Was ist ein Wechselrichter und wie funktioniert er?
Der Wechselrichter ist neben den Solarmodulen wohl die wichtigste Komponente deiner PV-Anlage. Ohne ihn kann der erzeugte Gleichstrom nicht in Wechselstrom umgewandelt werden. Das ist nämlich die Voraussetzung, damit der erzeugte Strom ins Netz eingespeist oder für deinen Hausgebrauch selbst verwendet werden kann. Wir erklären dir, was ein Wechselrichter ist, wie er funktioniert und welche zusätzlichen Aufgaben er in deiner Solaranlage übernimmt.
Das Wesentliche in Kürze
Definition: Ein Wechselrichter sorgt dafür, dass der erzeugte Gleichstrom der Solaranlage in Wechselstrom umgewandelt wird, um ihn selbst zu verwenden oder ins Stromnetz einspeisen zu können.
Arten: Es gibt unterschiedliche Wechselrichter-Geräte. Dazu gehören: String-Wechselrichter, Mikro-Wechselrichter, Zentralwechselrichter und Hybridwechselrichter.
Funktion: Mit Hilfe eines H-Brückenschalters, der aus vier Halbschaltleitern besteht, die jeweils abwechselnd geschlossen werden, wird Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt.
Kosten: Die Kosten eines Wechselrichters bei einer Photovoltaikanlage belaufen sich auf ungefähr 10 bis 15 Prozent der Gesamtkosten deiner Anlage.
Einfach erklärt: Was ist ein Wechselrichter?
Wenn du dich für eine Solaranlage entscheidest, ist der Wechselrichter ein wichtiger Bestandteil, den du kennen solltest. Er wandelt den von Solarzellen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dieser Wechselstrom kann dann ins Stromnetz eingespeist werden oder du kannst ihn selbst zum Betreiben deiner Haushaltsgeräte nutzen. Bei der Umwandlung sorgt der Photovoltaik-Wechselrichter dafür, dass der erzeugte Strom die gleiche Frequenz (50 Hertz) und Spannung (230-V) hat wie der Strom aus dem Netz. Ohne den Wechselrichter wäre es nicht möglich, den von der Solaranlage produzierten Strom zu nutzen. Gleichzeitig ist es ebenso die Aufgabe des Wechselrichters, die PV-Anlage zu überwachen und zu steuern.
Der Unterschied liegt in der Bewegungsrichtung der Elektronen. Bei Gleichstrom oder Gleichspannung (DC-Strom) fließt der Stromfluss konstant in eine Richtung und die Polarität ist zeitlich konstant. Bei Wechselstrom oder Wechselspannung (AC-Strom) wechseln die Ladungsträger periodisch ihre Richtung. Sie wechseln also ihre Polarität in regelmäßigen Abständen. Die Frequenz, in der Wechselstrom seine Polarität wechselt, ist üblicherweise 50 Hertz.
Arten von Wechselrichtern
Es gibt verschiedene Arten von Photovoltaik-Wechselrichtern:
String-Wechselrichter: Sie wandeln den von mehreren Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Die Solarmodule, die in einer Reihe geschaltet sind, bilden den „String“.
Mikro-Wechselrichter: Sie werden an jedem einzelnen Solarmodul installiert und wandeln dort den Gleichstrom in Wechselstrom um. So arbeitet jedes Modul unabhängig. Sie werden auch Modul-Wechselrichter genannt.
Zentralwechselrichter: Sie werden zentral in der Nähe der Solarmodule installiert, um mehrere Strings verarbeiten zu können. Sie eignen sich für große PV-Anlagen.
Hybridwechselrichter: Sie vereinen die Funktion eines String-Wechselrichters mit einem Batteriespeichersystem.
Wie funktioniert ein Wechselrichter bei Photovoltaik?
Der von der Solaranlage produzierte Gleichstrom kann erst dann ins Netz eingespeist oder selbst verwendet werden, wenn eine Umwandlung in Wechselstrom stattgefunden hat. Das ist die wichtigste Funktion des Solar-Wechselrichters. Ganz einfach erklärt, funktioniert die Umwandlung im Wechselrichter wie folgt: Im Wechselrichter ist eine sogenannte H-Brückenschaltung verbaut. Dabei handelt es sich um vier Halbschaltleiter. Jeweils zwei von ihnen werden abwechselnd geschlossen. Durch diese Umschaltungen ändert sich die Richtung des Stromflusses und es entsteht Wechselstrom.
Unser Stromnetz arbeitet mit Wechselstrom, da dieser mittels Transformatoren auf hohen Spannungsniveaus transportiert werden kann. Beim Stromtransport sind hohe Spannungen unerlässlich, da nur so die Transportverluste sehr gering gehalten werden können. Zwar ist inzwischen auch die Erzeugung von Hochspannungsgleichstrom möglich, trotzdem arbeitet unser Netz nach wie vor fast ausschließlich mit Wechselstrom. Daher sind Wechselrichter ein elementarer Bestandteil einer PV-Anlage.
