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Die Photovoltaikmodule, die auf dem Dach die wertvolle Solarenergie einfangen, sind das Herzstück einer Photovoltaikanlage. Aber es braucht auch weitere Komponenten, um aus Sonnenlicht nutzbaren Strom gewinnen zu können. Dazu gehört zum Beispiel der Wechselrichter. Er wandelt den Gleichstrom, der aus den Solarzellen kommt in Wechselstrom um, der im Haushalt nutzbar ist. Aber er hat auch viele weitere Aufgaben und ist damit im Prinzip das Gehirn der Solaranlage.
Wechselrichter, Wie funktionieren sie?
Welche Funktionen das sind, wie der Wechselrichter überhaupt funktioniert und welches Modell das Beste ist, erfährst Du in diesem Artikel.
Ist in den Solarzellen der Prozess abgelaufen, der aus Sonnenlicht Strom erzeugt, liegt dieser als Gleichstrom vor. Bei Gleichstrom ändert sich die Bewegungsrichtung des elektrischen Stromflusses nicht. In unserem Haushaltsnetz wird hingegen Wechselstrom verwendet. Der Strom aus der Solaranlage muss daher von Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden, bevor er im Netz genutzt werden kann. Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter. Er wandelt den Gleichstrom aus den PV-Modulen um und speist ihn als Wechselstrom in das Stromnetz ein.
Warum nutzen wir Wechselstrom statt Gleichstrom?
Um alle Haushalte mit Strom zu versorgen, muss dieser teilweise weite Strecken zurücklegen. Dabei kommt es zu Transportverlusten, ein Teil der Leistung geht also schon auf dem Weg zum Verbraucher verloren. Diese Verluste können gering gehalten werden, wenn der Strom auf einem hohen Spannungsniveau transportiert wird. So ein hohes Spannungsniveau kann allerdings nur mit Wechselstrom erreicht werden. Um die Transportverluste möglichst gering zu halten, wird daher Wechselstrom statt Gleichstrom genutzt.
Der Wechselrichter kann aber auch einige andere Funktionen übernehmen:
Der Maximum Power Point (MPP) bezeichnet den Punkt, an dem die höchstmögliche Leistung aus der Solarzelle entnommen werden kann. Dieser ist allerdings von verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel der Temperatur oder der Bestrahlungsstärke abhängig und verändert sich daher ständig. Mit dem MPP-Tracking wird dieser Punkt ständig ermittelt und darauf reagiert. So wird jederzeit die höchstmögliche Leistung aus dem Solarmodul bezogen.
Der Wechselrichter sorgt außerdem dafür, dass das Netz stabil bleibt. Sollte die Spannung stark von den vorgegebenen Werten abweichen, wird die Solaranlage automatisch vom Netz getrennt. Der Wechselrichter ist daher auch dafür verantwortlich, dass sich die Photovoltaikanlage bei Stromausfall abschaltet. Andernfalls könnte weiterhin Solarstrom in das Netz eingespeist werden, was zum Beispiel im Fall von Reparaturarbeiten am Netz Lebensgefahr bedeuten könnte.
Der Wechselrichter zeigt außerdem an, welchen Ertrag die Anlage liefert. Hier kannst Du also sehen, wie hoch der Ertrag zu einem bestimmten Zeitpunkt ausfällt und damit auch schnell erkennen, ob eine Störung vorliegt. Das regelmäßige Prüfen des Ertrags kann dabei helfen, die Rendite möglichst hoch zu halten. Denn je früher eine Störung entdeckt wird, desto geringer ist der Ertrags- und Renditeausfall.
Der Wechselrichter soll unter anderem für den bestmöglichen Ertrag sorgen, indem er des Maximum Power Point findet. Der unterliegt allerdings Schwankungen, die zum Beispiel von der Bestrahlung abhängig sind. Sind die Module also unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt, kann der Wechselrichter keinen sinnvollen MPP mehr ermitteln und es kommt zu Ertragseinbußen. Ein Wechselrichter sollte daher immer nur solche Module bedienen, die sich in Ausrichtung und Verschattung ähneln. Allerdings gibt es auch Anlagen, bei denen nicht alle Module dieselbe Ausrichtung haben. Für diesen Fall gibt es unterschiedliche Arten von Wechselrichtern:
Der Modulwechselrichter wird – wie der Name schon sagt – am Modul angebracht. Er reguliert also nur dieses einzelne Photovoltaikmodul. Dadurch kann für jedes Modul der individuell beste Maximum Power Point gefunden werden und damit der Ertrag optimiert werden.
Allerdings bedeutet das auch erhöhte Kosten, da viele Wechselrichter nötig sind, um die gesamte Anlage zu kontrollieren. Viele Modulwechselrichter bedeuten außerdem auch ein erhöhtes Störungspotential. Sollte eine Störung der Anlage vorliegen, ist der eigentliche Defekt dann schwieriger zu lokalisieren.
Aufgrund der höheren Kosten und des höheren Wartungsaufwandes lohnen sich Modulwechselrichter daher nur bei kleineren Solaranlagen, bei denen sich die Ausrichtung der PV-Module und ihre Verschattung stark unterscheiden.
Modulwechselrichter finden vorallem Anwendung bei Balkonkraftwerken. So eignet sich auch der Modulwechselrichter von Hoymiles für Module bis 380 Watt. Zudem ist es möglich, wenn gewünscht, das Modul mithilfe der S-Miles App oder S-Miles Cloud zu überwachen.
Statt die Module einzeln anzubinden, können auch mehrere Module zu einem sogenannten String verbunden werden. Dieser String kann dann von einem Stringwechselrichter reguliert werden. Auf diese Weise ermittelt der Wechselrichter einen MPP, der für alle Module passt. Da dieser zwangsläufig nicht so exakt wie beim Modulwechselrichter ist, sollten alle Module eines Strings dieselbe Ausrichtung haben, um möglichst wenig Ertrag einzubüßen.
