PV-, Batterie- und Hybrid-Wechselrichter: Welcher ist richtig?
Oft wird nur vom „Wechselrichter“ gesprochen. Tatsächlich aber gibt es mehrere Arten: PV-Wechselrichter für eine Anlage ohne Stromspeicher, Batterie-Wechselrichter als Zusatzgerät, wenn ein Energiespeicher in Funktion genommen wird. Die dritte Option sind 2-in-1-Geräte, bekannt unter dem Namen Hybrid-Wechselrichter. Lernen Sie die verschiedenen Wechselrichterarten näher kennen. Zusätzlich finden Sie Erläuterungen zur Systemtechnik (AC- und DC-Koppelung) und wann ein 1-phasiger, wann ein 3-phasiger Wechselrichter der richtige ist.
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Drei Wechselrichter-Arten für jeden Bedarf
Um die elektrische Energie, die von den Solarmodulen produziert wird, nutzbar zu machen, muss der Gleichstrom der Solarzellen zunächst in netzkompatiblen Wechselstrom umgewandelt werden. „Netz“ heißt hier sowohl das Hausnetz als auch das öffentliche Stromnetz. Die im Folgenden verwendeten Fachbezeichnungen finden Sie weiter unten erläutert.
Wechselrichter #1: PV-Wechselrichter
Mit einem Solar- oder PV-Wechselrichter kann die von der PV-Anlage erzeugte Solarenergie direkt im Haushalt genutzt werden (PV2AC). Überschüssige Energie wird ins Stromnetz der Energieversorger eingespeist. Ein reiner PV-Wechselrichter ist die richtige Wahl für Solaranlagen ohne Energiespeicher.
Es gibt mehrere Typen von PV-Wechselrichtern. Welcher der passende ist, richtet sich nach der Größe der Solaranlage. Für eine Einfamilien-Dachanlage wird zumeist ein String-Wechselrichter installiert. Für sehr kleine PV-Anlagen wie Mini-Solaranlagen, auch Balkonkraftwerk und Stecker-Solargerät genannt, gibt es Mikro-Wechselrichter. Da sie für ein einzelnes Modul konzipiert sind, lautet ihre Bezeichnung folgerichtig Modul-Wechselrichter. Je nach Ausrichtung der Panels und der Verschattungssituation kommen die Minis auch für eine kleine Dachanlage in Betracht. Über die Vor- und Nachteile der verschiedenen Wechselrichter-Typen informiert der Beitrag Photovoltaik Wechselrichter.
Wechselrichter #2: Batterie-Wechselrichter
Für eine Photovoltaikanlage mit Energiespeicher wird zusätzlich ein bidirektionaler Batterie-Wechselrichter oder -Umrichter benötigt. Dieser ist dafür zuständig, die überschüssige Energie in den Stromspeicher zu laden (Batterieladung, AC2BAT) und dem Stromspeicher die benötigte Energie zu entnehmen (Batterieentladung, BAT2AC). Die zusätzlichen Umwandlungsschritte können die Effizienz der Anlage mindern; deshalb ist diese Option vor allem beim Nachrüsten mit einem Energiespeicher naheliegend. Je nach Gerät, Effizienz, Ersatzstromfunktion und Anlagenkonzept können AC-gekoppelte Systeme aber auch bei Neuinstallationen sinnvoll sein.
Auf dem Markt sind 1-phasige und 3-phasige Wechselrichter. Welcher zum Einsatz kommt, richtet sich nach der Anlagenleistung und dem Stromspeicher:
- 1-phasige Wechselrichter erzeugen Wechselspannung auf einer Phase. Entscheidend ist die AC-seitige Einspeiseleistung: Die einphasige Einspeisung ist in Deutschland in der Regel auf 4,6 kVA begrenzt. Die anschließbare PV-Modulleistung in kWp kann je nach Gerät, Dachausrichtung, Spannung, Strom und Herstellerfreigabe darüber liegen und muss anlagenspezifisch ausgelegt werden. Auch die Batteriekompatibilität ist produktabhängig; es gibt einphasige Geräte für Niedervolt- und für Hochvolt-Batterien.
