Indledning: Udfordringen ved strømomformning

Solcellemodulerne er monteret, batteriet er klar, og solen skinner. Grundlaget for et solcelleanlæg er dermed til stede. Men én vigtig komponent mangler: vekselretteren og dens mange funktioner.

Udfordringen i solcelleanlæg er:

• Solceller producerer jævnstrøm (DC)
• Husholdningsapparater bruger vekselstrøm (AC)
• Batterier lagrer igen jævnstrøm (DC)

Til at løse det bruges effektelektronik. I denne artikel gennemgår vi, hvordan de forskellige komponenter arbejder.

Overblik: Effektelektroniske komponenter

Både i solcelleteknik og i stort set alt moderne udstyr er effektelektronik uundværlig. I solcelleanlæg og batterisystemer anvendes forskellige komponenter, der hver især har specifikke opgaver i strømomformningen:

Komponent	Funktion
Vekselretter	DC → AC (jævnstrøm til vekselstrøm)
Ensretter	AC → DC (vekselstrøm til jævnstrøm)
Hæveomformer (boost)	Lav DC‑spænding → Høj DC‑spænding
Sænkeomformer (buck)	Høj DC‑spænding → Lav DC‑spænding
BMS	Battery Management System (batteristyring)

Uni- og bidirektionel

Disse komponenter kan være unidirektionelle (én retning) eller bidirektionelle (begge retninger):

• Unidirektionel: Kun f.eks. jævnstrøm til vekselstrøm
• Bidirektionel: Begge retninger mulige (vigtigt for batterilagring!)

Vekselretteren: Hjertet i solcelleanlægget

Vekselrettere omdanner den producerede jævnstrøm fra solcellemodulerne til vekselstrøm. Det sker via elektronisk styrede kontakter, såkaldte effekt­halvledere eller effektafbrydere.

Funktionsprincip: “Hakning” af jævnstrøm

1. Jævnstrømmen kobles meget hurtigt til og fra
2. Ved at variere tænd/sluk‑tiderne dannes et mønster
3. Ud fra middelværdien af disse “jævnstrømsstykker” dannes en vekselstrøm
4. Frekvensen er i Danmark standardiseret til 50 Hz

Resultatet er netkompatibel vekselstrøm, som kan bruges til alle almindelige husholdningsformål.

Vigtige funktioner i moderne vekselrettere

Ud over selve strømomformningen varetager moderne vekselrettere en række centrale opgaver for sikker og effektiv drift af solcelleanlægget:

Funktion	Beskrivelse
Net­synkronisering	Tilpasser frekvens og fase til elnettet
Net- og anlægsbeskyttelse	Frakobler ved netudfald (beskytter servicepersonale)
Effektbegrænsning	Softwarebaseret begrænsning (f.eks. efter net- eller tilslutningskrav)
Overvågning (monitorering)	Løbende overvågning, logning og fejldiagnose

I Danmark skal nettilsluttede vekselrettere bl.a. opfylde krav i Bekendtgørelse om nettilslutning af produktionsanlæg og Energinets tekniske forskrifter (fx TF 3.2.1 for mindre anlæg) om netbeskyttelse, spændingskvalitet og automatisk frakobling ved fejl.

Virkningsgrad

Moderne vekselrettere opnår typisk 96–98 % virkningsgrad. Tabene skyldes bl.a.:

• Koblingstab i halvlederne
• Egetforbrug i styrings- og overvågnings­elektronik
• Varmeudvikling i komponenterne

Ensretteren: Modstykket til vekselretteren

En ensretter udfører den modsatte opgave af en vekselretter: Den omdanner vekselstrøm til jævnstrøm.

Funktionsprincip

Ved ensretning “skæres” dele af vekselstrømmen væk:

• Kun de positive “bølger” af vekselstrømmen udnyttes
• Middelværdien af bølgerne giver en næsten konstant jævnstrøm
• Højfrekvent kobling og filtrering glatter resultatet

Anvendelse i solcelleanlæg

Ensrettere bruges, når:

• Et AC‑koblet batteri skal lades fra elnettet
• Overskydende netstrøm skal lagres midlertidigt i et batteri
• DC‑sider i et hybridanlæg skal forsynes fra en AC‑kilde

DC-DC‑omformere: Tilpasning af spændingsniveau

DC-DC‑omformere ændrer spændingsniveauet for jævnstrøm, uden at strømmen først omdannes til vekselstrøm.

Hæveomformer (Boost‑converter)

Omdanner lav spænding til høj spænding.

Opbygning:

• Jævnstrømskilde med lavere spænding
• Spole
• Diode
• Effektafbryder (transistor)
• Kondensator

Funktionsprincip:

1. Afbryder lukket: Strøm løber gennem spolen, og der opbygges et magnetfelt
2. Afbryder åbner: Magnetfeltet falder sammen og inducerer en højere spænding
3. Kondensator lades: Den forhøjede spænding lagres i kondensatoren

Processen gentages med meget høj frekvens for at holde spændingen stabil.

