Wechselrichter
Ein Wechselrichter, mitunter auch als Inverter oder Spannungswandler bezeichnet, ist ein elektronisches Gerät, welches Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Photovoltaikanlagen erzeugen Gleichstrom, da Solarmodule fast immer aus Silizium bestehen, das ein Halbleiter ist und Strom nur in eine Richtung fließen lässt. Ein Wechselrichter ist daher notwendig, um den Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, der anschließend ins Stromnetz eingespeist oder für den Eigenbedarf genutzt werden kann. Die meisten Wechselrichter für Solaranlagen arbeiten in zwei Schritten: Zunächst wird der Gleichstrom durch einen Gleichstromwandler (DC-DC-Wandler) in eine höhere Spannung gebracht. Dann wird der Strom durch den eigentlichen Wechselrichter in den haushaltsüblichen Wechselstrom, bei uns in Mitteleuropa mit einer Spannung von 230V, umgewandelt.
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Informationen zu Wechselrichtern
Auch die Größe der Geräte spielt eine Rolle. Ein zu kleiner Wechselrichter kann nicht genügend Strom erzeugen, um den Bedarf des Haushalts zu decken, während ein zu großer Wechselrichter unnötig teuer ist und möglicherweise auch ineffizient arbeitet. Es ist daher wichtig, einen Wechselrichter auszuwählen, der genau auf die Bedürfnisse der eigenen PV-Anlage abgestimmt ist.
Welcher Wechselrichter passt zu meiner PV-Anlage?
Zusätzlich zur Größe und Effizienz spielen weitere Faktoren bei der Auswahl des passenden Wechselrichters eine Rolle. Soll der erzeugte Solarstrom überwiegend ins allgemeine Stromnetz rückeingespeist werden oder direkt verwendet werden, z.B. auch für Smart-Home Geräte oder zum Aufladen des eigenen E-Autos? Dann könnte ein moderner Wechselrichter mit W-Lan-Anbindung und einer Möglichkeit zur Steuerung per App sinnvoll sein.
Besonders interessant für alle, die möglichst viel des selbst erzeugten Solarstroms auch direkt für den Eigenverbrauch nutzen möchten, sind sogenannte Hybrid-Wechselrichter. Diese arbeiten zunächst wie ein ganz normaler Wechselrichter, können aber darüber hinaus eine gewisse Menge Sonnenstrom mit Hilfe einer integrierten Batterie zwischenspeichern und zeitversetzt wieder abgeben.
PV-Wechselrichter und Batterie-Wechselrichter bilden bei hybriden Wechselrichtern eine Einheit. Das hat auch Vorteile, wenn z. B. zu einem späteren Zeitpunkt ein zusätzlicher Stromspeicher nachgerüstet werden soll – die Installation eines gesonderten Batterie-Wechselrichters entfällt.
Eine weitere wichtige Frage: Wie soll die Wartung der Anlage organisiert werden? Hybrid-Wechselrichter, aber auch viele Modelle ohne Speicherfunktion, verfügen inzwischen über integrierte Überwachungssysteme, die den Betriebszustand der Solaranlage kontrollieren, Warnmeldungen ausgeben und bei Bedarf sogar kleinere Wartungsarbeiten an der Elektronik softwaregestützt selbstständig durchführen können.
Wechselrichter in Solaranlagen: Alle an einem Strang?
In großen Solarsystemen werden normalerweise fast immer zentralisierte Lösungen angewendet, bei denen mehrere Solarmodule an einen Wechselrichter angeschlossen werden. Auch viele private Hausbesitzer bevorzugen zentralisierte Wechselrichter für ihre PV-Anlagen, da so zum einen der Montageaufwand geringer ausfällt, wenn nur ein Gerät installiert werden muss. Das spart Investitionskosten. Zum anderen bleibt die Zahl der Komponenten innerhalb der Anlage und damit auch der künftige Wartungsaufwand überschaubarer. Meist fällt die Wahl auf sog. Strang-Wechselrichter, bei denen mehrere Solarmodule (bei kleineren Anlagen auch oft alle Panels) in Reihe auf einen Wechselrichter aufgeschaltet werden. Die Reihenschaltung hat den Vorteil, dass die Verkabelung vergleichsweise einfach ist Die PV-Module werden direkt auf dem Dach miteinander verkabelt und die Gesamtenergie über ein einziges langes Zuleitungskabel an den – häufig im Keller montierten - Wechselrichter herangeführt. Allerdings entsteht der Nachteil, dass das schwächste Glied der Kette nun die Gesamtleistung bestimmt: Beim Ausfall eines einzigen Moduls muss aufgrund der Reihenschaltung der Solarpanels in der Regel der gesamte Strang der Anlage seine Leistung drosseln oder fällt sogar ganz aus (sog. „Lichterketten-Effekt"). Darüber hinaus kann die Leistung des Systems durch Faktoren wie Schattenwurf und die Ausrichtung der einzelnen Solarpaneele (Unterschiede im Neigungswinkel, nicht optimale Ausrichtung der Dachfläche etc.) erheblich beeinträchtigt werden.
