Wechselrichter

Ohne Wechselrichter kein 230V Solarstrom

Für den Betrieb nahezu jeder Photovoltaikanlage ist der Wechselrichter eine unverzichtbare Komponente. Man nennt dieses elektronische Bauteil auch Spannungswandler, und dieser Begriff erklärt sehr gut seine Funktion.

Der Wechselrichter wandelt den in Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Auf der Eingangsseite tritt der Gleichstrom (DC) ein, auf der Ausgangsseite wird Wechselstrom geliefert (AC). Dieses technisch einfache Funktionsprinzip ist grundsätzlich bei allen Wechselrichtern gleich.

Erst durch diese Umwandlung ist der Betrieb handelsüblicher 230V-Elektrogeräte mit Solarenergie möglich. Darüber hinaus übernimmt der Wechselrichter weitere wichtige Aufgaben.

Der Wechselrichter steuert automatisch immer den sogenannten Maximum Power Point (MPP) der Solarmodule an. So wird permanent der optimale Stromertrag einer Solaranlage erzielt. Zudem überwacht und regelt er das Stromnetz auf eine zwingend konstante Frequenz von etwa 50 Hertz.

Dieser Grenzwert schützt vor Netzüberlastung oder bei einem kompletten Zusammenbruch des Stromnetzes. Wird er überstiegen, trennt sich der Wechselrichter automatisch vom Netz. Zur Anlagenüberwachung und Energiemanagement verfügt jeder Wechselrichter zudem über eine smarte Kommunikationsschnittstelle.

Gleichstrom zu Wechselstrom: Warum?

Gleichstrom unterscheidet sich grundsätzlich von Wechselstrom. Bei Gleichstrom (DC = englisch „direct current“) fließen Elektronen mit gleicher Geschwindigkeit in dieselbe Richtung. Bei Wechselspannung (AC = englisch „alternating current“) dagegen wechselt die Polarität ständig von Plus zu Minus.

Wechselstrom lässt sich im Vergleich ohne große Verluste transformieren und transportieren. Das heißt, er kann über eine große Distanz effizient übertragen werden.  

Über Transformatoren kann das Spannungs- und Stromniveau von Wechselstrom zudem gut reguliert werden, ebenfalls mit nur geringen Stromverlusten. Deshalb kann jeder über die Solaranlage generierte Strom ausschließlich als Wechselstrom ins Netz eingespeist werden.

Für 12V-Insellösungen mit Photovoltaik wird nur dann kein Wechselrichter benötigt, wenn die elektrischen Verbraucher mit eben diesem 12V-Gleichstrom betrieben werden.

Der Wirkungsgrad definiert die Effizienz

Wechselrichter gibt es in diversen Leistungsklassen und Ausführungen. Um ihre Leistungsfähigkeit vergleichbar zu machen, ist ihr Wirkungsgrad definiert. Dieser Wert gibt Auskunft über die maximale Energieumwandlung der gesamten PV-Anlage und damit ihren Stromertrag.

Der Wirkungsgrad hängt von diversen Faktoren ab. Dazu zählen Standort und Ausrichtung der Solaranlage, die Intensität der Sonneneinstrahlung sowie die individuelle Anlagenkonfiguration.

Weil ein und derselbe Wechselrichter deshalb nicht immer und überall seine maximale Leistung erbringen kann, errechnet man seinen Wirkungsgrad als Mischkalkulation. Sie stellt den rechnerischen Mittelwert seiner 5, 10, 20, 30, 50 und 100% Werte der Maximalleistung dar.

Dabei werden die durchschnittlichen europäischen Temperatur- und Wetterverhältnisse zugrunde gelegt. Man spricht deshalb auch vom „Europäischen Wirkungsgrad“.

Ideal zur mobilen Energieversorgung

Neben den stationären PV-Anlagen gewinnt Solarstrom große Bedeutung bei der Energieversorgung für Insellösungen fernab vom Stromnetz sowie im Bereich von Wohnmobilen, die sich autark versorgen wollen.

Auch Wallboxen zum Aufladen von E-Fahrzeugen jeder Art kommen ohne Wechselrichter nicht aus. Die große Bandbreite verfügbarer Spannungswandler stellt sicher, dass für nahezu jede Anwendung ein kompatibles, geeignetes Modell auf dem Markt ist.

Welche Leistung braucht mein Wechselrichter?