Sænkeomformer (Buck‑converter)

Omdanner høj spænding til lav spænding.

Funktionsprincip:

1. Afbryder lukket: Strøm løber til spole og kondensator
2. Afbryder åbner: Magnetfeltet i spolen falder sammen, og spændingen ændrer polaritet
3. Skiftende ladning: Ved konstant kobling og filtrering opnås et lavere, stabilt spændingsniveau

Bidirektional DC-DC‑omformer (Buck‑Boost)

Kombinerer begge funktioner – kan både hæve og sænke spændingen og arbejde i begge strømsretninger. Vigtig til:

• Batteriladning ved forskellige lade- og afladetilstande
• Tilpasning til varierende solcellemodulspænding
• DC‑kobling mellem batteri og flere DC‑busser i hybridanlæg

De vigtigste byggesten

For at forstå DC-DC‑omformere og vekselrettere er det nyttigt at kende de grundlæggende komponenter:

Spole

En spole er en oprullet elektrisk leder, der:

• Danner et magnetfelt, når der løber strøm
• Ved afbrydelse af strømmen kortvarigt holder strømmen “i gang”

Analogi: Som et tungt vandhjul, der fortsætter med at dreje lidt, efter at vandtilførslen er stoppet.

Diode

En diode lader strøm løbe kun i én retning. Den fungerer som en kontraventil i et rørsystem.

Kondensator

En kondensator lagrer energi i form af et elektrisk felt. Den består typisk af to metalplader adskilt af et isolerende materiale. I effektelektronik bruges den som midlertidigt energilager og til at stabilisere spændingen.

Effektafbryder (effekt­halvleder)

Elektroniske kontakter baseret på halvledere (f.eks. MOSFET, IGBT):

• Meget høj koblingshastighed
• Lille fysisk størrelse
• Styres af en lille styrestrøm/spænding fra kontrol­elektronikken

MPPT: Maksimal ydelse fra solcelleanlægget

En Maximum Power Point Tracker (MPPT) er ofte integreret i vekselretteren eller i separate DC-DC‑omformere. Opgaven er – uafhængigt af vejr og belastning – at hente mest mulig effekt ud af solcelleanlægget.

Hvorfor er det nødvendigt?

Elektrisk effekt er: P = U × I (spænding × strøm)

Hvert solcellemodul har en karakteristisk strøm‑spændingskurve, som ændrer sig med:

• Skygge
• Temperaturændringer
• Varierende solindstråling

På denne kurve findes et punkt, hvor produktet U × I er størst – Maximum Power Point (MPP). Uden MPPT ville anlægget ofte arbejde væk fra dette punkt, og en del af den mulige produktion ville gå tabt.

“Perturb and Observe”‑algoritmen

En udbredt MPPT‑metode er “Perturb and Observe”:

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

På den måde søger MPPT‑styringen hele tiden hen mod punktet med maksimal effekt – også når forholdene ændrer sig hurtigt.

Battery Management System (BMS)

Moderne batterilagringssystemer har et intelligent styrings- og overvågningssystem, et BMS, som er afgørende for sikker og langtidsholdbar drift.

Centrale opgaver for BMS

BMS’et varetager en række funktioner, der er uundværlige for batteriets sikkerhed og levetid:

Opgave	Beskrivelse
Overvågning	Måler spænding, strøm og temperatur for hver celle eller cellegruppe
Cell‑balancering	Udjævner ladetilstand mellem celler, så de belastes ens
Tilstandsvurdering	Beregner SoC, SoH, SoP m.m.
Beskyttelse	Beskytter mod overladning, dybafladning, overtemperatur og kortslutning
Kommunikation	Udveksler data med inverter, energistyring og evt. smart‑home‑system

I Danmark stiller bl.a. Stærkstrømsbekendtgørelsen / Elinstallationsbekendtgørelsen og standarder som DS/HD 60364‑7‑712 (solcelleanlæg) og batteristandarder (fx EN 62619 for Li‑ion) krav til sikker opbygning, beskyttelse og overvågning af batterianlæg.

Vigtige batteri‑nøgletal

BMS’et overvåger forskellige nøgletal, der beskriver batteriets aktuelle tilstand. Disse standardiserede forkortelser går ofte igen i teknisk dokumentation:

Forkortelse	Betydning	Spørgsmål
SoC	State of Charge	Hvor fuldt er batteriet?
SoH	State of Health	Hvor “sundt” er batteriet i forhold til nyt?
SoP	State of Power	Hvor meget effekt kan batteriet levere eller optage nu?
SoS	State of Safety	Hvor tæt er driften på sikkerhedsgrænserne?
SoF	State of Function	Hvor funktionelt er batteriet – kan det opfylde sin opgave?

