Telefonische ExpertenberatungKostenloses AngebotInternationale Markenhersteller

Grundlagen

Der Wechselrichter einer Photovoltaik­anlage - Aufgaben, Preise, Hersteller und Typen

Wechselrichter wandeln den in der Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Moderne Wechselrichter können jedoch noch viel mehr. Neben der Stromumwandlung übernehmen Sie von Frequenzhaltung und Leistungsoptimierung bis hin zum Energiemanagement, sehr vielfältige Aufgaben. Was Sie unbedingt über Wechselrichter wissen sollten, erfahren Sie hier.

Wechselrichter-min

Die Funktion eines Wechselrichters in der Photovoltaikanlage

Die Hauptaufgabe von Wechselrichtern ist die Umwandlung des von der Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom.

Gleichstrom vs. Wechselstrom

Gleichstrom ist Strom, dessen Polarität zeitlich konstant ist. Wechselstrom hingegen wechselt die Polarität in regelmäßigen Abständen. Üblich ist eine Wechselstromfrequenz von 50 Hertz. Das heißt, der Strom wechselt pro Sekunde 50 Mal seine Polarität.

Diese Umwandlung ist notwendig, da unsere Stromnetze und auch hausinternen Stromleitungen mit Wechselstrom arbeiten. Die Umwandlung erfolgt also, um den Photovoltaikstrom “kompatibel” zu machen. Nach der Umwandlung im Wechselrichter kann der Strom aus der Photovoltaikanlage dann direkt ins Netz eingespeist oder im Haus genutzt werden.

Aufbau Photovoltaikanlage

                                        Aufbau einer Photovoltaikanlage

Warum unser Stromnetz mit Wechselstrom arbeitet

Unsere Stromversorgung basiert auf Wechselstrom, da nur Wechselstrom mittels Transformatoren auf hohe Spannungsniveaus transportiert werden kann. Hohe Spannungen sind beim Stromtransport unerlässlich, denn Transportverluste können nur bei hohen Spannungen gering gehalten werden. Durch die Entwicklung neuer elektronischer Bauelemente ist in den letzten Jahren auch die Erzeugung von Hochspannungsgleichstrom, und somit die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ), möglich geworden. Da das Stromnetz aber nach wie vor fast ausschließlich auf Wechselstromübertragung beruht, bleiben Wechselrichter ein essenzieller Bestandteil der Photovoltaikanlage.

Weitere Aufgaben moderner Wechselrichter

Neben der Hauptaufgabe eines Wechselrichters, der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, übernehmen Wechselrichter heutzutage noch zahlreiche weitere Aufgaben.

Leistungsoptimierung

Jede Photovoltaikanlage hat einen sogenannten Maximum Power Point (MPP). An diesem Punkt ist die Kombination aus Strom und Spannungswerten optimal, sodass eine optimale Leistung abgegriffen werden kann. Der Wechselrichter schafft es, durch eine gezielte Veränderung des Innenwiderstands in regelmäßigen Zeitabständen, die Solarmodule beständig im MPP zu halten. So kann die Photovoltaikanlage kontinuierlich eine optimale Leistung erbringen. In Sonderfällen kann es sein, dass der Wechselrichter für eine kurze Zeit den MPP verlässt. Ein Beispiel ist die Kühlung des Wechselrichters bei zu hohen Temperaturen im Gehäuse.

Netzüberwachung

Das Stromnetz ist ein äußerst sensibles System. Um einen Netzzusammenbruch, oder auch nur eine Netzüberlastung, zu vermeiden, müssen bestimmte Netzparameter eingehalten werden. Vor allem eine konstante Frequenz von etwa 50 Hertz ist für die Stabilität des Stromnetzes essenziell. Daher ist ein Wechselrichter verpflichtet regelmäßig die Spannung, Frequenz und Impedanz im Netz zu überwachen. Steigen diese Werte über einen vorgeschriebenen Grenzwert, so besitzt der Wechselrichter eine Trennvorrichtung, welche das Gerät automatisch vom Stromnetz trennt. Bei einem leichten Anstieg der Frequenz, muss er seine Leistung hingegen nur stufenlos reduzieren und unterstützt so die Netzregelung.

Ertrags- & Anlagenüberwachung

Außerdem verfügt jeder Wechselrichter über eine Kommunikationsschnittstelle zur Photovoltaikanlage. Hier wird die Spannung, Stromstärke und die aktuelle Leistung der Anlage überwacht. Störungen können so schnell identifiziert werden. Außerdem ist es möglich die Ertragsdaten an entsprechende Online-Dienste oder Energiemanagementsysteme weiterzuleiten. Diese helfen Anlagenbesitzern, mehr vom eigenen Strom selbst zu nutzen.

Sicherheit

Ist ein Wechselrichter zu klein dimensioniert und daher überlastet, besteht theoretisch die Gefahr der Überhitzung. Wie z.B. ein Laptop verfügt daher auch ein Wechselrichter über eine Kühlfunktion, die eine Überhitzung des Geräts durch regelmäßige Wärmeabfuhr verhindert.

Ein weiterer Sicherheitsaspekt: Solarmodule lassen sich nicht so einfach abschalten. Um auch während der Betriebszeit der Anlage Arbeiten am Wechselrichter vornehmen zu können, verfügt jeder Wechselrichter deshalb über eine DC-Trennvorrichtung. Diese kann den Wechselrichter unter Last von den Solarmodulen abkoppeln. Ohne diese Vorrichtung, wäre bei Wartungsarbeiten eine aufwendige Verdunklung der Module notwendig.

