nach Eingangsspannung. Da kam nur Blödsinn bei raus. Der Grund ist, dass die Spannung sich kaum ändert, wenn die Einstrahlung sich ändert. Bei der Berechnung habe ich somit die Werte über ganz verschiedene Einstrahlungsszenarien gemittelt, was - wenn man obiges Bild betrachtet - zu ganz verschiedenen Wirkungsgradwerten führt. Je nachdem, wie oft das Wetter gut oder schlecht war, würde der Schwerpunkt in der Kurve oben verschoben.
Dann habe ich die gleiche Berechnung nochmals durchgeführt, allerdings nur mit den Daten, bei denen die AC-Leistung größer als 1000 W betrug:

Man stellt fest, dass sich hier der Wirkungsgrad geringfügig mit der Spannung ändert, wobei der Wirkungsgrad für kleine Spannungen größer ist als für große Eingangsspannungen.
Ich habe übrigens nur Daten aus verschattungsfreien Monaten genommen, um mir nicht Artefakte von Verschattungen einzuhandeln.
Wieso hat nun immer noch der WR2 einen höheren Wirkungsgrad als der WR1? Ich betrachte doch jetzt die Werte bei gleicher Eingangsspannung und bei PAC>1000 W. Auf den ersten Blick müsste sich jetzt die unterschiedliche Anzahl der Module nicht mehr auswirken, wenn ich die gleiche Eingangsspannung betrachte.
Auf den zweiten Blick wirkt es sich aber trotzdem noch aus. Denn wenn ich bei beiden WR die gleiche Eingangsspannung betrachte, erfolgt bei WR1 eine Mittelung über mehr Daten mit geringerer Einstrahlung als bei WR2.

Wenn ich nun die Grenze PAC > 1000 W immer weiter nach unten verschiebe, d.h. mehr Daten mit geringerer Einstrahlung in die Mittelung einfließen lasse, verändern sich die Kurven:

Fazit: Die Abhängigkeit des Wechselrichter-Wirkungsgrads von Leistung und Eingangsspannung ist sehr komplex. Eine grafische Darstellung in 3D mit Eingangsspannung und Leistung als Achsen der Grundfläche und Wirkungsgrad als Höhe wäre schön.
Dadurch dass ich zwei baugleiche WR aber mit verschiedener Modulanzahl habe, kann ich prinzipiell nicht mit beiden WR den gleichen Punkt in der 3D-Darstellung abbilden. Die Wirkungsgrad-Kurven der WR werden also immer unterschiedlich sein.

Ich möchte das Ganze mal zur Diskussion stellen. Sind meine Gedankengänge und Schlussfolgerungen richtig? Oder habe ich dabei noch was nicht bedacht?

Forumsinventar Angemeldet: 23.03.2006 Beiträge: 3803

Hallo apfelsol,

vielen Dank für deine ausführlichen Betrachtungen, jetzt weiss ich wenigstens schonmal dass, jedenfalls bei deinem trafolosen Kaco- Modell, der Wirkungsgrad hin zu niedrigen Spannungen am Eingang ansteigt. Also müsste Kaco einen Tiefsetzsteller am DC-Eingang einsetzen.
Die von dir beschriebenen Kennlinienfelder bekommt man bei manchen Herstellern schon geliefert, bei anderen wenigstens welche für verschiedene feste Eingangsspannungen.
Bei Kaco bekommt man (wenigstens öffentlich) bisher das was man sieht wenn man die Augen zumacht, nämlich nix.
Zu den erheblich verschieden gemessenen Wirkungsgraden deiner beiden Wr, da denke ich eher dass es nicht hauptsächlich an einem Modul mehr oder weniger liegt, sondern an Toleranzen der internen Meßschaltungen der Geräte, oder hast Du die beiden Wr extern mit Ausgangsleistung und Eingangsleistung vermessen ?

Viele Grüße:

Klaus

Verfasst am: 24.08.2008, 20:26

Boelckmoeller3 hat Folgendes geschrieben:

vielen Dank für deine ausführlichen Betrachtungen, jetzt weiss ich wenigstens schonmal dass jefdenfalls bei deinem Kaco- Modell der Wirkungsgrad hin zu niedrigen Spannungen ansteigt. Also müsste Kaco einen Tiefsetzsteller am DC-Eingang einsetzen.

Wie meinst Du das? Ist das eine Vermutung, dass Kaco Tiefsetzsteller einsetzt, oder sollte Kaco dies tun, um was zu verbessern? Was ist überhaupt ein Tiefsetzsteller?

Zitat:

Die von dir beschriebenen Kennelinienfelder bekommt man bei manchen Herstellern schon geliefert, bei anderen wenigstens welche für verschiedene Eingangsspannungen.
Bei Kaco bekommt man (wenigstens öffentlich) bisher nix.

Stimmt. Ich hab mich bei Kaco totgesucht, nachdem ich in einer Photon-Zeitschrift mal solche Grafiken (von anderen WR) gesehen habe.

