Solarmodule erzeugen Gleichspannung. Über einen Wechselrichter/Inverter wird dieser in Wechselspannung umrichtet. Bei einphasigem Wechselrichtern wird nur eine Phase und bei dreiphasigen Wechselrichtern drei Phasen (Drehstrom) umgerichtet. Bei Verwendung von Siliziumkarbid bei MOSFET’s oder reinem Silizium bei IGBT’s sind Wirkungsgrade von ca. 98% erreichbar. Spannung ist nicht gleich Spannung! Die Netzqualität wird hinsichtlich seiner Qualität durch zahlreiche Faktoren charakterisiert und muss sich innerhalb der durch IEC 61.000 3-30 und EN 50160 vorgegebenen Rahmenbedingungen bewegen.

Problem
Handelsübliche Wechselrichter sind aus vielerlei Hinsicht beim SunDriver nicht einsetzbar. Bei einphasigen Lösungen entsteht bei jedem Wechselrichter naturgegeben eine andere Leistung. Beim Zusammenschluss unterschiedlicher Leistungen je Phase kommt es zu einer Leistungsschieflast, die zu unnötigen Verlusten und einer unsauberen Sinuskurve führt. Darüber hinaus sind Wechselrichter bis 100 kW in der Regel nur für den Innenbereich mit Raumklima ausgelegt. Der SunDriver hingegen ist härtesten Umweltbedingungen ausgesetzt, und dem muss auch der Wechselrichter stand halten.

„Haushaltswechselrichter“ sind keine „Industriewechselrichter“. Sie sind für geringere Lebenszyklen, andere Anforderungsprofile und für den Massenmarkt entwickelt worden. Sie werden an Haus-Stromnetze mit vergleichsweise „sauberen“ Sinuskurven angeschlossen. Der SunDriver hingegen speist in das von der Industrie beeinflusste Mittelspannungsnetz ein und ist einem „verschmutzten“ Netz ausgesetzt. Das Anforderungsprofil an das technische Equipment für eine solche Industrieumgebung liegt deutlich über dem Marktdurchschnitt, wenn bestimmte Lebenszyklen erreicht werden sollen.

Um optimale Erträge erzielen zu können, muss der Wechselrichter optimal zu der Modulspannung ausgelegt sein. Die Modulspannung ist von der Anzahl der Module je String und der Modultemperatur abhängig. Die Anzahl der Module je String ist wiederum von der Größe der Modulfläche des SunDriver vorgegeben. Auch der zu verarbeitende Gleichstrom muss optimal zum Wechselrichter und dessen Hilfskomponenten passen. Mit Handelsware wäre nur eine suboptimale Lösung erzielbar.

Tracker-Systeme erzeugen besonders häufig Vollleistung. Der Wechselrichter muss daher besonders volllastfest sein. Handelsübliche Wechselrichter sind dafür nicht ausgelegt. Aufgrund der hohen Volllaststundenzahl darf die Leistungskurve nach Überschreiten des Maximalpunktes nicht einbrechen. Die Annahmen zur der Ermittlung des EU-Wirkungsgrades sind wegen des veränderten Leistungsprofils für Trackersysteme nicht repräsentativ.

Gegenüber handelsüblichen Lösungen sind beim SunDriver deutlich mehr Kommunikations-, Sicherheits- und Steuerungselemente vorgesehen, und zwar auf Industriestandard. Die Branche ist jedoch auf preisgünstige Lösungen ausgerichtet, bei denen Optionen, die rechtlich nicht vorgeschrieben sind, den Wechselrichter scheinbar nur unnötig verteuern. Auf sie wird verzichtet. Hier werden maximal Schnittstellen zu externen Komponenten auf Handwerk- oder gar Baumarktstandard optioniert.

Es wäre Zufall, wenn ein handelsüblicher Wechselrichter dem komplexen Anforderungsprofil des SunDriver entsprechen würde. Der Wechselrichter und die Steuerung sind ein strategisch bedeutsames Produkt. Die SunDriver Systems AG wäre von der Produkt-, Liefer- und Preispolitik externer Hersteller abhängig und würden Kernkompetenzen externalisiert.  

Lösung
Um den komplexen Anforderungen des SunDriver gerecht zu werden, wurde über den Zeitraum von mehreren Jahren der PowerNater unter Berücksichtigung internationaler Industrienormen entwickelt.

Der PowerNater ist eine integrierte Lösung. Er umfasst neben dem eigentlichen Wechselrichter sämtliche Hilfstechnologien, die für die Steuerung und Überwachung des SunDriver sinnvoll und erforderlich sind (GPS, Antriebssystem, Condition-Monitoring, etc.). Darüber hinaus beinhaltet er eine umfangreiche Sicherheits-, Steuerungs- und Kommunikations technik. Über den integrierte Stringsammler ist jeder Sting abgesichert und einzeln auslesbar. Der integrierte AC/DC- und DC/AC-Überspannungsschutz ist selbstüberwachend. Die Isolationsüberwachung, Differenzstromüberwachung und  Spannungsüberwachung erfolgt zentral über eine Steuerung.

Der speziell für Industrieansprüche entwickelte trafolose Wechselrichter hat eine Dauerausgangsleistung von 100 kW und eine Spitzenausgangsleistung von 120 kW. Bei einem Dauerbetrieb (24 h) ist er für eine Lebensdauer von über 10 Jahren ausgelegt. Der Kunde kann daher im Normalbetrieb einen zuverlässigen Betrieb über 20 Jahre erwarten.

Anhand einer speziell entwickelten Taktung der Schaltsequenz sind, je nach Spannungsebene, Wirkungsgrade von über 98 % erzielbar. Dabei wird sehr niedrig getaktet, da jeder Tacktvorgang zu einer Leistungsreduzierung führt. Die Sinuskurve wird derjenigen des Netzes optimal angepasst.

Leistungselektronik muss gekühlt werden. So auch ein Wechselrichter. Durch eine Wasserkühlung werden die thermisch relevanten Leistungselemente immer im optimalen Temperaturbereich gehalten. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad, sondern auch die Lebensdauer erhöht. Die Wasserkühlung gewährleistet, dass auch bei Temperaturen von +50°C der Kühleffekt sicher gestellt ist. Bei gemäßigtem Klima erfolgt die Kühlung über Konvektion. Der eigens entwickelte Outdoorschrank besteht komplett aus Aluminium und ist dauerhaft korrosionsfest. Er trennt den Leistungsbereich vom Gleichstrom und Steuerbereich. Mittels einer speziellen Dämmung und doppelwandiger Bauweise ist der PowerNater auch bei extremen Witterungsbedingungen von -40°C einsetzbar. Nach außen führende Lüfter, die sich verschmutzen und gereinigt werden müssen, existieren nicht. Darüber hinaus sind alle Schrankelemente von innen verschraubt.

Die Kommunikation erfolgt über Lichtsignale und ist deshalb auch unter schwierigen Umweltbedingungen gewährleistet. Je nach Bedarf kann die Kommunikation auch über GSM und/oder UMTS sowie über Bluethooth erfolgen. Auch die für die Kommunikation verwendeten Komponenten entsprechen dem Industriestandard.

Das Prinzip zur Taktung der Schaltsequenz ist in verschiedenen Ausführungen patentrechtlich geschützt. Weitere Patente befinden sich in Vorbereitung.