Moderne Wechselrichter sind durch neue Technologien wie MPP-Tracker und Pulsweitenmodulation in der Lage, die bestmöglichen Erträge aus der PV-Anlage herauszuholen. Leser erfahren in diesem Beitrag wie ein Wechselrichter funktioniert und was bei der Auswahl wichtig ist.
Was ist ein Wechselrichter?
Ein Wechselrichter für Solaranlagen ist ein elektronisches Gerät mit der Aufgabe, den durch die Solar- oder Photovoltaikanlage (PVA) erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln und ihn an die Frequenz des Stromnetzes anzupassen. Er befindet sich als Herzstück zwischen der PV-Anlage und der Schukosteckdose durch die der Strom in das Stromnetz gelangt.
Bei nicht netzgekoppelten PV-Anlagen besitzen die Wechselrichter USB- und Schukosteckdosen, aus denen die elektrischen Geräte den Strom direkt beziehen.
Einen Wechselrichter bezeichnen Fachleute auch als Inverter oder DC-AC-Konverter.
Funktionsweise und Vorteile
Der von der Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom fließt in eine Richtung. Beim Wechselstrom wechselt sich die Richtung des Stromflusses.
Um dies zu erreichen, sind im Wechselrichter 4 als Schalter fungierende Leistungstransistoren verbaut, die sich paarweise (1 und 3 sowie 2 und 4) öffnen oder schließen. Daraus resultierend fließt der Strom abwechselnd in die eine oder andere Richtung. Diese Art der Brückenschaltung bezeichnen Fachleute als H-Brückenschaltung.
Je nach Richtung, in die der Strom fließt, entsteht eine positive oder negative Spannung mit positiven und negativen Halbwellen. Ist der Wechselrichter so geregelt, dass die Transistoren paarweise 100-mal pro Sekunde öffnen und schließen, ergibt sich eine Rechteckspannung mit einer netzkonformen Frequenz von 50 Herz (Hz).Die Pulsweite bleibt identisch. Manche Geräte kommen mit dieser Art des Wechselstroms nicht zurecht.
Einen Ausweg bieten moderne Pulsweitenmodulationswechselrichter. Aufgrund der Taktung der Transistoren mit einer Frequenz von zehn bis 100 Kilohertz variieren die Schalteröffnungen und die Spannungshöhen. In dessen Folge nimmt der Strom die Sinuskurvenform an.
Die Vorteile moderner Wechselrichter
Die Modulation der Pulsweite bewirkt ein effizientes Arbeiten des Wechselrichters sowie einen geringen Energieverlust bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Indem sich Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung anpassen, sind PWM-Wechselrichter flexibel und wandeln den Gleichstrom in Wechselstrom von hoher Qualität um. Der Energieverlust ist mit 2 % gering, was der Umwelt zugutekommt und die Erträge maximiert.
Bei der Fertigung moderner Wechselrichter liegt das Augenmerk des Herstellers durch das Verbauen hochwertiger Bauteile auf eine lange Lebensdauer. Zudem tragen ein ausgereiftes Kühlsystem und ein robustes Gehäuse dazu bei, dass die Geräte zuverlässig arbeiten.
Entscheidet sich der Käufer für einen Wechselrichter mit drei Phasen, zieht er seinen Nutzen aus 3 Sinuskurven statt aus einer. Diese erzeugt das Gerät hintereinander. Das bedeutet, dass sich die als Drehstrom bezeichnete Energie für hohe Leistungsbereiche eignet. Ein Ein-Phasen-Wechselrichter taugt dagegen lediglich für eine kleine Photovoltaikanlage mit 3 kWp (Kilowattpoint).
Außer der Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom bietet ein moderner Wechselrichter weitere Vorteile:
- Umschaltmöglichkeit von Netz- auf Notstrom bei Stromausfall,
- Automatisches Trennen vom Netz und Unterbrechung der Einspeisung von Solarstrom,
- Möglichkeit der intelligenten Betriebsdaten-Erfassung, der Fehlererkennung sowie der Steuerung der PV-Anlage und
- Leistungsoptimierung durch dynamische Anpassung an Wetterbedingungen.
Auswahlkriterien für den richtigen Wechselrichter
Wirkungsgrad, Langlebigkeit, Budget und spezifische Anforderungen wie die Leistung beeinflussen die Auswahl eines Wechselrichters. Von den Geräten bietet der Handel verschiedene Arten an. Ein wichtiges Auswahlkriterium ist jedoch, dass der Wechselrichter kompatibel mit der jeweiligen Solaranlage sein muss.
Stringwechselrichter: Ein Stringwechselrichter eignet sich für mittelgroße PV-Anlagen, deren Solarmodule in Reihe geschaltet sind. Dagegen hat ein Multistring-Wechselrichter zwei oder mehr Strings mit jeweils einem eigenen MPP-Tracker. Diese minimieren Leistungsverluste.
