Photovoltaik Wechselrichter

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Welcher Wechselrichter ist der beste?

Solarzellen produzieren systembedingt Gleichstrom. Um den Solarstrom in nutzbaren Wechselstrom umzuwandeln, werden sogenannte Wechselrichter benötigt. Doch Wechselrichter ist nicht gleich Wechselrichter. Da gibt es Modelle mit und ohne Trafo, Modulwechselrichter, Inselwechselrichter und einige mehr. Wir erklären die Unterschiede, nennen Vor- und Nachteile und sprechen Empfehlungen aus.

Das Innenleben eines Wechselrichters © romaset, stock.adobe.com
Das Innenleben eines Wechselrichters © romaset, stock.adobe.com

Grundsätzlich sind Wechselrichter danach zu unterscheiden, ob sie Komponente einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage oder einer Inselanlage sind. Je nachdem, ob ein Anschluss an das Stromnetz vorhanden ist oder nicht, funktioniert der Wandler etwas anders:

Wechselrichter Funktion:Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung
Wechselrichter Funktion:Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung

Wechselrichter für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen

In einer netzgekoppelten PV-Anlage hat der Wechselrichter seinen Platz zwischen Solarmodul(en) und Stromzähler bzw. zwischen Solarmodul und Verbraucher bzw. gegebenenfalls dem Stromspeicher.

Schema einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage
Schema einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage mit Überschusseinspeisung

Zur Einspeisung ins Stromnetz muss der Wechselrichter eine netzidentische Wechselspannung aufweisen. Diese sogenannten Netzeinspeise-Wechselrichter müssen von den Netzbetreibern anerkannt sein. Generell gilt: Kleine Anlagen bis ca. 5 kW Leistung speisen den Strom meist einphasig ein, größere Anlagen dreiphasig. Bei der Auswahl des richtigen Wechselrichters helfen Kenntnisse über den Spannungswandler, die Gerätetypen und die Auslegung.

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Trafo-Wechselrichter oder trafoloser Wechselrichter?

Trafo-Wechselrichter galten lange Zeit als die sichersten. Richtig ist: Der Transformator nimmt eine galvanische Trennung vor, was den Wechselrichter und damit auch die gesamte Photovoltaikanlage bei Überspannung vor ernsthaften Schäden schützt. Auf der anderen Seite entstehen dadurch auch Umwandlungsverluste, die sich normalerweise in einem niedrigeren Wirkungsgrad widerspiegeln. Die schweren Trafogeräte können sowohl an positiv als auch an negativ geerdete Solarmodule angeschlossen werden. Bei der Installation von Dünnschichtmodulen kann dies entscheidend sein.

Trafolose Wechselrichter erreichen deutlich höhere Wirkungsgrade, weil die Eingangs- und Ausgangsseite elektrisch verbunden sind. Außerdem sind sie leichter und damit einfacher zu installieren. Weiterer Pluspunkte: Lüfterlose Wechselrichter laufen leiser und sind kostengünstiger zu produzieren. Kristalline Module benötigen keine Erdung und können damit auch immer mit einem Wechselrichter ohne Trafo betrieben werden. Bei Dünnschichtmodulen ist Vorsicht geboten.

Tipp: Sollte Ihre Entscheidung für ein Dünnschicht-Paneel fallen, achten Sie darauf, dass das ausgewählte Modell keine negative Erdung voraussetzt. In diesem Fall sind Sie genauso flexibel wie bei der Installation eines kristallinen Solarmoduls.

Fazit: Aufgrund des besseren Wirkungsgrades (ca. 98 % vs. 95 %), der geringeren Betriebsgeräusche und des niedrigeren Anschaffungspreises haben sich die trafolosen Geräte durchgesetzt. Um ausreichend vor Überspannungen zu schützen, müssen sie nach Schutzklasse II installiert werden.

Wechselrichter-Typen

Je nach Anlagengröße kommen vier Gerätetypen in Betracht:

  • Modul-Wechselrichter für kleine Anlagen: Jedes Solarmodul hat bei dieser Bauart einen eigenen Wechselrichter. Der Nachteil: Besteht die Anlage aus mehreren Modulen, sind entsprechend viele Geräte nötig; Störungen kommen damit häufiger vor. Der Vorteil: Sind die einzelnen Module unterschiedlich ausgerichtet und verschattet, ist die Anlage mit Modulwechselrichtern am leichtesten zu optimieren.

