PV Wechselrichter: Funktion & Kosten | Klimaworld

Der PV Wechselrichter: Funktion und Kosten der Schaltzentrale

Damit aus frei verfügbarer Sonnenenergie elektrischer Strom wird, den wir in unseren Haushalten nutzen können, muss damit einiges passieren. Zentral ist bei diesem Ablauf der sogenannte Wechselrichter. Wie diese Komponente für die Photovoltaikanlage so funktioniert, welche Arten es gibt und mit welchen Kosten Sie rechnen müssen, erfahren Sie im Folgenden.

> Welche Aufgaben übernimmt ein Wechselrichter?
> Was ist ein Lichtbogen?
> Welche Arten von Wechselrichtern gibt es?
> Wechselrichter kaufen: Darauf müssen Sie unbedingt achten

Welche Aufgaben übernimmt ein Wechselrichter?

Der Wechselrichter übernimmt in einem Photovoltaiksystem mehrere Aufgaben. Diese sind:

Stromumwandlung: Die Solaranlage produziert zwar Strom, allerdings können wir mit diesem noch nichts anfangen. Denn beim erzeugten Strom handelt es sich um Gleichstrom (DC), technische Geräte benötigen aber Wechselstrom (AC). Die Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom übernimmt der Wechselrichter.
Leistungsoptimierung: Die Abkürzung MPP steht für „Maximum Power Point“. Dieser Begriff bezeichnet wiederum den Punkt, an dem eine Photovoltaikanlage ihre maximale Leistung erreicht. Der MPP-Tracker hat nun die Aufgabe, den sogenannten Lastwiderstand so zu beeinflussen, dass die Performance der PV-Anlage kontinuierlich optimiert werden kann. In den meisten Systemen ist es mittlerweile Standard, dass der MPP-Tracker bereits im Wechselrichter integriert ist.
Anlagenüberwachung: Je nach Modell können Wechselrichter auch die Funktionen der PV-Anlage überprüfen und auf Knopfdruck die Leistungsdaten anzeigen. Manche Geräte verfügen sogar über eine Anbindung ans Internet und ermöglichen so das Auslesen der Informationen auch von unterwegs (z. B. im Urlaub).
Netzüberwachung: Üblicherweise befindet sich in einem Wechselrichter auch eine sogenannte ENS – also eine Einrichtung zur Netzüberwachung mit zugeordnetem Schaltorgan. Was zunächst sehr büro- und technokratisch klingt, hat eine wichtige Aufgabe. Die ENS ist dafür verantwortlich, die PV-Anlage vom Netz zu trennen, wenn Probleme auftreten (z. B. Fehlströme). Dadurch werden das Netz und die PV-Anlage gleichermaßen geschützt.
Sicherheit: Seit 2006 ist die Existenz eines Trennschalters im Wechselrichter vorgeschrieben. Seine Aufgabe ist es, den Wechselrichter jederzeit sicher vom Stromnetz zu trennen und so das Entstehen eines Lichtbogens zu verhindern. Das erleichtert die Wartung und bietet Sicherheit, falls ein Brand ausbricht.

Was ist ein Lichtbogen?

Ein Lichtbogen entsteht dann, wenn die elektrische Spannung in zwei deutlich voneinander entfernt liegenden Elektroden so hoch ist, dass das Gas zwischen den Elektroden elektrisch leitend und auf diese Weise der Spannungsunterschied abgebaut wird. Dabei entsteht ein Lichtbogen. Es werden dann hohe Energiemengen freigesetzt, die für den Menschen und seine Umgebung gefährlich werden können.

Welche Arten von Wechselrichtern gibt es?

Sie wissen jetzt, wie ein Wechselrichter funktioniert und warum er so wichtig für die Solaranlage ist. Doch welche Arten von Wechselrichtern gibt es überhaupt? Bei der Unterscheidung von Wechselrichtern gibt es grundsätzlich nur zwei Kategorien. In der ersten geht es um die Bauweise, in der zweiten um die jeweilige Größe.

Wechselrichter und ihre Bauweisen:

Wechselrichter für Photovoltaikanlagen werden immer nach ihrer Bauweise unterschieden – und zwar in einphasige und dreiphasige Wechselrichter.