Was ist ein Mikro-Wechselrichter und welche Vorteile bringt er?
Für kleinere Solarsysteme bieten sich dezentralisierte Wechselrichter - auch als Modulwechselrichter bezeichnet - an. Bei dieser Variante verfügt jedes Solarmodul über seinen eigenen Wechselrichter, der unabhängig vom Rest der Anlage seine Arbeit verrichtet. Eine relativ neue Art von Modulwechselrichtern sind die besonders kompakten Mikro-Wechselrichter, die direkt an den Modulen befestigt werden.
Ein Vorteil von Mikro-Wechselrichtern ist ihre Effizienz. Da jeder Mikrowechselrichter nur für ein Solarmodul zuständig ist, kann er genau auf die Bedürfnisse dieses Moduls abgestimmt werden, was bedeutet, dass das System als Ganzes effizienter arbeitet. Bei einem Strang-Wechselrichter arbeiten alle hintereinander geschalteten Module zusammen. Dies bedeutet allerdings, dass die Leistung des gesamten Systems durch das jeweils schwächste Modul im Strang begrenzt wird. Mit Mikro-Wechselrichtern hingegen kann jedes Solarmodul individuell optimiert werden, um maximale Leistung zu erzielen, unabhängig davon, ob die anderen Solarmodule des Systems schwächer sind.
Der Wechselstrom wird direkt am Solarmodul erzeugt und somit der Leistungsverlust durch evtl. lange Transportwege zum Aufstellort des Wechselrichters minimiert. Auch die Menge der erzeugten Abwärme ist bei den kleinen einzelnen Geräten geringer, als wenn ein großer Wechselrichter die Leistung des gesamten PV-Systems verarbeiten muss.
Die Gesamtleistung des Solarsystems wird zudem nicht durch Faktoren wie Schattenwurf oder unterschiedliche Ausrichtungen beeinträchtigt. Ein weiterer Vorteil von Mikrowechselrichtern ist ihre Flexibilität: Das System kann leicht erweitert werden, indem einfach weitere Module und Mikro-Wechselrichter hinzugefügt werden.
Im Gegensatz dazu erfordert die Installation von Strang-Wechselrichtern spezielle Verkabelungstechniken und in der Regel eine größere Anzahl von Komponenten. Wenn eine Solaranlage mit Strang-Wechselrichtern installiert wird, müssen alle Solarmodule auf einmal angeschlossen werden und der Wechselrichter entsprechend dimensioniert und eingestellt sein. Soll nun eine nachträgliche Erweiterung oder Veränderung der Anlage (z. B. Tausch einzelner Module oder Einbau eines Batteriespeichers) erfolgen, so muss in der Regel auch ein neuer Wechselrichter für die gesamte PV-Anlage installiert werden. Das verursacht u. U. hohe Kosten und führt außerdem zu Unterbrechungen bei der Stromversorgung. Durch die Nutzung von Mikrowechselrichtern entfällt dieses Problem komplett.
Fehlfunktionen der Anlage lassen sich zudem leichter diagnostizieren, da jeder Wechselrichter separat überwacht werden kann. Jeder Mikro-Wechselrichter kann die Leistung des dazugehörigen Solarmoduls messen und die Daten an ein Überwachungssystem senden. Dies ermöglicht es Ihnen als Eigentümer der Solaranlage, Probleme schneller zu erkennen und besser eingrenzen zu können – ein Servicedienstleister wie Fastplug kann also mit gezielten Infos versorgt werden, was Zeit und Kosten der Wartung minimiert.
Die direkte Anbringung von Mikrowechselrichtern am Modul führt auch dazu, dass jedes Modul unabhängig von den anderen betrieben werden kann. Wenn beispielsweise ein Abschnitt der Solaranlage beschattet wird oder ausfällt, beeinträchtigt dies nur die Leistung an diesem einen Modul, während die anderen Teile der Anlage weiterhin Energie produzieren.
Insgesamt bieten Mikrowechselrichter viele Vorteile gegenüber Strang-Wechselrichtern. Sie sind flexibler bei der Installation, energieeffizienter, sicherer und bieten eine höhere Leistung. Obwohl sie oft etwas teurer sind als Strang-Wechselrichter, können sie auf lange Sicht aufgrund ihrer höheren Effizienz und Zuverlässigkeit die bessere Investition sein.