Kein Wechselrichter kann die komplette Menge an solar erzeugtem Gleichstrom in die gleiche Menge Wechselstrom umwandeln. Ein gewisser Verlust ist unvermeidbar. Auch deshalb muss bei der Dimensionierung deines Wechselrichters eine gewisse Sicherheitsreserve einkalkuliert werden.

Konkret: Bei zu versorgenden Standardverbrauchern sollte der Spannungswandler 20 bis 50% mehr Leistung als benötigt bringen können. Wenn ein anzuschließendes Gerät also zum Beispiel 100W Dauerleistung verlangt, sollte der Spannungswandler mindestens 120W bis 150W liefern.

Mit der Reserve sind mit Sicherheit die Verluste abgedeckt und der Wechselrichter läuft nicht heiß. Zudem bleibt Spielraum, um auch mal schnell ein zusätzliches Gerät anzuschließen.

Wechselrichter mit reinem Sinus schaltest du am besten nur ein, wenn du die die vollen 230V benötigst. Das Gerät selbst verbraucht auch im Ruhezustand Strom, entwickelt Hitze und kann im Wohnmobil zum Beispiel zu einer irreparablen Tiefenentladung der Bordbatterie führen.

Zur exakten Berechnung der benötigten Leistung deines Wechselrichters sind die gewünschten Eingangs- und Ausgangspannungen ausschlaggebend. Für die Gleichspannungswerte kommen hauptsächlich vier Anwendungsbereiche in Betracht:

    12V für Kfz und Wohnmobile
    24V für Lkw und Schwerfahrzeuge
    12V / 24V / 48V für Solaranagen
    5V für USB Ladegeräte

Ein Spannungswandler von 12V Gleichspannung auf 230V Wechselspannung wie im Hausnetz kann also auch an eine Autobatterie angeschlossen werden und liefert Netzstrom wie in jedem europäischen Haushalt.

Welche Typen Wechselrichter gibt es?

Um sich zu rentieren, müssen Wechselrichter für Photovoltaikanlagen speziellen Anforderungen entsprechen. Wirkungsgrad und Spannungshöhen gehören dazu. Die grundsätzliche Entscheidung ist allerdings, welche Kategorie Wechselrichter du brauchst.

Man unterscheidet diverse Typen von Wechselrichtern. Abgestimmt auf die gesamte PV-Installation und fachgerecht montiert, liefern sie jeweils den optimalen Stromertrag. Zudem arbeiten sie mit smarten Funktionen zur Anlagenüberwachung, für die Betriebssicherheit und das Energiemanagement.

Im Zusammenspiel machen diese Funktionen den Betrieb im Alltag so unaufwändig und einfach wie möglich.

Batteriewechselrichter

Ein Batteriewechselrichter wird eingesetzt, um eine Solaranlage mit einem externen oder integrierten Stromspeicher nachzurüsten. Er transformiert den Wechselstrom zurück in Gleichstrom, damit er in der Batterie gespeichert werden kann.

Smarte Funktionen regeln dabei automatisch die optimalen Lade- und Entladeprozesse und bieten weitere Vorteile. So können mit Batteriewechselrichtern zum Beispiel Speichersysteme mit Notstromfunktion eingerichtet werden.

Hybrid-Wechselrichter

Hybride Wechselrichter vereinen zwei Geräte in einem. Auf der einen Seite den Batteriewechselrichter, auf der anderen Seite den Photovoltaik-Wechselrichter.

Alle unsere Hybridwechselrichter auf einen Blick

Diese kompakte Kombination spart Platz und Kosten und wird bevorzugt genommen, wenn hoher solarer Eigenverbrauch bei geringen Kosten gewünscht wird.

Hybrid-Wechselrichter können mit ihren Funktionen zum Beispiel die Anlagenüberwachung, die Netzstabilisierung und die Leistungsoptimierung übernehmen. Wie bei allen Wechselrichtern ist auch hier der Wirkungsgrad ein wichtiger Kaufaspekt für die Wahl des optimalen Modells.

Balkonkraftwerk

Ein Balkonkraftwerk ist ein Photovoltaikmodul mit Schuko-Stecker und einem integrierten Wechselrichter. Es wird als Plug & Play Element einfach in die Steckdose gesteckt.

Entdecke unsere Balkonkraftwerke

Sein Stromertrag wird nicht ins öffentliche Stromnetz eingespeist, sondern direkt im Hausnetz verbraucht. So können tagsüber zum Beispiel diverse Standby-Geräte mit Solarstrom betrieben werden. Somit können nicht nur Hausbesitzer, sondern auch Mieter ganz einfach zu Stromproduzenten werden.