Kosten

Pauschal können für einen Wechselrichter 10-15% der Gesamtkosten der Photovoltaikanlage angesetzt werden. In der Praxis liegt die Preisspanne für Wechselrichter von Anlagen auf Einfamilienhäusern zwischen 1.000€ und 2.500€. Pro Kilowatt installierter Photovoltaikleistung kann man mit etwa 200 € kalkulieren. Neben der Anlagengröße, hängt der individuelle Preis ebenfalls stark von der Qualität, dem Einsatzort und dem Leistungsumfang des Wechselrichters ab. 

Bekannte Wechselrichterhersteller

  • SMA
  • Fronius
  • SolarEdge
  • Kaco
  • Kostal

Die verschiedenen Wechselrichtertypen

Stringwechselrichter

Der am häufigsten eingesetzte Wechselrichter ist der String-Wechselrichter. Er bedient mehrere in Reihe geschaltete Solarmodule, den sogenannten String. In einem String sind zumeist Module gleicher Ausrichtung, Neigung und Verschattung zusammengefasst, denn Stringwechselrichter besitzen nur einen MPP-Tracker. Sie können so nicht optimal auf besondere Ansprüche einzelner Module reagieren. Durch das Bündeln von Modulen unter gleichen Bedingungen, werden Mismatching-Verluste und Verschattungseinbußen minimiert. Setzt man sogenannte Multistring-Wechselrichter ein, verfügt der Wechselrichter sogar über mehrere MPP-Tracker. Hierdurch hat man die Möglichkeit mehrere Strings, mit unterschiedlicher Modulneigung und Ausrichtung, in einem Wechselrichter zu integrieren.

Stringwechselrichter haben gegenüber Modulwechselrichtern den großen Vorteil eines erhöhten Wirkungsgrades. Außerdem ist die Wartung vereinfacht, weil die Wechselrichter nun nicht mehr auf dem Dach, sondern etwa im Haustechnikraum untergebracht werden können. Dies alles führt bei normalen Hausdachanlagen zwischen 2 und 30 kW zu einer erhöhten Effektivität und einem besseren Preis- Leistungsverhältnis.

Modulwechselrichter

Ein Modulwechselrichter ist ein Wechselrichter, der direkt am einzelnen Photovoltaikmodul angebracht wird. Modulwechselrichter spielen im Vergleich zu String- oder Zentralwechselrichtern jedoch nur eine untergeordnete Rolle, da sie einen geringeren Wirkungsgrad haben. Vor allem für großen Anlagen sind sie daher verhältnismäßig teuer. Außerdem sind Modulwechselrichter bei großen Photovoltaikanlagen sehr störanfällig, da  aufgrund der Vielzahl an Geräten ein erhöhtes Fehlerpotenzial besteht. Die Anbringung am Modul hat außerdem den Nachteil, dass die Wartung und der Austausch der Wechselrichter erheblich aufwendiger wird.

Vorteilhaft sind Modulwechselrichter bei kleinen mobilen Photovoltaikanlagen, bei denen die Licht-und Schattenverhältnisse häufig wechseln. Dann kann es nämlich sein, dass ein String- oder Zentralwechselrichter nicht mehr schnell genug reagieren kann und die Module keine optimale Leistung mehr abliefern. Der Modulwechselrichter hingegen kann individuell und schnell auf sich ändernde Strahlungseinfälle am einzelnen Modul reagieren. Positiv ist auch, dass Modulwechselrichter nicht über Gleichstrom verkabelt werden müssen. Außerdem verbrauchen sie 50% weniger Kabel im Vergleich zu herkömmlichen PV-Anlagen.

Zentralwechselrichter

Zentralwechselrichter werden zumeist bei sehr großen Dach- oder Freilandanlagen ab 30 kWp eingesetzt. Hier unterliegen in der Regel alle Module ähnlichen Neigungs- und Einstrahlungsverhältnissen. Daher können die Modulstränge über einen Generatoranschlusskasten zentral zusammengeführt werden. Da so nur ein Wechselrichter existiert, wird die Wartung stark vereinfacht. Oft existieren auch Fernwartungsverträge, bei denen die Anlage permanent digital aus der Ferne überwacht wird. Der Strom aus einem Zentralwechselrichter kann teilweise direkt in das Mittelspannungsnetz eingespeist werden.

Tipps für die Wechselrichterauswahl

  • nur Module gleicher Bedingungen (Neigung, Sonneneinstrahlung) an einem Wechselrichter zusammenschließen (Ausnahme Multistring-Wechselrichter)

  • Wechselrichter ungefähr so groß wie die Gesamtleistung der Module dimensionieren (Ausnahme: bei Entscheidung für die 70% Abregelung sollte die Wechselrichterleistung nur 75-80%  der Anlagenleistung betragen)

  • zur Orientierung Auslegungshilfen bekannter Hersteller nutzen (SMA → Sunny-Design, Fronius → Fronius Solar.configurator, Kostal → PIKOplan)

  • zur endgültigen Auswahl Fachplaner einbeziehen

Photovoltaikanlage planen und passenden Wechselrichter finden

Ähnliche Artikel

Sales

Nur für kurze Zeit: Solaranlage mit Speicher - schon ab 12.990 €