Einphasige Wechselrichter: Sind in der Regel kleiner als die dreiphasige Variante und deshalb einfacher zu installieren, wodurch sie auch klar günstiger in ihrer Anschaffung sind. Sie eignen sich besser für kleine Systeme, arbeiten allerdings nicht ganz so effizient wie dreiphasige Modelle.
Dreiphasige Wechselrichter: Kommen in größeren Photovoltaikanlagen zum Einsatz, da sie eine höhere Leistung liefern als die einphasigen Modelle. Sie sind auch in Systemen vorteilhaft, in denen der Stromverbrauch üblicherweise stark schwankt, da sie die Leistung besser regulieren als die einphasigen Wechselrichter.

Wechselrichter und ihre unterschiedlichen Größen:

Solaranlagen gibt es mittlerweile in den verschiedensten Ausführungen, die Anforderungen an die Technik sind so divers wie die Kunden. Deshalb existieren verschiedenste Varianten von Wechselrichtern, die nach ihrer Leistungsfähigkeit eingeteilt werden.

Modul-Wechselrichter: Tragen diese Bezeichnung, weil sie den Strom eines einzelnen Moduls in Wechselstrom umwandeln. Auch bekannt unter dem Namen „Mikrowechselrichter“. Kombiniert mit einem MPP-Tracker lässt sich so jedes einzelne Modul optimieren. Das klingt auf den ersten Blick sehr gut, allerdings hat die Sache einen Haken. Modulwechselrichter sind nicht besonders leistungsstark und somit auch nicht sehr effizient. Eingesetzt werden Modul-Wechselrichter daher bei kleinen Anlagen, wie zum Beispiel bei einem Balkonkraftwerk. Sie sind außerdem dann die richtige Wahl, wenn die PV-Anlage aus mehreren unterschiedlich ausgerichteten Solarpaneelen besteht. Für jedes Paneel gibt es in diesem Fall einen Wechselrichter.
String-Wechselrichter: Bei einem sogenannten String handelt es sich um eine Gruppe von Solarpaneelen, die alle eine ähnliche Leistung aufweisen. Diese Paneele sind in einer Reihe zusammengeschaltet – also einem String. Die klassische Aufdach-PV-Anlage, die wir alle kennen, besteht meistens aus mehreren solchen Strings. Das hat den Vorteil, dass die Verschattung eines Bereichs keine besonders große Auswirkung auf die Leistung der Anlage hat. String-Wechselrichter sind für die speziellen Anforderungen dieser Bauweise ausgelegt.
Multistring-Wechselrichter: Sozusagen die Weiterentwicklung des String-Wechselrichters. Sie wurden entwickelt, um den Strom aus mehreren Einzel-Strings in einer einzigen Komponente zu verarbeiten. Damit das gelingt, sind sie mit mehreren MPP-Trackern ausgestattet – und zwar jeweils einem pro String. Multistring-Wechselrichter sind besonders geeignet, wenn die Solarmodule in Ihrer Anlage unterschiedlich ausgerichtet sind oder wenn der verfügbare Platz begrenzt ist.
Zentral-Wechselrichter: Diese Art von Wechselrichter fungiert als einzelner Wechselrichter für die komplette Anlage. Entsprechend existiert auch nur ein MPP-Tracker für sämtliche Module. Für Privathaushalte ist diese Variante nicht zu empfehlen.

Für große Sonnenkraftwerke auf ebenso großen Freiflächen ist dieser Wechselrichter hingegen die perfekte Wahl. Bei solchen Anlagen gibt es in der Regel keine Teilverschattungen und die Bedingungen für alle Module sind sehr gleichmäßig. Daher reicht ein einzelner Zentral-Wechselrichter aus. Im Vergleich zu mehreren String-Wechselrichtern sind die Kosten niedriger und die Stromverluste geringer.

Wechselrichter und ihre prinzipielle Auslegung:

Neben der Bauart und der Größe lassen sich Wechselrichter zusätzlich noch nach ihrer grundlegenden Ausrichtung unterscheiden. Für welche Art von PV-Anlage wurde die Komponente entwickelt? In welcher Umgebung kommt sie zum Einsatz?