Aufbau des Wechselrichters einer PV-Anlage
Bei einer PV-Anlage ist der Wechselrichter aus mehreren Komponenten aufgebaut. Diese arbeiten zusammen, damit der Gleichstrom erfolgreich in Wechselstrom umgewandelt werden kann:
Eingangsschaltungen (DC-Eingang): Der erzeugte Gleichstrom der Anlage wird hier empfangen. Die Schaltungen des Wechselrichters enthalten Sicherungen und einen Überspannungsschutz.
Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter: Er bildet den wichtigsten Teil des Wechselrichters, denn er wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um.
Filter und Ausgangsstufen: Nach der Umwandlung durchläuft der Strom Filter, um festzustellen, ob der Strom sauber und frei von störenden Frequenzen ist.
Steuerungseinheit: Sie überwacht und reguliert den Betrieb des Wechselrichters.
Kommunikationsinterfaces: Vor allem moderne Wechselrichter verfügen über Schnittstellen und haben damit z. B. eine Verbindung zu Überwachungssystemen der PV-Anlage.
Was sind die Aufgaben des Wechselrichters einer PV-Anlage?
Der Solar-Wechselrichter ist eines der wichtigsten Geräte deiner Photovoltaikanlage. Neben seiner Funktion, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, übernimmt er noch weitere wichtige Aufgaben:
Der Wechselrichter kümmert sich auch um die Überwachung der PV-Anlage und deren Ertrag, da er über eine Kommunikationsschnittstelle zur Photovoltaikanlage verfügt. Somit überprüft er Spannung, Stromstärke und die Leistung der Solaranlage. Auf diese Weise werden Störungen vom Wechselrichter rechtzeitig erkannt und können zeitnah behoben werden.
Jeder Wechselrichter verfügt über eine Kühlfunktion. Durch eine regelmäßige Wärmeabfuhr stellt das Gerät sicher, dass es nicht überhitzt. Dadurch wird die Funktionalität der gesamten PV-Anlage geschützt.
Jede Photovoltaikanlage hat einen Maximum Power Point (MPP). Dieser Punkt beschreibt die optimale Kombination aus Strom und Spannungswerten, wodurch der beste Ertrag von Energie erzielt werden kann. Der Photovoltaik-Wechselrichter sorgt dafür, die Solarmodule im MPP zu halten. Es gibt jedoch Ausnahmen, in denen der Wechselrichter den MPP nicht halten kann, z. B. bei einer Kühlung, wenn die Temperaturen im Gehäuse zu groß sind.
Beim Stromnetz handelt es sich um ein sensibles System. Um einen Zusammenbruch des Netzes oder eine Netzüberlastung zu vermeiden, müssen bestimmte Parameter eingehalten werden. Eine konstante Frequenz von etwa 50 Hertz ist wichtig für die Stabilität des Stromnetzes. Daher überwacht der Wechselrichter Spannung und Frequenz des Netzes. Weichen die Werte von dem vorgeschriebenen Wert ab, ist der Wechselrichter in der Lage, das Gerät vom Netz zu trennen, um die Anlage zu schützen. Ist ein Anstieg der Frequenz nicht zu gravierend, unterstützt er die Netzregelung, indem er seine Leistung stufenweise reduziert.
Der Wirkungsgrad der Umwandlung ist eine der wichtigsten Eigenschaften eines Wechselrichters. Er gibt an, wie viel von der Energie, die vom Gleichstrom ankommt, als Wechselstrom am Ende wieder rauskommt. Moderne Geräte erreichen einen Wirkungsgrad von ungefähr 98 Prozent.
Was kostet ein Wechselrichter für eine PV-Anlage?
Die Kosten eines Wechselrichters sind abhängig von der Größe und Leistung deiner Anlage, aber auch vom Modell des Wechselrichters selbst. Aktuell liegen die Kosten für einen Photovoltaik-Wechselrichter bei einer Solaranlage für ein Einfamilienhaus mit 5 bis 10 kWp ungefähr zwischen 700 und 1.300 Euro. Das heißt, dass der Preis bei String-Wechselrichtern bei etwa 100 bis 150 Euro pro kWp Leistung liegt. Modul- und Hybridwechselrichter sind in der Regel teurer in der Anschaffung. Bei der Frage, was die Kosten für einen Wechselrichter insgesamt sind, lässt sich als grobe Faustregel festhalten, dass der Preis ungefähr 10 bis 15 Prozent der Gesamtkosten der Photovoltaikanlage ausmacht.
Fazit: Warum ist ein Wechselrichter so wichtig für eine PV-Anlage?
Der Wechselrichter ist neben den Modulen selbst das Herzstück deiner PV-Anlage. Er kümmert sich neben der Leistungsoptimierung und Überwachung der Anlage vor allem darum, den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Somit kann der Strom für den Eigenverbrauch verwendet und ins Netz eingespeist werden. Damit ist ein Wechselrichter unentbehrlich für den reibungslosen Betrieb deiner Solaranlage. Je nach Größe und Aufbau deiner Anlage kommen unterschiedliche Arten von Wechselrichtern in Frage, um die bestmögliche Leistung zu erzielen. Bei 1KOMMA5° beraten wir dich gerne individuell, was ein optimaler Wechselrichter für dich ist, und beantworten dir alle Fragen rund um das Thema Solaranlage.
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