Zum Beispiel bei einer Ost-West-Solaranlage würde ein Stringwechselrichter nur wenig Sinn machen. Viele Modulwechselrichter würden hingegen hohe Kosten und hohen Wartungsaufwand bedeuten. Da die Module jeweils auf der Ost- bzw. West-Seite aber sehr ähnliche Ausrichtungen haben, kann man hier einen Multi-Stringwechselrichter einsetzten. Der kann mehrere Strings gleichzeitig bedienen und entsprechend auch für mehrere Strings gleichzeitig den Maximum-Power-Point finden. So können unterschiedlich ausgerichtete Module mit einem Wechselrichter bedient werden.
Dieser String Wechselrichter von Solax verfügt über einen Lichtbogenschutz. Das bedeutet, der Wechselrichter, kann erkennen, an welchen Stellen der Anlage Lichtbögen entstehen und unterbricht dementsprechend den Stromkreislauf an diesen Stellen, um Brände zu verhindern.
Der Zentralwechselrichter ist im Prinzip das Gegenteil des Modulwechselrichters. Statt eines Wechselrichters für jedes Modul wird hier für alle Module nur ein Wechselrichter genutzt. Der Zentralwechselrichter wird vorwiegend bei besonders großen, meist gewerblichen PV-Anlagen genutzt. Das spart nicht nur Kosten, sondern verringert auch den Wartungsaufwand. Die gesamte Photovoltaikanlage kann dann nämlich über einen einzigen Wechselrichter gewartet werden, oft sogar über eine Fernwartung. Damit durch den Zentralwechselrichter kein Ertrag verloren geht, sollten natürlich alle PV-Module eine ähnliche Ausrichtung und Verschattung aufweisen.
Der Hybrid-Wechselrichter kombiniert den klassischen Wechselrichter mit dem Photovoltaik Stromspeicher. Er ist also nicht nur in der Lage Strom umzuwandeln und den MPP zu ermitteln, sondern kann den gewonnenen Solarstrom auch zwischenspeichern. Dieser kann dann, wie bei einem herkömmlichen Speicher auch, zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgerufen werden.
Welcher Wechselrichter macht für meine Solaranlage Sinn? Welche Größe und worauf soll ich achten?
Hybrid-Wechselrichter haben den Vorteil, dass eine Stromumwandlung weniger benötigt wird, als bei herkömmlichen Stromspeichern. Denn der gewonnene Gleichstrom kann direkt in den Stromspeicher eingespeist werden ohne – wie normalerweise – vorher schon in Wechselstrom umgewandelt zu werden. Bei der Speicherung in einem normalen Stromspeicher muss der Solarstrom zunächst wieder in Gleichstrom umgewandelt werden und vor dem Verbrauch wieder in Wechselstrom. Allerdings bedeutet jede Umwandlung auch einen Leistungsverlust. Dieser soll mit dem Einsatz eines Hybrid-Wechselrichters so gering wie möglich gehalten werden.
Den Sungrow Hybrid Wechselrichter gibt es in drei verschiedenen Größen. Einmal für Anlagen bis 5 kW Leistung, für 6 kW Leistung uns für 8 kW Leistung. Die Geräte verfügen über zwei unabhängige MPP Tracker. Alle Daten können über die iSolarCloud oder die iSolarCloud-App abgerufen werden. Die Preise variieren je nach Gerät zwischen 2.099 Euro und 2.299 Euro.
Die Kosten für den Wechselrichter sind vor allem von seiner Leistung abhängig, die auf die Solaranlage angepasst sein muss. Zwischen 10 und 15 Prozent der Gesamtkosten für eine Photovoltaikanlage entstehen durch den Wechselrichter.
Bei Gesamtkosten von ca. 15.000 €* für eine PV-Anlage kostet der Wechselrichter also zwischen 1.500 €* und 2.250 €*.
Fronius Symo Gen24 Plus 6.0 | Hybrid Wechselrichter | Solax | X3-MIC-3K-G2 | | DEYE SUN600 Wechselrichter, Balkonkraftwerk, 600 W | |
Max. DC Anschlussleistung | 9kW | 6kW | 9,6kW |
Max. AC-Leistung | 6kW | 3kW | 6,67kW |
Anzahl Mpp-Tracker | 2 | 2 | 2 |
Einspeisephasen | 3 | 3 | k.A. |
Schutzklassen | IP66 | IP66 | IP67 |
Farbe | weiß | weiß | grau |
ca. 3431 € | ca. 999 € | ca. 251 € |
Der Solar Wechselrichter ist dafür zuständig den Gleichstrom, der in den Solarmodulen erzeugt wurde, in Wechselstrom umzuwandeln und ihn dadurch für das öffentliche Stromnetz verwertbar zu machen.
Der Wechselrichter hat zwei wichtige Aufgaben. Er ist einerseits eine wichtige technische Komponente, die den Gleichstrom, der von einer PV-Anlage produziert wird, in Wechselstrom umwandelt. Außerdem sorgt der Wechselrichter dafür, dass die Anlage in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben wird.
Der Wechselrichter ist der zentrale Punkt jeder Photovoltaikanlage: Er wandelt den Gleichstrom der Solar-Module in netzüblichen Wechselstrom und gibt diesen in das öffentliche Stromnetz ab. Zudem steuert und überwacht er die gesamte Anlage.
Da der Wechselrichter sehr viel Abwärme produziert und empfindlich gegenüber Hitze ist, wäre der optimale Aufstellungsort in einem kühlen und trockenen Raum, wie zum Beispiel im Keller oder der Garage.
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