    Für die immer beliebter werdenden Mini-Solaranlagen, auch Stecker-Solargeräte genannt, sind Modulwechselrichter wie gemacht.

  • String-Wechselrichter für kleinere bis mittlere Anlagen: Sind mehrere Module in Reihe geschaltet, wären die Leistungsverluste mit Modulwechselrichtern zu groß. Der Ausweg: ein Wechselrichter für den gesamten Strang. Bei mehreren Strängen werden auch mehrere Strangwechselrichter notwendig. Nachteil bei ungünstigen Gegebenheiten: Da sich die Solarzellen gegenseitig beeinflussen, fällt die Leistung aller verbundenen Zellen ab. Stringwechselrichter sind die am häufigsten eingesetzten Wechselrichtertypen.
  • Multistring-Wechselrichter für mittlere Anlagen: Statt jeden String an einen einzelnen Stringwechselrichter anzuschließen, können mehrere Strings auch zu einem Multistringwechselrichter führen. Bei mittleren Anlagen mit parallel geschalteten Modulen ist dies die preisgünstige Lösung. Zu empfehlen bei PV-Anlagen mit unterschiedlicher Ausrichtung und dem damit verbundenen zeitlich versetzten Ertrag.
  • Zentral-Wechselrichter für große Anlagen (ab ca. 100 kW): In Großanlagen wie Solarparks wäre eine Vielzahl von Multistring-Wechselrichtern einfach zu teuer in der Anschaffung, der Installation und der Wartung. Deshalb kommen hier Großgeräte zum Einsatz, sogenannte Zentralwechselrichter. Da sie für die Nutzer herkömmlicher Dachanlagen nicht infrage kommen, seien sie hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Für Photovoltaikanlagen in der Landwirtschaft oder in Industrie und Gewerbe kann sich die Anschaffung allerdings lohnen. Ein Solarteur kann die Kostenvorteile einschätzen.
Der Wechselrichter muss zur Anlagengröße passen
Der Wechselrichter muss zur Anlagengröße passen

Welche Wechselrichter-Anzahl ist ideal?

Diese Frage lässt sich nicht eindeutig beantworten. Vorteilhaft ist:

  • Wenige Wechselrichter vereinfachen die Montage beziehungsweise Verdrahtung. Auf jeden Fall spart es Kosten, nur einen einzelnen großen Wechselrichter zu installieren. Je nach dem zur Verfügung stehenden Raum kann dies wertvollen Platz einsparen. Zudem ist die Fehlersuche einfacher.
  • Mehrere Wechselrichter lassen sie sich hervorragend auf unterschiedlich ausgerichtete Module anpassen und reduzieren damit zum Beispiel Verschattungsprobleme. Die Anordnung ist flexibler möglich, die Geräte finden gegebenenfalls auch in engen Nischen noch ihren Platz. Außerdem legt ein eventueller Defekt nicht gleich die gesamte Photovoltaikanlage lahm.
Ein oder mehrere Wechselrichter?
Ein oder mehrere Wechselrichter?

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Optimale Wechselrichter-Auslegung

Der „richtige“ Wechselrichter muss natürlich das Ziel des Anlagenbetreibers erfüllen: möglichst bei jedem Strahlungsangebot der Sonne möglichst viel Strom zu erzeugen. Deshalb muss er die solare Eingangsspannung immer so weit aufbereiten, dass Strom ins Netz eingespeist werden kann. Der untere und der obere Eingangsspannungsbereich eines Wechselrichters begrenzen die Leistung der Modulkette folgendermaßen:

  • Der untere Wert sollte bei mindestens 30 Prozent der Nennleistung liegen, damit der Wechselrichter überhaupt Strom erzeugen kann.
  • Der obere Spannungsbereich darf nicht überschritten werden, um den Wechselrichter nicht zu zerstören. Daher muss die Maximalspannung unter der Leerlaufspannung der Modulkette liegen. Zu beachten: An klaren Wintertagen mit tiefen Außentemperaturen kann die Leerlaufspannung 10-12 Prozent höher sein.
Tipp: Für die richtige Auslegung der Wechselrichter gibt es eine Vielzahl von Programmen, die von den Herstellern kostenlos zur Verfügung gestellt werden und die die genannten Punkte berücksichtigen.