Zitat:

Zu den erheblich verschieden gemessenen Wirkungsgraden deiner beiden Wr, da denke ich eher dass es nicht hauptsächlich an einem Modul mehr oder weniger liegt, sondern an Toleranzen der internen Meßschaltungen der Geräte, oder hast Du beiden Wr extern mit Ausgangsleistung und Eingangsleistung vermessen ?

Die Daten sind die von den WR gelieferten Messdaten über die RS232-Schnittstelle, gemittelt über 5 Minuten (diese Mittelung macht sicherlich schon vieles "kaputt"). Natürlich kann es Toleranzen in den Messschaltungen geben. Allerdings glaube ich dennoch, dass es im wesentlichen an der unterschiedlichen Anzahl der Module liegt. Denn der WR1 wurde im April ausgetauscht, und die Situation beim Vorgänger-WR1 ist genauso wie beim jetzigen WR1 im Vergleich zu WR2. Wenn der Wirkungsgrad-Unterschied im wesentlichen auf Toleranzen der Messschaltungen beruhte, hätte ich erwartet, dass sich nach dem Austausch etwas signifikant ändert.

Forumsinventar Angemeldet: 23.03.2006 Beiträge: 3803

Hallo nochmal,

jeder Wechselrichter (oder fast jeder, weiss ich nicht genau) verwendet entweder Hochsetz- oder Tiefsetzsteller am Eingang die zunächst die Eingangsspannung ein Stück hoch oder runter auf einen bestimmten Pegel setzen bevor sie intern weiterverarbeitet wird. Wenn die ankommende Spannung schon fast auf dem Niveau ist, wie sie zur Weiterverarbeitung im Gerät gebraucht wird, ist der Wirkungsgrad etwas besser. Demnach scheint Kaco also hier einen Tiefsetzsteller zu verwenden und wenn die Eingangsspannung niedriger ist, muß weniger umgesetzt werden und der Wirkungsgrad wird etwas besser.
Wenn Du die internen Meßwerte der Wechselrichter benutzt ( nicht jeder hat ja einen richtigen Meßplatz, wie manche Fachhochschulen oder die Hersteller zuhause rumstehen) solltest du dir dessen bewusst sein dass da schon erhebliche Toleranzen von Gerät zu Gerät bestehen können, außerdem natürlich auch Toleranzen beim realen Wirkungsgrad der Geräte.

Viele Grüße:

Klaus

Forumsinventar Angemeldet: 09.11.2007 Beiträge: 1462

Hi apfelsol,

also der Wirkungsgrad der WR ist nur sehr gering von der AC-Spannung abhängig. Wie Boelkmoeller schon korreterweise schrieb, hat der Kaco einen Tiefsetzsteller. Wenn Du jetzt eine hohe DC-Spannung hast, muss er bei nominaler AC-Spannung selbige natürlich weiter herunter setzen als bei hoher AC-Spannung. Allerdings ist dieser Unterschied deutlich geringer als die DC-Spannungsabhängigkeit. Auch die DC-Leistungsabhängigkeit ist wesentlich größer. Was die unterschiedlichen Messresultate betrifft sind dies wohl die Messtoleranzen der WR, was Dir mit WR anderer Hersteller in dieser Schwankungsbandbreite nicht passiert wäre.

Ciao

Retrerni

Verfasst am: 24.08.2008, 21:20

Hallo Klaus, hallo Retrerni,

vielen Dank für Eure Antworten! Jetzt ist mir -glaube ich - klar, was ein Tiefsetzsteller ist. Er setzt die (hohe) Eingangsspannung der DC-Seite auf das Spannungsniveau des Netzes, richtig? Demnach würde eine von mir beobachtete DC-Spannungsabhängigkeit des Wirkungsgrades im wesentlichen davon abhängen, wie gut dieser Tiefsetzsteller die angebotene Spannung in die gewünschte Zielspannung umsetzen kann.
Da erscheint es mir auch plausibel, dass es einen Unterschied gibt, wenn ich ein Modul mehr anschließe.

Retrerni hat Folgendes geschrieben:

also der Wirkungsgrad der WR ist nur sehr gering von der AC-Spannung abhängig. Wie Boelkmoeller schon korreterweise schrieb, hat der Kaco einen Tiefsetzsteller. Wenn Du jetzt eine hohe DC-Spannung hast, muss er bei nominaler AC-Spannung selbige natürlich weiter herunter setzen als bei hoher AC-Spannung. Allerdings ist dieser Unterschied deutlich geringer als die DC-Spannungsabhängigkeit. Auch die DC-Leistungsabhängigkeit ist wesentlich größer. Was die unterschiedlichen Messresultate betrifft sind dies wohl die Messtoleranzen der WR, was Dir mit WR anderer Hersteller in dieser Schwankungsbandbreite nicht passiert wäre.

Wenn die Schwankungsbandbreite bei Kaco so groß sein soll, warum wirkt sich die nicht aus, wenn ich das Austauschgerät mit seinem Vorgänger vergleiche? Die beiden folgenden Diagramme zeigen, dass es egal ist, wenn ich ein Gerät austausche. Immer arbeitet der WR mit einem Modul mehr auf geringerem Wirkungsgradniveau.