Hybrid-Wechselrichter: Wer zusätzlich zu einer PV-Anlage noch den Einbau eines Stromspeichers plant, der benötigt rein theoretisch zwei Wechselrichter. Einer wandelt den Strom um und macht ihn im Haushalt nutzbar. Der andere wäre ein Batteriewechselrichter/Batterieladegerät, da der Speicher mit Gleichstrom geladen wird. In der Praxis müssen Sie allerdings nicht zwei Geräte kaufen. Der Hybrid-Wechselrichter vereint beide Funktionen in sich. Die Komponenten wandeln den Strom der PV-Anlage und jenen der Batterie ja nach Bedarf um. Ob der Speicher dabei direkt ins Gehäuse des Wechselrichters integriert ist oder Sie das Gerät mit einem externen Wechselrichter betreiben, bleibt Ihnen überlassen.
Inselwechselrichter: Eine Inselanlage ist nicht für die Einspeisung des erzeugten Stroms ins öffentliche Netz konzipiert, sondern ausschließlich für den Eigenverbrauch. Deshalb ist hier auch die Rede von einer Inselanlage. Wohnmobile sind ein typischer Einsatzort für derartige Systeme, Balkonkraftwerke ebenfalls. Inselwechselrichter wurden speziell für diese Art von Betrieb entwickelt.

Hauptsächlich hängt es also von der Größe und der Leistung Ihrer Photovoltaikanlage ab, für welchen Wechselrichter Sie sich entscheiden sollten. Ebenfalls relevant sind eine mögliche Kombination mit einem Stromspeicher und der Einsatz einer Inselanlage. Für diese beiden Varianten gibt es spezielle Geräte. Sollten Unsicherheiten bestehen, tauschen Sie sich am besten mit einem Fachmann aus und holen Sie sich die nötige Beratung vom Profi.

Wechselrichter kaufen: Darauf müssen Sie unbedingt achten

Viele Anbieter haben mittlerweile Photovoltaik-Komplettsets im Angebot. Das heißt, die Kunden bekommen alle für den Betrieb notwendigen Komponenten – perfekt aufeinander abgestimmt – in einem kompakten Paket. Wer allerdings nachrüsten oder die letzten paar Prozent aus seinem System herauskitzeln möchte, der kann sich auch selbst den passenden Wechselrichter für sein Setup suchen. Achten Sie dabei auf folgende Punkte:

Wirkungsgrad: Die Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom funktioniert nicht verlustfrei. Ein kleiner Teil geht stets verloren, in der Regel als Abwärme. Je geringer der Verlust, desto besser. Moderne Geräte erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 98 %. Achten Sie also beim Kauf des Wechselrichters auf diesen Wert, um über die gesamte Lebensdauer Ihrer PV-Anlage das Maximum herauszuholen und einige Extra-Kilowattstunden zu gewinnen.
Zertifizierung: Wie so viele andere Dinge, werden Wechselrichter in Deutschland vom TÜV überprüft. Gecheckt werden dabei Punkte wie die elektrische Sicherheit, die elektromagnetische Verträglichkeit, die Zuverlässigkeit, die Effizienz oder die Umweltverträglichkeit. Wer bei deutschen Fachhändlern kauft, ist diesbezüglich immer auf der sicheren Seite. Die Profi-Betriebe führen in der Regel nur in Deutschland zugelassene Geräte.
Garantie: Wechselrichter zählen zu den am stärksten beanspruchten Bauteilen innerhalb des PV-Systems. Entsprechend begrenzt ist ihre Lebensdauer. Sie liegt ungefähr zwischen 10 und 15 Jahren. Herstellerseitig gibt es meist zwischen 2 und 5 Jahren Garantie.
IP-Schutzart: Wie gut ein Gerät gegen das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit gewappnet ist, zeigt Ihnen die IP-Schutzart. Die besteht üblicherweise aus zwei Ziffern. Die erste steht für den Staubschutz, die zweite für den vor Nässe. Je höher die jeweilige Nummer ist, desto besser ist auch der Schutz. Wechselrichter verfügen im Normalfall über die IP-Schutzklasse 65. Das bedeutet, es besteht ein vollständiger Schutz gegen das Eindringen von Staub sowie Schutz gegen Niederdruckwasser.

Der Wechselrichter: Fazit

Als zentrales Element der Photovoltaikanlage ist der Wechselrichter enorm wichtig für das reibungslose Funktionieren des gesamten Systems. Ohne ihn würden die Module zwar Strom produzieren, allerdings könnten wir damit nichts anfangen. Der Wechselrichter übernimmt die Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom und macht die Energie damit erst im Haushalt nutzbar. Es gibt viele unterschiedliche Bauarten, wodurch jeder das für sein Setup passende Gerät findet. Achten Sie beim Kauf darauf, dass gewisse Sicherheitsstandards erfüllt werden und der Wirkungsgrad möglichst hoch ist.

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