Wechselrichter für Inselanlagen

Soll die Photovoltaikanlage netzunabhängig arbeiten, benötigt sie einen Spannungswandler. Aus dem Auto- oder Campingzubehör bekannte Geräte wandeln den Gleichstrom einer 12- oder 24-Volt-Autobatterie in eine 230-Volt-Wechselspannung um. Damit können dann Leuchten und einfache elektrische Geräte wie Wasserkocher, Kaffeemaschine oder Kühlschränke betrieben werden.

Insel-Anlagen bringen Strom in abgelegene Orte
Insel-Anlagen bringen Strom in abgelegene Orte

Dies ist mit Photovoltaikmodulen ebenfalls möglich. Inselanlagen genannte PV-Anlagen bringen Strom in abgelegene Orte. Ohne Autobatterie, ohne Netzkoppelung. Damit keine Aussetzer den Kaffee- oder Fernsehgenuss stören, ist eine Solarbatterie allerdings unumgänglich. Inselanlagen erfordern außerdem einen

Insel-Wechselrichter: Da dieser seinen Gleichstrom aus einer Batterie bezieht, muss er auf die Batteriespannung abgestimmt sein. Gleichzeitig hat er auf der Ausgangs-/Wechselstromseite nur so viel Leistung abzugeben, wie der angeschlossene Verbraucher gerade benötigt. Die geregelte Ausgangsspannung ermöglicht einen weitgehend verlustfreien Verbrauch – was Inselwechselrichter auch teurer macht als einfache Spannungswandler. Beim Kauf ist zu beachten, dass der lastunabhängige Wechselrichter für die angeschlossenen Verbraucher groß genug ist.

Die Leistung eines Insel-Wechselrichters richtet sich nach der Ausgangsleistung
Die Leistung eines Insel-Wechselrichters richtet sich nach der Ausgangsleistung

Intelligente Wechselrichter

Ein intelligenter Wechselrichter ist kein neuer Gerätetyp. Jeder Wechselrichter für eine netzgekoppelte PVA hat einen „intelligenten“ Bestandteil: den MPP-Tracker. Der Maximum Power Point (MPP) bezeichnet den Punkt der Strom-Spannungs-Kennlinie, an dem das Solarmodul die höchste Leistung erbringt. Aufgrund der sich ständig ändernden Sonneneinstrahlung und Außentemperatur schwankt auch der genannte Arbeitspunkt erheblich. Eine starre Einstellung würde erhebliche Verluste mit sich bringen. Die Aufgabe des MPP-Trackers im Wechselrichter ist, die Leistung der Solarmodule unentwegt auf den jeweiligen Strahlungs- und Temperaturzustand abzustimmen.

Der MPP-Tracker ist immer auf der Jagd nach dem höchsten Wirkungsgrad
Der MPP-Tracker ist immer auf der Jagd nach dem höchsten Wirkungsgrad
Tipp: Ein MPP-Tracker kann immer nur auf ein Modul bzw. einen Modulstrang eingestellt werden. Bei einem Ost-West-Dach beispielsweise würde dies unweigerlich zu Leistungseinbußen führen. In diesen Fällen lohnt sich ein Multistring-Wechselrichter, der für jeden String einen eigenen MPP-Tracker nutzt.

Bei Inselanlagen übernimmt der Laderegler die Aufgabe des Mpp-Trackers.

Das Innenleben eines Wechselrichters © romaset, stock.adobe.com
Wechselrichter: Kaufberatung und Marktübersicht

Wer eine Photovoltaik-Anlage betreibt, erzeugt Gleichstrom. Die meisten elektrischen beziehungsweise elektronischen Geräte und das deutsche Stromnetz werden aber mit Wechselstrom… weiterlesen

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