Beregn dit PV-udbytte nu Beregn gratis eludbytte, egetforbrug og rentabilitet for dit solcelleanlæg.

Til solberegneren →

AC/DC i solceller: Vekselrettere og strømkonvertering

Indledning: Hvad har AC/DC med solceller at gøre?

Hvad har rockbandet AC/DC med solcelleanlæg at gøre? Navnet skulle signalere rå kraft og energifyldte koncerter – ligesom den energirige Alternating Current (vekselstrøm) og den rå Direct Current (jævnstrøm), der løber gennem et solcelleanlæg.

For at kunne håndtere disse „rå“ strømme bruges effektelektronik. I denne artikel får du overblik over, hvordan vekselrettere fungerer, og hvorfor valget mellem én- og trefasede systemer er vigtigt i danske installationer.

Jævnstrøm møder vekselstrøm

Udfordringen ved solcelleanlæg: Solcellerne producerer jævnstrøm (DC), men installationer i boligen bruger vekselstrøm (AC) ved 50 Hz. Samtidig arbejder batterilagring igen på jævnstrømssiden.

Hvad adskiller de to strømtyper?

Jævnstrøm (DC):

• Strømmen løber konstant i én retning
• Som en båd, der kun sejler op ad åen
• Eksempler: Batterier, solceller, USB-udstyr

Vekselstrøm (AC):

• Strømmens retning skifter hele tiden (50 gange i sekundet ved 50 Hz)
• Som en båd, der hele tiden sejler op og ned ad åen
• Standard i det europæiske elnet

Vekselretteren: Hjertet i strømkonverteringen

Funktionsprincip

Vekselretteren omdanner jævnstrømmen fra solcellemodulerne til net-synkron vekselstrøm. Det sker via elektroniske kontakter (IGBT’er eller MOSFET’er), som tænder og slukker jævnstrømmen meget hurtigt:

1. DC-indgang: Jævnstrøm fra modulerne
2. „Hugning“: Effekthalvledere tænder og slukker DC meget hurtigt med varierende pulsbredde
3. PWM-modulation: Med pulsbreddemodulation dannes en tilnærmet sinuskurve ud af de små „DC-stykker“
4. AC-udgang: Netkonform vekselstrøm med 50 Hz

Vigtige funktioner i en vekselretter

• Net-synkronisering: Frekvens og fase tilpasses det danske elnet – ved afvigelser kobler vekselretteren fra i henhold til netkoder (fx Energinet’s tekniske forskrifter)
• Netsikkerhed / anti-islanding: Anlægget frakobles ved strømafbrydelse for at beskytte montører og driftspersonale
• Spændings- og frekvensvindue: Indfødning kun inden for tilladte tolerancer i lavspændingsnettet
• Effektbegrænsning: Net- og tilslutningsvilkår kan kræve begrænsning af indfødning; dette håndteres typisk via software i vekselretteren

MPPT: Reguleringens kontrolcenter

Maximum Power Point Tracker (MPPT) er ofte integreret i vekselretteren. Opgaven er at hente mest mulig effekt ud af solcelleanlægget uanset belastning og vejr.

Hvordan fungerer MPPT?

Elektrisk effekt er produktet af spænding og strøm: P = U × I

Hvert solcellemodul har en karakteristisk I/U-kurve, som afhænger af strøm og spænding. Denne kurve ændrer sig ved:

• Skygge
• Temperaturændringer
• Varierende solindstråling

MPPT’en „scanner“ løbende effektkurven. Den udbredte algoritme „Perturb and Observe“ (forstyr og observer) fungerer sådan:

1. Spændingen ændres en smule op eller ned (forstyrrelse)
2. Ændringen i effekt måles (observation)
3. Blev effekten højere? → Fortsæt i samme retning
4. Blev den lavere? → Skift retning

På den måde finder MPPT’en hele tiden det aktuelle punkt med maksimal effekt.

Forstå trefaset strøm

Det europæiske elnet bruger ikke kun simpel vekselstrøm, men trefaset vekselstrøm (drehstrom). Det er tre vekselstrømme, der svinger med 120° tidsforskydning.

Hvorfor trefaset?

Virkningsgraden ved eltransport er markant bedre:

• Énfasede systemer kræver 2 ledere
• Trefasede systemer kan transportere cirka tredobbelt effekt med kun 3 ledere

Pointen: De tre faser udligner hinanden. Når strømmen er maksimal i én leder, løber der to halve strømme i de andre to i modsat retning. Dermed behøves ikke et separat returlederkabel.