- 3-phasige Wechselrichter verteilen ihre Leistung auf die drei, in fast allen deutschen Haushalten vorhandenen Phasen L1, L2 und L3. Gute dreiphasige Wechselrichter verteilen die Gesamtlast gleichmäßig. Bei Solaranlagen mit einer PV-Leistung von 5,5 bis 10 kWp treten aber auch bei einem asymmetrisch arbeitenden Gerät keine Problem auf. 3-phasige Wechselrichter sind die idealen Partner der leistungsstarken Hoch-Volt-Batterien.
Hinweis: Bitte beachten: Ein BMS bzw. eine BMU (Batterie-Management-System) ist Bestandteil des Speichersystems. Ob es im Batteriemodul, in einer Steuerbox oder als separate Einheit ausgeführt ist, hängt vom Hersteller und vom Speichermodell ab – unabhängig davon, ob es sich um einen Hochvolt- oder Niedervolt-Speicher handelt.
Wechselrichter #3: Hybrid-Wechselrichter
Bei der Neuerrichtung einer PV-Anlage mit Speicher empfiehlt es sich, direkt einen Hybrid-Wechselrichter zu installieren. Das Gute: Er vereint die Funktionen von Solar-Wechselrichter und Batterie-Wechselrichter in einem Gerät. Zum einen fließt der Strom direkt zu den Verbrauchern (PV2AC), zum anderen als Gleichstrom in den Speicher (PV2BAT). Von dort wird er erst bei der Entnahme in Wechselstrom umgewandelt (BAT2AC).
Interessant im Zusammenhang mit den zunehmenden Wetterextremen: Die neuste Generation der Allrounder ist oft schon mit einer Ersatzstrom-Funktion ausgestattet. Je nach Modell übernimmt der Wechselrichter die Versorgung einzelner Verbraucher, einiger ausgewählter oder aller Stromkreise im Haus. Für die Berliner Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) gehörten PV-Batteriesysteme mit integrierter Notstrom-Versorgung 2023 zu den Technologietrends. Die stark gestiegene Nachfrage sei auf den Wunsch nach mehr Versorgungssicherheit bei einem Netzausfall zurückzuführen.
Clever für Unentschlossene: Manche Hybrid-Wechselrichter können zunächst als reine Solar-Wechselrichter installiert werden. Die Batteriefunktion wird dann zu einem gewünschten Zeitpunkt ganz einfach hinzugeschaltet – bequem per separat erhältlichen Aktivierungscode. Ideal für alle, die erst noch einmal abwarten möchten, wie sich die Speicherpreise entwickeln.
Die drei Wechselrichter-Arten im Vergleich
Systemtechnik: AC- und DC-gekoppelte Systeme
Beim 38. PV-Symposium im März 2023 stellte die HTW 7 „Technologietrends bei Photovoltaik-Batteriesystemen“ vor. Seither hat sich der Trend #4 manifestiert: DC-gekoppelte Systeme setzen sich immer weiter durch. Herzstück dieser Systeme ist der Hybrid-Wechselrichter. Wir möchten den Unterschied zu den AC-gekoppelten Systemen verdeutlichen:
AC-Koppelung mit PV-Wechselrichter und Batterie-Wechselrichter
AC ist die Abkürzung von „alternating current“, englisch für Wechselstrom. AC-gekoppelte PV-Systeme speichern den Strom nach dem Wechselrichter auf der AC-Seite.
Ist kein Stromspeicher geplant, benötigt die Solaranlage ohnehin nur einen PV-Wechselrichter. Er managt den Stromfluss zu den beiden Abnehmern Hausstromnetz und öffentliches Netz.
Ist ein Stromspeicher geplant, werden die Buchstaben-Zahlen-Kombinationen interessant (wobei die „2“ für „to“ steht): Beim AC-gekoppelten System erfolgt das Laden in zwei Abschnitten: PV2AC im PV-Wechselrichter und AC2BAT im Batterie-Wechselrichter. AC2BAT heißt zugleich, der Wechselstrom wird erneut in Gleichstrom umgewandelt. Das erneute Umwandeln beim Entladen (BAT2AC) geschieht ebenfalls im Batterie-Wechselrichter. Das Ergebnis: Der Strom muss zweimal wechseln.