BMS’et vurderer løbende disse værdier og beslutter, om batteriet kan fortsætte normal drift, skal begrænse effekt, eller om det skal frakobles af sikkerhedshensyn.

Regulering, standarder og danske forhold

Selve effektelektronikken (vekselrettere, DC-DC‑omformere, BMS) er i høj grad baseret på internationale standarder. I Danmark er følgende rammer særligt relevante for solcelleanlæg og batterilagring:

Bygningsreglement og energikrav

• Det gældende Bygningsreglement (BR18) fastsætter krav til bygningers energiforbrug, tæthed og installationer. Solcelleanlæg og batterier kan indgå i bygningens energirammeberegning.
• Energiforbruget beregnes efter standarder i DS 418 (varmetabsberegning) og relaterede danske/EN‑standarder.
• U‑værdier for klimaskærmen beregnes efter den danske implementering af EN ISO 6946 (varmemodstand og U‑værdi for bygningsdele) og tilhørende DS‑standarder.
• Dimensionering af varmeinstallationer følger bl.a. DS 469 (varmeanlæg i bygninger), som i praksis erstatter tysk DIN EN 12831 i danske projekter.

Standarder for varmepumper og el‑installationer

• Varmepumper og deres ydelse vurderes efter EN 14511, EN 14825 og EN 16147 (SCOP, sæsonydelse m.m.), som også anvendes i Danmark.
• Installation af solcelleanlæg skal ske efter DS/HD 60364‑7‑712 (særlige krav til PV‑anlæg) og de generelle elinstallationsregler i DS/HD 60364‑serien.
• Nettilsluttede invertere skal opfylde krav fra Energinet (tekniske forskrifter, fx TF 3.2.1) om netkvalitet, spændings- og frekvensområde, automatisk frakobling m.m.

Energimærkning og energiramme

• Bygninger i Danmark skal have energimærke efter Energimærkningsordningen, administreret af Energistyrelsen. Mærket angiver bygningens energiforbrug (A2020–G).
• Solcelleanlæg og batterier kan forbedre energimærket ved at reducere netto elforbrug fra nettet.
• Tekniske produkter som varmepumper og mange invertere er omfattet af EU’s energimærkning og eco‑designkrav, som også gælder i Danmark.

Tilskud og økonomiske incitamenter

I modsætning til Tyskland (BAFA, KfW) håndteres støtteordninger i Danmark primært via nationale puljer og energiselskaber:

• Varmepumpepuljen (Energistyrelsen): Tidsbegrænsede tilskud til udskiftning af olie-, gas- og biokedler med el‑drevne varmepumper i helårsboliger. Støtten gives som et fast beløb pr. installation og kræver, at anlægget installeres af en godkendt installatør, og at huset opfylder visse isoleringskrav.
• Bygningspuljen (tidligere): Har givet tilskud til energirenovering, herunder isolering, vinduer og i perioder også varmepumper. Ordningen har været ændret flere gange; aktuelle puljer og beløb skal altid tjekkes på sparenergi.dk.
• Energiselskabernes tilskudsordninger: Enkelte netselskaber og energiselskaber tilbyder egne støtte- eller rabatordninger til f.eks. solcelleanlæg, batterier eller fleksibelt elforbrug.
• Skattefordele: Mindre private solcelleanlæg kan være omfattet af særlige skatteregler (fx skematisk ordning for egenproduktion). Reglerne ændres løbende, så aktuelle vilkår bør kontrolleres hos Skattestyrelsen eller på skat.dk.

Når tyske ordninger som BAFA‑tilskud eller KfW‑lån nævnes i udenlandske artikler, svarer de i danske forhold typisk til kombinationen af Varmepumpepuljen/Bygningspuljen, eventuelle lokale støtteordninger og almindelige banklån.

Konklusion

Hvad sker der, når alle funktioner samles i én enhed? Det kan du læse mere om i artiklen Alt‑i‑én‑løsningen: Hybridvekselretter.

---

Den komplette artikelserie “Energilagring til solcelleanlæg”

1. Fra frølår til batterier: Hvordan fungerer et energilager? – Grundlæggende viden
2. Lithium vs. bly: Hvilket batteri til solcelleanlægget? – Teknologisammenligning
3. Effekt­elektronik: Vekselrettere og DC-DC‑omformere – Du er her
4. Alt‑i‑én‑løsningen: Hybridvekselretter – Alt samlet i én enhed
5. AC eller DC? Systemtopologier til solcelleanlæg – Anlægskoncepter

Kilder

• Peter Hofmann: Hybridfahrzeuge (Springer Vienna, 2010)
• SMA: Grundlæggende viden om solcelle‑vekselrettere
• HTW Berlin: Effektivitet af hybridvekselrettere
• Elektronik-Kompendium: Grundlæggende effektelektronik