Spændingsniveauer i Danmark

Énfased eller trefaset vekselretter?

Valget mellem én- og trefasede vekselrettere har stor betydning for dit anlæg og for, hvordan det passer ind i det danske lavspændingsnet.

Énfased vekselretter

En énfaset vekselretter omdanner jævnstrøm til én enkelt vekselstrømsfase. Typisk brugt til mindre anlæg.

Fordele:

• Enkel opbygning: Kun to AC-ledere på udgangen
• Lavere pris: Simpel elektronik og billigere installation
• Passer til mange forbrugere: Mange husholdningsapparater er énfaset

Ulemper:

• Begrænset effekt: I praksis velegnet til mindre anlæg; netselskaber kan have grænser for maksimal skævbelastning pr. fase
• Skæv belastning af nettet: Høj énfaset indfødning kan give faseubalancer
• Ikke egnet til store forbrugere: Elbil-ladere og varmepumper kræver ofte trefaset forsyning

I Danmark stiller netselskaber typisk krav til maksimal tilladt skævbelastning (faseubalance) i lavspændingsnettet. Det betyder, at større solcelleanlæg som hovedregel skal tilsluttes trefaset.

Trefaset vekselretter

En trefaset vekselretter omdanner jævnstrøm til tre symmetriske vekselstrømsfaser. Det er standard for større anlæg og for anlæg med store elforbrugere.

Fordele:

• Højere effekt: Velegnet til anlæg fra ca. 6 kWp og opefter
• Bedre lastfordeling: Strømmen fordeles over tre faser
• Netvenlig indfødning: Mindre faseubalance, bedre spændingskvalitet
• Kompatibel med store forbrugere: Varmepumper, elbil-ladere, induktionskomfurer m.m.

Ulemper:

• Højere omkostninger: Mere kompleks elektronik og installation
• Mere omfattende installation: Kræver trefaset tilslutning og korrekt fasefordeling i tavlen

Anbefaling

Bemærk: De konkrete grænser fastsættes i netselskabets tilslutningsvilkår og i Energinets tekniske forskrifter for lavspændingsnettet. Installatøren skal altid sikre, at anlægget overholder de lokale netkrav.

Ensrettere og DC-veje

Når der bruges batterilagring eller DC-kobling, omdanner ensrettere vekselstrøm tilbage til jævnstrøm. Det er nødvendigt, når:

• Et AC-koblet batteri lades fra elnettet
• Overskydende netstrøm ønskes lagret midlertidigt

Også her kan virkningsgrader på omkring 96–98 % opnås. Tabene stammer primært fra:

• Koblingstab i effekthalvledere
• Filtrering af harmoniske strømme

Moderne topologier reducerer disse tab med høj koblingsfrekvens og optimerede filtre.

S’et i software står for sol

Ud over hardwaren er software afgørende for styring af solcelleanlægget. Softwaren er bindeleddet mellem solcellemoduler, batteri, elmålere og bruger.

Opgaver for anlægssoftwaren

• Regulering og styring: Tæt samspil med MPPT og netbeskyttelsesfunktioner
• Måledata: Digital registrering og lagring af alle relevante måleværdier
• Datakommunikation: Udveksling af data mellem anlæggets komponenter og evt. energistyringssystem
• Overvågning: Registrering af fejl, nedbrud og ydelsesfald
• Økonomiberegning: Produktionsprognoser, egenforbrugsgrad og tilbagebetalingstid
• Smart home-integration: Samspil med husets automations- og energistyringsløsninger

I Danmark bruges disse data bl.a. til at optimere egenforbruget, dokumentere produktion over for elhandels- eller netvirksomhed og til at sikre, at anlægget lever op til krav i bygningsreglementet (fx ved nye bygninger med solceller som en del af energirammen).

Regulering, standarder og energimærkning i Danmark

Selv om den elektriske funktion af solcelleanlæg er den samme i hele Europa, er regler, standarder og støtteordninger nationale. Her er de vigtigste danske forhold, som er relevante i praksis.

Bygningsreglement og energikrav

I Danmark reguleres bygningers energiforbrug af Bygningsreglementet (BR18), administreret af Trafikstyrelsen/Plan- og Landdistriktsstyrelsen (tidligere Bolig- og Planstyrelsen). For nye bygninger og større renoveringer gælder bl.a.:

• Energirammer for årligt nettoenergiforbrug, hvor elproduktion fra solceller kan indgå som fradrag
• Krav til isolering og U-værdier for klimaskærmen (tag, ydervægge, vinduer, gulve). De konkrete grænser findes i BR18’s energikapitler og tilhørende vejledninger.
• Krav om energimærkning ved salg og udlejning af bygninger, hvor solcelleanlæggets produktion indgår i beregningen.

