Wechselrichter

Aufgabe eines Wechselrichters

Der Wechselrichter ist in einer PV-Anlage die Schnittstelle zwischen den Solarmodulen und dem Stromnetz – ob intern oder öffentlich. Die Spannung, die ein Wechselrichter abgibt, ist automatisch an die Netzfrequenz angepasst. Handelt es sich um eine Photovoltaikanlage, die nicht am öffentlichen Netz angeschlossen ist (sogenannte Insellösung), dann ist eine eigene Frequenzsteuerung notwendig.

Der optimale Arbeitspunkt eines Wechselrichters

Jeder Wechselrichter hat einen optimalen Arbeitspunkt, zu dem er seinen vollen Wirkungsgrad entfaltet. Dieser wird als MPP bezeichnet (für „Maximum Power Point). Ein MPP-Tracker im Inverter ist dafür zuständig, diesen Punkt zu finden und zu gewährleisten, dass die Anlage mit bestmöglicher Effizienz arbeitet. Der MPP ist von der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und den spezifischen Eigenschaften der Solarmodule abhängig.

1-Phasen- und 3-Phasen-Wechselrichter

Im öffentlichen Stromnetz kommt 3-Phasen-Wechselstrom zum Einsatz, der aus drei Wechselströmen gleicher Frequenz besteht. Im Stromnetz in Haushalten wird meistens nur eine der drei Phasen an eine Steckdose geführt.

Ein 1-Phasen-Wechselrichter speist 1-Phasen-Wechselstrom in das öffentliche Netz, was dort wiederum mehr Aufwand erforderlich macht, um den Strom anzugleichen. Bei Anlagen, die mehr als 4,6 Kilowatt Leistung produzieren, muss darum ein 3-Phasen-Wechselrichter verwendet werden, um diesen Aufwand (und die Mehrkosten für den Netzbetreiber) zu vermeiden.

Bei kleineren Anlagen haben Verbraucher die Wahl und können sich für die in der Regel günstigeren 1-Phasen-Wechselrichter entscheiden. Wird der produzierte Solarstrom komplett ins öffentliche Netz eingespeist, ist für den Verbraucher der einphasige Wechselrichter die bessere Wahl. Soll die PV-Anlage für den Eigenbedarf dienen, kann der selbst produzierte Strom im hausinternen Netz jedoch dann mitunter nicht optimal genutzt werden. Denn das Hausnetz ist auf drei Phasen verteilt, an denen jeweils die verschiedenen Geräte hängen. Ein einphasiger Wechselrichter kann jedoch immer nur an eine Phase angeschlossen werden und somit nicht alle Geräte mit dem eigenen Solarstrom versorgen.

Typen von Wechselrichtern

Je nachdem, an wie viele Module ein Inverter angeschlossen werden soll, gibt es unterschiedliche Typen. Nicht jeder Wechselrichter kann gleich viele Module verarbeiten.

• Modulwechselrichter: Hier erhält jedes einzelne Modul einen eigenen Wechselrichter. Diese Lösung bietet sich vor allem an, wenn einzelne Teile der PV-Anlage oft verschattet sind. Dann können die Module unterschiedliche Leistungen zu einem unterschiedlichen MPP produzieren, ohne dass die gesamte Anlage weniger produziert.
• Stringwechselrichter: Diese Inverter wandeln den Strom von jeweils einem Strang (auch String genannt) von Modulen in einer PV-Anlage um. Der Einbau von Stringwechselrichtern ist bei kleinen privaten Anlagen meist die Lösung mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis. Zwar erhält dann nicht jedes einzelne Modul einen Wechselrichter, doch es können mehrere Module – idealerweise solche mit ähnlichen Bedingungen – zu einem Strang in Reihe geschaltet werden.
• Multistrangwechselrichter: Dieser Wechselrichter enthält mehrere MPP-Tracker, die jeweils für einen Strang den optimalen Arbeitspunkt ermitteln. Somit kann dieser Inverter den Strom von mehreren Modulsträngen gleichzeitig umwandeln.
• Zentralwechselrichter: Die leistungsstarken Wechselrichter sind für die gewerbliche Nutzung von Photovoltaik in großen Anlagen gedacht. Ein solcher Inverter kann eine große Menge an Solarmodulen beziehungsweise mehreren Strängen zentral steuern.
• Batteriewechselrichter: Eine Batterie kann nur Gleichstrom speichern. Die Aufgabe des Batteriewechselrichters ist es, die Gleichspannung aus der Batterie zu Wechselspannung umzuwandeln.
• Hybridwechselrichter: Diese Inverter können nicht nur an einen Speicher (wie eine Batterie) angeschlossen werden, sondern ebenso an eine weitere Stromquelle. Das kann beispielsweise eine Windkraftanlage oder ein Dieselgenerator sein, die einspringen, wenn die PV-Anlage nicht genügend Solarstrom produziert.
• Inselwechselrichter: Hierbei handelt es sich um Wechselrichter für abgeschlossene PV-Anlagen, beispielsweise in netzfernen Gegenden. Diese Inverter regeln Spannung und Frequenz selbst und stellen innerhalb des abgeschlossenen Kreislaufs die Versorgungssicherheit her.

Wie viele Wechselrichter werden in einer PV-Anlage benötigt?

In einer PV-Anlage ist in den allermeisten Fällen zumindest ein Wechselrichter notwendig. Ob es sinnvoller ist, sich für einen einzelnen Wechselrichter zu entscheiden oder einen an jedes Modul anzuschließen, hängt von der jeweiligen Anlage ab: vor allem von der Ausrichtung der einzelnen Module und/oder der Beschattung eines Teils der Anlage.

Die Vorteile eines einzelnen Wechselrichters liegen in der günstigeren Anschaffung und der zentralen Wartung von nur einem Gerät. Mehrere Inverter hingegen bieten die Sicherheit, dass bei einem Defekt nicht die gesamte Anlage ausfällt.

Der ideale Aufstellungsort eines Wechselrichters

Wechselrichter benötigen einen möglichst kühlen und trockenen Aufstellungsort. Kellerräume oder Garagen eignen sich in der Regel gut. Der Inverter produziert im Betrieb Wärme und ist gleichzeitig empfindlich gegenüber hohen Temperaturen. Daher sollte es in dem Raum, in dem der Wechselrichter untergebracht ist, möglichst kühl sein, und er sollte sich nicht schnell aufheizen. Zudem ist bei der Suche nach dem geeigneten Standort für einen Inverter zu bedenken, dass dieser während des Betriebs Geräusche von sich gibt.