Sinus-Wechselrichter

Die Auswahl an Wechselrichtern mit reinem Sinus ist groß, weil diese Kategorie den Betrieb nahezu aller modernen 230 Volt Geräte mit Solarstrom erlaubt. Hier ist es besonders wichtig, die benötigte Stromleistung für Verbraucher plus Sicherheitsreserve zu ermitteln.

Modulwechselrichter

Ein Modulwechselrichter ist mit nur einem einzigen Photovoltaik-Modul verbunden. Er wandelt also nur für dieses Modul Gleichstrom in Wechselstrom um - statt für einen ganzen Strang oder eine komplette Solaranlage, wie andere Wechselrichter.

Reiner oder modifizierter Sinus?

Die gängigsten Wechselrichter transformieren 12V-Gleichstrom zu 230V-Wechselstrom. Speziellere Ausführungen sind auch auf 24V oder 48V Eingangsströme ausgelegt. Nicht alle Spannungswandler liefern allerdings die exakte und stabile Strom-Sinuskurve wie das öffentliche Stromnetz und die Steckdose zuhause.

Für den Betrieb einfacher elektrischer Geräte wie zum Beispiel herkömmliche Glühbirnen, Wasserkocher oder Föhn ist das nicht zwingend ein Problem. Sollen technisch anspruchsvollere, zum Beispiel mit LED oder Digitalfunktionen arbeitende Geräte allerdings zuverlässig laufen, ist eine saubere Sinuskurve des Stroms unbedingt wichtig.

Ab 4,6kW  PV-Leistung muss zudem zwingend ein dreiphasiger Wechselrichter installiert werden. Das hat mit der sogenannten „Schieflastgrenze“ zu tun: Wird eine Phase der Leitung um mehr als 4,6 kW als eine andere belastet, kann es zu Störungen im Stromnetz kommen. Kleinere, einphasige Wechselrichter kommen also nur für unter 4,6akW in Betracht.

Deshalb ist es ein großer Unterschied, ob der Wechselrichter einen reinen oder einen modifizierten Sinus liefert. Dieser Unterschied macht sich dann auch im Preis bemerkbar.

Wechselrichter mit modifiziertem Sinus

Spannungswandler mit modifiziertem Sinus kommen hauptsächlich zur netzunabhängigen Stromversorgung zum Einsatz. Sie sind die Art von Wechselrichter, die für Solarstrom-Insellösungen etwa beim Campingmobil oder im Garten genutzt werden.  

Allerdings kann man mit ihnen nicht jedes Gerät optimal mit Strom versorgen. Denn je schwankender die Sinuskurve des Wechselrichters ist, desto unzuverlässiger ist der Betrieb mancher Geräte. Was für einfachere Haushalts- und Elektrogeräte meist aber dennoch kein Problem darstellt.

Wechselrichter mit reinem Sinus

Funktionieren empfindlichere Haushaltsgeräte oder Werkzeuge beispielsweise per elektronischer Steuerung, ist für den zuverlässigen Betrieb ausschließlich ein reiner Sinus-Wechselrichter geeignet.  Bei unsachgemäßem Betrieb mit anderen Spannungskurven kann es zu Fehlfunktionen und irreparablen Defekten kommen.

Wechselrichter mit modifiziertem Sinus ausreichend z.B. für	Wechselrichter mit reinem Sinus unbedingt z.B. für
● Glühlampen, aber keine LEDs ● einfache Kaffeemaschinen ● Wasserkocher, Mixer… ● einfache Radios und Notebooks ● Kompressor-Kühlschränke ● Staubsauger ...	● Energiesparlampen, LEDs ● Kaffee-Padmaschinen / Vollautomaten ● Fernseher, HiFi-Anlagen ● Mikrowelle mit Display/LCD Anzeige ● Rasierapparate ● Waschmaschine  ...

     

Wichtige technische Abkürzungen

Diverse im Wechselrichter integrierte Zusatzfunktionen optimieren und stabilisieren den Stromertrag von PV-Anlagen. Die wichtigsten und häufigsten sollten Sie kennen, weil sie sich direkt auf den praktischen Betrieb auswirken.

USV steht für unterbrechungsfreie Stromversorgung. Es handelt sich hier um ein Stromversorgungssystem mit Energiespeicher, das bei Ausfall der Stromzufuhr trotzdem die Versorgung der angeschlossenen Verbraucher garantiert.