Tekniske beregninger følger fælleseuropæiske standarder (EN-serier), som er implementeret i Danmark via DS/EN-standarder og SBi-anvisninger, fx:

• Varme- og energiberegninger efter DS/EN ISO 52016 m.fl.
• U-værdiberegning efter DS/EN ISO 6946 (lokal implementering af EN ISO 6946)

Eltekniske standarder for solcelleanlæg

Solcelleanlæg i Danmark skal projekteres og installeres efter:

• Stærkstrømsbekendtgørelsen / Elinstallationsbekendtgørelsen og tilhørende standarder
• Relevante DS/EN-standarder for solcelleanlæg og vekselrettere (fx DS/EN 62109-serien for sikkerhed, DS/EN 50549 for tilslutning til lavspændingsnet)
• Energinet’s tekniske forskrifter for produktionstilslutning på lavspænding (krav til netbeskyttelse, frekvens- og spændingsområder, anti-islanding osv.)

I modsætning til Tyskland, hvor man ofte henviser til VDE-AR-N 4105 og VDI-retningslinjer, anvendes i Danmark primært DS/EN-standarder og Energinet’s forskrifter som grundlag.

Energimærkning og energiramme

Danmark har et nationalt energimærkningssystem for bygninger, administreret af Energistyrelsen.

• Skalaen går fra A2020, A2015, A2010, B, C, … til G.
• For nye bygninger kræves typisk A2020 eller A2015, afhængigt af bygningstype og tidspunkt for byggetilladelse.
• Solcelleanlæg kan forbedre energimærket ved at reducere bygningens beregnede nettoenergiforbrug.

Solcelleanlæggets vekselretter og øvrige komponenter skal desuden opfylde EU’s økodesign- og energimærkningskrav for eludstyr, hvor det er relevant (fx standbyforbrug, virkningsgrad).

Støtteordninger og økonomiske incitamenter

Støttebilledet ændrer sig løbende, så aktuelle vilkår bør altid tjekkes hos Energistyrelsen og Skattestyrelsen. Pr. de seneste år er følgende ordninger centrale:

• Skattemæssig behandling af egenproduktion

  • Private husstande kan typisk bruge nettoafregning/timebaseret afregning, hvor overskudsproduktion sælges til elmarkedet via en elhandelsvirksomhed.
  • Der gælder særlige regler for beskatning af indtægter fra elproduktion; små anlæg til eget forbrug er ofte skattefri op til visse grænser.

• Tilskud til energirenovering og varmepumper

  • Den tidligere Bygningspulje og Varmepumpepulje har givet tilskud til bl.a. varmepumper og isolering. Puljerne har været periodisk åbne og lukkede; nye puljer eller ordninger kan afløse dem.
  • Solcelleanlæg har i perioder ikke haft direkte anlægstilskud, men kan indgå i samlede energirenoveringsprojekter, hvor andre dele (fx varmepumpe, isolering) får støtte.

• Erhvervsstøtte og skattefradrag

  • Virksomheder kan ofte afskrive investeringer i solcelleanlæg som driftsmidler efter de almindelige regler i skattelovgivningen.
  • Der kan være særlige støtteprogrammer til grøn omstilling i erhverv, fx via Energistyrelsens erhvervspuljer eller EU-midler, hvor solceller kan indgå som del af et samlet projekt.

• Kommunale og lokale initiativer

  • Nogle kommuner og energiselskaber tilbyder rådgivning eller mindre tilskud til energiforbedringer, herunder solceller, især i forbindelse med lokale klimahandleplaner.

I modsætning til Tyskland, hvor BAFA- og KfW-programmer spiller en stor rolle, er de danske ordninger mere pulje- og skattebaserede og ændres hyppigt. Det er derfor vigtigt at tjekke aktuelle puljer og regler før investering.

Konklusion

Læs videre: Batterilagring: Hjælperen i dårligt vejr

Kilder

• Verivox: Forskelle mellem AC- og DC-strøm
• Elektronik-Kompendium: Warum 220 Volt?
• Optivolt: Ein- vs. dreiphasige Wechselrichter
• Peter Hofmann: Hybridfahrzeuge (Springer Vienna, 2010)
• Martin Doppelbauer: Grundlagen der Elektromobilität (Springer, 2020)