Weitere Vorteile eines Stringwechselrichters sind:
- seine einfache Verdrahtung
- geringe Installationskosten durch kurze Kabelwege
- das einfache Auffinden der Fehlerquelle, da es nur einen Wechselrichter gibt
Nachteilig ist, dass ein Stringwechselrichter weniger effizient bei Verschattung arbeitet. Daher sind sie im Gegensatz zu Modulwechselrichtern oder PV-Optimierern bei verwinkelten Dächern nicht die richtige Wahl.
Weitere Nachteile sind die komplizierte Erweiterbarkeit und die Ausfallrisiken, da die gesamte Anlage ausfällt, wenn der Stringwechselrichter defekt ist. Zudem sind die Garantiezeiten kürzer als bei anderen Arten von Wechselrichtern.
Modulwechselrichter: Sie eignen sich für einzelne Solarmodule.
Zentralwechselrichter: Diese Wechselrichterart ist die richtige Wahl für Solarfelder.
Hybridwechselrichter: Diese Geräte wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um und ermöglichen es, den Strom gleich zu nutzen oder ihn zu speichern. Sie vereinen Batteriewechselrichter und PV-Wechselrichter.
Daneben wählen Verbraucher, ob sie über netzgekoppelte Wechselrichter den Strom ins Netz einspeisen oder sie sich für eine Insellösung mit einem netzunabhängigen Wechselrichter entscheiden. Dieser erlaubt es, das Verbrauchsgerät direkt über USB oder einem Schukostecker direkt an den Wechselrichter anzuschließen.
Wo kann ich Wechselrichter nutzen?
Wechselrichter finden ihren Einsatz:
- in der Raumfahrt,
- in elektrischen Bahnnetzen und Elektroautos,
- in der Elektrotechnik und der Elektronik und
- in PV-Anlagen für Dach, Carport und Balkon sowie für Solaranlagen für Boote oder Wohnmobile
Installation und Wartung
Käufer eines Wechselrichters suchen sich zur Montage einen gut belüfteten und kühlen Standort möglichst nahe dem Verteiler- und Sicherungskasten. Hitze vermindert die Lebensdauer und fördert den Verschleiß der elektrischen Bauteile.
Die Installation im Schlaf- oder Wohnzimmer bietet sich nicht an, da der Wechselrichter bis zu 50 dB laut ist. Dies entspricht der Zimmerlautstärke.
Fachleute gehen bei der Installation wie folgt vor:
- Gerät abschalten, um gesundheitliche und technische Schäden zu vermeiden.
- DC-Kabel (Gleichstromkabel) an die Solarmodule anbringen. Dabei auf die Polarität achten.
- Wechselstromkabel mit einer Schuko-Steckdose verbinden. Diese sollte mit dem Sicherungskasten des Hauses verbunden sein. Falsch verdrahtet überlastet sie den Hausstromkreis. Dadurch kommt es zu Schäden am Wechselrichter und dem Stromkreis.
- Vor dem Einschalten Verkabelung überprüfen, um Stromausfälle und Kurzschlüsse zu vermeiden.
- Nach dem Prüfen der Verkabelung den Wechselrichter einschalten und die Funktionsfähigkeit testen. Läuft er stabil?
Pro 1.000 Watt Nennleistung ist es möglich, 8 bis 10 Solarmodule an den Wechselrichter anzuschließen.
| Hinweis: Wie viele Solarmodule Nutzer an einen Wechselrichter anschließen können, ermitteln diese, indem sie dessen Nennleistung durch die Leistung der einzelnen Module dividieren. |
Bei der Anzahl der Strings zählen die Installateure die Gleichstrom-Eingänge am Gerät. Die Strings dürfen in ihrer Gesamtheit die Nennleistung des Wechselrichters nicht übersteigen.
Die Wartung und Pflege eines Wechselrichters
Zum Entfernen von Staub und anderem Schmutz wie Laub den Wechselrichter mit einem mit klarem Wasser befeuchteten Tuch reinigen. Reinigungsmittel fügen dem Wechselrichter Schaden zu.
Eine Wartung ist einmal jährlich fällig. Dabei tauschen Nutzer des Geräts verschlissene Bauteile aus, stellen die Belüftung sicher und kontrollieren die Leistung des Geräts. Ob die Leistung den Anforderungen entspricht und ob der Wechselrichter Defekte aufweist, darüber informieren speziell dafür programmierte Apps. Damit haben Nutzer die Funktionsfähigkeit und Effizienz jederzeit im Blick.
Fazit
Wechselrichter sind notwendige Geräte, um den von der Photovoltaikanlage oder den Solarmodulen erzeugten Strom nutzen zu können. Sie wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um. Dieser ist sofort nutzbar oder gelangt über ein Wechselstromkabel über eine Schutzkontaktsteckdose ins Hausstromnetz.
Moderne Wechselrichter steigern durch MPP-Tracker und durch Pulsweitenmodulation die Energieeffizienz auf bis zu 98 Prozent und damit die Erträge.