MPP steht für Maximum Power Point - den Punkt der höchsten Leistung. Der MPP Tracker sorgt dafür, dass der Wechselrichter immer im maximalen Leistungsbereich arbeitet. So kann trotz schwankender Stromerzeugung auf Grund unterschiedlich starker Sonneneinstrahlung wie Wolken, Tages- oder Jahreszeiten oder Verschattung durchgängig die bestmögliche Umwandlung erfolgen.

NVS steht für Netzvorrangschaltung. Die Funktion sorgt dafür, dass beim Anliegen von Netzstrom alle Netzsteckdosen (im Fahrzeug) automatisch mit Landstrom versorgt werden. Der Wechselrichter schaltet dann komplett ab und zieht somit auch keinen Strom mehr aus der Batterie.

In Verbindung mit weiterem Zubehör sowie einer nach Wunsch frei wählbaren Batterie-Speicherkapazität lassen sich PV-Lösungen realisieren. Hier gibt es mittlerweile großen Spielraum zur individuellen Nutzung von Solarenergie zu entdecken.

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Wie/wo installiere ich den Wechselrichter?

Der beste Montageort für den Wechselrichter Ihrer PV-Anlage hängt immer von den individuellen Voraussetzungen vor Ort ab.

Der Keller hat den Vorteil, dass es dort kühl ist. Der Dachboden hat den Vorteil, dass nur kurze Kabel benötigt werden. Denn kurze Kabelwege sind immer besser als lange. Das gilt für stationäre Installationen ebenso wie für eine PV-Montage am Campingbus.

Es bietet sich grundsätzlich an, den Wechselrichter möglichst direkt hinter den Solarmodulen zu installieren. Dabei sollte der Spannungswandler trotzdem gut zugänglich sein.

Obwohl das Gerät im Betrieb nur wenig Wärme entwickelt, sollte es nicht in brennbarer Umgebung oder direkt auf Holz montiert werden. Gegen das praktische Anbringen am Rahmen der Solarmodule spricht, dass mit dessen mechanischer Veränderung in der Regel seine Herstellergarantie erlischt.

Wird der Wechselrichter im Innenbereich montiert, erleichtert das natürlich seine Kontrolle. Die LED der Geräte sind zur Fehlerüberwachung schneller und bequemer einsehbar. Die Gleichstromkabel zu den Solarmodulen müssen dann allerdings verlängert werden.

Wichtig ist die Kabelfrage

Jeder Stromfluss durch ein Leiterkabel bringt Stromverlust mit sich („Ohmsche Verluste“). Je höher die Stromstärke und je dünner und länger der Leiter, desto mehr Verlust tritt auf. Soll sich Ihr Solarstrom also nicht ungenutzt in Wärme umwandeln, ist eine optimale Verkabelung wichtig.

Je nach Leitungslänge können dabei die benötigten Querschnitte variieren.

Für die meisten Anwendungen benötigen Sie ein dreiadriges Kabel mit grün/gelben Leiter (Erdung PE), blauem Leiter (Neutralleiter N) und braunem oder schwarzem Leiter (Phase L).

Wer auf Nummer sicher geht, verlegt sämtliche Leitungen in Rohren oder Wellschläuchen. So sind die Kabel vor Beschädigung, Verbiss oder UV-Strahlung bestmöglich geschützt.

Ist Ihre Anlage nicht beweglich, so genügt eine herkömmliche Leitungssicherung als Absicherung. Ist die Anlage nicht fest installiert oder kommen Menschen mit ihr in Berührung, muss sie zusätzlich mit einem Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Automat) gegen Stromschlag z.B. bei defekter Kabelisolierung abgesichert werden.

Wie lange hält ein Wechselrichter?

Das richtige Modell und seine sorgfältige fachgerechte Montage beeinflussen die Lebensdauer eines Wechselrichters erheblich. Durchschnittlich halten Wechselrichter etwa 10 Jahre, hochwertige Gerätetypen werden auch mit bis zu 15 Jahren Lebensdauer angegeben.

Ist das Alter des Wechselrichters noch nicht erreicht und es treten Probleme auf, kann die Reparatur eines guten Spannungswandlers durchaus sinnvoll sein. Ist der Zyklus des Geräts allerdings abgelaufen, sind Material und Komponenten schon stark beansprucht.

Dann sind Neukauf und Austausch meist die wirtschaftlichere Alternative. Bei einer unverbindlichen Fachberatung von Experten finden Sie die beste Lösung für sich schnell heraus.