Wechselrichter – Wozu dienen sie und welche Arten gibt es?

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Wechselrichter – Wozu dienen sie und welche Arten gibt es?

Neben den Solarmodulen zählt ein Wechselrichter zweifelsfrei zu den wichtigsten Komponenten einer Solaranlage. Ohne ihn könnten wir die Energie, die eine Solaranlage produziert, nicht für unser Stromnetz nutzen. Solarzellen wandeln Sonnenenergie systembedingt nämlich in Gleichstrom um. Das gesamte Stromnetz (auch unsere hausinternen Stromleitungen) arbeiten allerdings mit Wechselstrom. Denn nur Wechselstrom kann auf ein ausreichend hohes Spannungsniveau gebracht werden, das benötigt wird, um Strom zu transportieren.

Was macht nun also ein Wechselrichter genau?

1. Die Funktionsweise eines Wechselrichters

Während die Frequenz von Gleichstrom immer konstant ist, wechselt sie bei Wechselstrom in regelmäßigen Abständen. Unser Stromnetz hat üblicherweise eine Frequenz von 50 Hertz, d. h., der Strom wechselt 50 Mal pro Sekunde seine Polarität. Der Wechselrichter empfängt den Gleichstrom vom Solarmodul und wandelt ihn in Wechselstrom um. Er gleicht außerdem die Frequenz und die Spannung an das Stromnetz an und speist den Strom anschließend in dieses ein. Die korrekte Bezeichnung des Wechselrichters ist daher eigentlich auch Netzeinspeisegerät (kurz NEG) oder Inverter.

2. Weitere Aufgaben eines Wechselrichters

Neben seiner zuvor genannten Hauptaufgabe kann ein moderner Wechselrichter noch Einiges mehr. Er steuert und überwacht die vollständige Solaranlage und ist für die Einhaltung von Sicherheitsparametern verantwortlich.

Das bedeutet im Einzelnen:

Optimierung der Leistung
Die Leistung eines Solarmoduls ist entscheidend von mehreren Faktoren abhängig, die sich während des Tages ständig ändern. Dazu zählen zum Beispiel die Stärke der Sonneneinstrahlung oder die Temperatur des Moduls. Der Wechselrichter sucht stets den optimalen Arbeitspunkt (= MPP, Maximum Power Point), um so in jeder Situation die höchstmögliche Leistung aus dem Solarmodul herauszuholen.

Regulierung der Temperatur
Steigt die Temperatur im Inverter-Gehäuse zu stark an, reguliert er die Temperatur selbstständig. Dies hat in dem Moment jedoch eine Reduzierung der Leistung zufolge. Gegebenenfalls weicht der Wechselrichter also vom MPP ab. Um dies zu vermeiden, empfiehlt sich bei der Wahl des Anbringungsortes ein kühler Ort (z.B. ein Kellerraum).

Überwachung von Störungen
Der Wechselrichter zeigt eventuelle Störungen an und reagiert auf sie. Steigt beispielsweise die Frequenz über 50 Hertz an, trennt er das Gerät automatisch vom Stromnetz und verhindert so einen eventuellen Netzzusammenbruch bzw. eine Netzüberlastung.

Überwachung aller Parameter, Betriebsdaten und Erträge
Sämtliche Daten können entweder über ein Display abgelesen werden oder über den Einbau eines Datenloggers – teilweise sogar via Bluetooth – an eine App, Computer-Software oder Online-Plattform gesendet werden. So kann die Leistung der Solaranlage am Computer eingesehen und überwacht werden.

3. Wechselrichtertypen

Zunächst werden zwei Arten unterschieden. Selbstgeführte Inverter für Inselanlagen (Wohnmobile, Boote, Gartenlauben, etc.) und solche, die an das öffentliche Stromnetz gekoppelt sind.

Inselwechselrichter sind nicht von einem externen Stromnetz abhängig. Sie erzeugen selbst eine Wechselspannung sowie ihre eigene Frequenz. Der erzeugte Strom kann in einer Batterie gespeichert werden. Durch selbstabschaltbare Ventile ist es möglich, immer nur so viel Spannung an das angeschlossene Verbrauchsgerät auszugeben, wie dieses benötigt.
Bei Solaranlagen, die Strom in das öffentliche Netz einspeisen, muss jedoch eine Angleichung der Frequenz auf 50 Hertz erfolgen. Dafür werden fremdgeführte Wechselrichter benötigt, bei denen man unterscheidet, wie viele Solarmodule an ein Gerät angeschlossen werden können.

Modulwechselrichter
Modulwechselrichter können nur an ein Solarmodul angeschlossen werden. Man benötigt also für eine Solaranlage mehrere Wechselrichter, die direkt am Modul angebracht werden. Bei kleineren Photovoltaikanlagen, wo Licht- und Schattenverhältnisse ständig wechseln, sind Modulwechselrichter trotzdem sinnvoll. Sie können sehr schnell und individuell auf wechselnde Gegebenheiten reagieren. Man erspart sich außerdem die aufwendige Gleichstromverkabelung zwischen den einzelnen Modulen.

Strangwechselrichter
Strang- oder Stringwechselrichter sind die meist genutzten Netzeinspeisegeräte. Sie bedienen mehrere hintereinander geschaltete Solarmodule, die aufgrund gleicher Neigung und Ausrichtung in einem String zusammengefasst sind. Allerdings besitzen sie nur einen MPP-Tracker. Folglich können sie nicht individuell auf einzelne Module eingehen. Die Leistung richtet sich immer nach dem schwächsten Modul. Da Strangwechselrichter nicht direkt am Solarmodul angebracht werden müssen, können sie in einem separaten Raum montiert werden. Das erleichtert die Wartung. Aufgrund des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses empfehlen sie sich für kleinere bis mittlere Anlagen.
Eine Alternative für größere Anlagen bieten die sogenannten Multistring-Wechselrichter. Sie bedienen mehrere Stränge gleichzeitig. Durch mehrere MPP-Tracker kann für jeden Strang der optimale Arbeitspunkt gefunden werden.

Zentralwechselrichter
Bei sehr großen Dach- oder Freiflächenanlagen kommen häufig Zentralwechselrichter zum Einsatz. Sie sind in der Regel in eigenen Technikräumen untergebracht und vereinfachen dadurch eine Wartung stark. Ein Zentralwechselrichter ist vor allem dann sinnvoll, wenn es sich um eine sehr homogene Anlage handelt, sprich alle Strings gleich ausgerichtet sind und sie die gleiche Neigung aufweisen. Tritt bei einem Modul eine Störung auf, ist allerdings die gesamte Anlage außer Betrieb gesetzt.

Hybridwechselrichter
Beim Hybridwechselrichter handelt es sich um eine Kombination aus Wechselrichter und Speicher. Er ermöglicht eine Stromversorgung ohne Unterbrechung.

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