Der Hauptvorteil des AC-gekoppelten Systems ist die Flexibilität. Es lässt sich sehr einfach in bestehende Solarstrom-Anlagen einbinden und entsprechend den Ansprüchen erweitern. Da beide Geräte getrennt arbeiten, können sie bei einem Defekt oder am Ende der Lebensdauer einzeln ausgetauscht werden.
Nachteilig sind die recht großen Umwandlungsverluste, die letztendlich einen geringeren Systemwirkungsgrad zur Folge haben. Tatsächlich geht mit jedem Umwandlungsschritt einiges an Energie verloren.
DC-Koppelung mit Hybrid-Wechselrichter
DC ist die Abkürzung von „direct current“, englisch für Gleichstrom. DC-gekoppelte PV-Systeme speichern den Strom vor dem Wechselrichter auf der DC-Seite.
Das Umwandlungssystem besteht aus nur einer Einheit: dem Hybrid-Wechselrichter. Er verwendet die erzeugte PV-Energie zur Lastdeckung bzw. Netzeinspeisung (PV2AC) oder lädt sie in den Akku (PV2BAT). Wie der Batterie-Wechselrichter entlädt auch der Allrounder den Speicher zur weiteren Verwendung (BAT2AC).
Der Hauptunterschied zum Batterie-Wechselrichter ist auch der Hauptvorteil des Hybrid-Wechselrichters: Da das Laden ohne AC-Zwischenumwandlung erfolgt (PV2BAT direkt), entstehen insgesamt weniger Umwandlungsverluste; beim Entladen bleibt eine DC-AC-Wandlung erhalten. Damit steigt die Effizienz der Solarstromanlage. Zudem kann ein Hybrid-Wechselrichter je nach Modell und Funktionsumfang günstiger sein als zwei getrennte Geräte. Ob das im Einzelfall gilt, hängt jedoch von Leistung, Speicherkompatibilität, Ersatzstromfunktion und Installationsaufwand ab.
Nachteilig ist die geringere Flexibilität eines DC-gekoppelten Systems. Da die Einzelkomponenten genau aufeinander abgestimmt sein müssen, sind neue Speicher oder Wechselrichter nicht automatisch kompatibel; maßgeblich sind die Hersteller-Freigaben und Kompatibilitätslisten. Wird ein Speicher nachgerüstet, müsste in den meisten Fällen also auch der PV-Wechselrichter ersetzt werden.
Fazit: Bei Wechselrichtern kein „Richtig“ oder „Falsch“
Bei den Stromspeicher-Inspektionen der HTW erzielen Hybridwechselrichter mit Hochvolt-Batterien regelmäßig sehr gute Ergebnisse. Die aktuellen Tests zeigen aber auch: AC-gekoppelte Batteriesysteme können je nach Leistungsklasse ebenfalls Testsieger sein. Bei der Neuinstallation einer PV-Anlage mit Stromspeicher sind Hybridwechselrichter häufig naheliegend, aber nicht automatisch die beste Lösung für jeden Einzelfall. Beim Nachrüsten einer Solaranlage mit einem Stromspeicher sollte ein Blick auf das Alter und die Performance des vorhandenen PV-Wechselrichters geworfen werden. Ist dieser ohnehin in naher Zukunft ein Austauschkandidat, rechnet sich oft direkt ein Hybrid-Wechselrichter. Aber Achtung: Er muss mit dem bestehenden System kompatibel sein. Ein Solarteur kann Sie dabei beraten.
Ob ein 1- oder 3-phasiger Wechselrichter in Betracht kommt, richtet sich nach der Anlagengröße. Die einphasige Einspeiseleistung ist nach der Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 auf 4,6 kVA begrenzt; größere Leistungen werden dreiphasig eingespeist. Drei-Phasen-Wechselrichter sind oft die bessere Wahl, denn sie decken alle 3 Phasen des Hausnetzes problemlos ab. Soll auch ein Elektrofahrzeug aufgeladen werden, ist ein dreiphasiger Wechselrichter häufig sinnvoll – vor allem für höhere PV-Überschussladeleistungen –, aber nicht in jedem Fall zwingend.
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