Zustand vor dem 7.4.2008 mit altem WR1: Das stärkere Rauschen hier ist dadurch bedingt, dass weniger Daten zur Verfügung stehen als für das darauffolgende Diagramm.

Zustand nach dem 7.4.2008 mit neuem WR1:

Forumsinventar Angemeldet: 09.11.2007 Beiträge: 1462

apfelsol hat Folgendes geschrieben:

Immer arbeitet der WR mit einem Modul mehr auf geringerem Wirkungsgradniveau.

Ein Modul mehr heisst eine höhere Modulspannung und somit ein schlechterer Wirkungsgrad, da ja eine größere Differenzspannung besteht. Das heist natürlich auch, das ein geringerer Umwandlungswirkungsgrad besteht. Allerdings sollte es sich auch bei Kaco nicht so gravierend auswirken wie in Deinem Diagramm.

Ciao

Retrerni

Forumsinventar Angemeldet: 23.03.2006 Beiträge: 3803

Für ein Modul mehr oder weniger ist das auch meiner Meinung nach einfach zu gravierend. Es sei denn die Geräte hätten generell ein Problem.

Verfasst am: 24.08.2008, 21:35

Retrerni hat Folgendes geschrieben:

apfelsol hat Folgendes geschrieben:

Immer arbeitet der WR mit einem Modul mehr auf geringerem Wirkungsgradniveau.

Ein Modul mehr heisst eine höhere Modulspannung und somit ein schlechterer Wirkungsgrad, da ja eine größere Differenzspannung besteht. Das heist natürlich auch, das ein geringerer Umwandlungswirkungsgrad besteht. Allerdings sollte es sich auch bei Kaco nicht so gravierend auswirken wie in Deinem Diagramm.

Ah, jetzt habe ich verstanden, wie Du das meintest!
Wenn ich statt der Kaco zwei baugleiche andere WR hätte, wäre der Unterschied zwischen beiden Strings mit unterschiedlicher Modulspannung nicht so groß?

Forumsinventar Angemeldet: 23.03.2006 Beiträge: 3803

Bei 15 der Module (hoffe ich habe jetzt die richtigen mit "Aimex Ganymed M225"gefunden) im Strang bist Du auch schon nach Kaco Calc doch sehr nahe an der unteren MPP-Regelgrenze. Vielleicht wirkt sich das schon irgendwie bei den Wr nicht günstig aus ?
Ist nur so eine Vermutung von mir.

Viele Grüße:

Klaus

Verfasst am: 24.08.2008, 22:00

Boelckmoeller3 hat Folgendes geschrieben:

Bei 15 der Module (hoffe ich habe jetzt die richtigen mit "Aimex Ganymed M225"gefunden) im Strang bist Du auch schon nach Kaco Calc doch sehr nahe an der unteren MPP-Regelgrenze. Vielleicht wirkt sich das schon irgendwie bei den Wr nicht günstig aus ?
Ist nur so eine Vermutung von mir.

Richtig, WR2 ist so manches Mal an der unteren Grenze gewesen, wenn es sehr warm war. Allerdings war das in Bezug auf den Wirkungsgrad eher günstig!

Forumsinventar Angemeldet: 09.11.2007 Beiträge: 1462

apfelsol hat Folgendes geschrieben:

Richtig, WR2 ist so manches Mal an der unteren Grenze gewesen, wenn es sehr warm war. Allerdings war das in Bezug auf den Wirkungsgrad eher günstig!

Also das spricht entweder für einen systematischen Messfehler oder für einen grottenschlechten MPP-Tracker, der das Ziel im normalen Reglerbereich verfehlt.

Ciao

Retrerni

Verfasst am: 26.08.2008, 11:34

Hast Du mal die Messgenauigkeit der Messysteme des WR mit einberechnet ??

Hierzu nur mal wieder das Kommentar:
Wechselrichter sind keine Messgeräte !!!! Rolling Eyes

Verfasst am: 26.08.2008, 14:06

jogi77 hat Folgendes geschrieben:

Hast Du mal die Messgenauigkeit der Messysteme des WR mit einberechnet ??

Hierzu nur mal wieder das Kommentar:
Wechselrichter sind keine Messgeräte !!!! Rolling Eyes

Hallo jogi77,

natürlich sind Wechselrichter keine Messgeräte! Ich würde auch niemals aus den Daten behaupten, der Wirkungsgrad beträgt 94,346546%. Meinetwegen hätte rechnerisch auch 80% oder 100% rauskommen können. DAS ist aber nicht entscheidend! Wenn ich den Wirkungsgrad auf 2 Stellen hinter dem Komma hätte wissen wollen, hätte ich mir geeignete Messapparaturen besorgt und anders gemessen.
Das Einzige, was ich aus den Daten lesen kann, ist eine Tendenz. Wie verändert sich der Wirkungsgrad als Funktion von anderen Parametern? DAS war meine Fragestellung und nichts anderes.

Forumsinventar Angemeldet: 10.11.2005 Beiträge: 2211

Wenn du mal ein Progrämchen suchst das die die Tendenzen aufzeigt, kannst dich ja mal bei mir melden...