Was ist ein Wechselrichter?

Mit Wechselrichter die Photovoltaikanlage steuern!

Einfach und kurz erklärt.

 

Was ist ein Wechselrichter?

Der Wechselrichter (engl. Inverter) ist das zentrale Gehirn und die Schaltzentrale jeder Photovoltaikanlage: Er wandelt den Gleichstrom der Solarmodule in netzüblichen Wechselstrom (230 V/50 Hertz) um und speist diesen in das öffentliche Stromnetz ein. Gleichzeitig ist er für die Steuerung, Effizienz und Sicherheit zuständig und überwacht die gesamte Solaranlage. Damit sorgt er einerseits dafür, dass die Solarmodule immer in ihrem einstrahlungs- und temperaturabhängigen Leistungsmaximum arbeiten können. Auf der anderen Seite überwacht er kontinuierlich das Stromnetz und ist für die Einhaltung zahlreicher Kriterien verantwortlich. Für jede Photovoltaik-Anlage gibt es den passenden Wechselrichter.

 

Auf dem Markt gibt es eine große Anzahl von Solar-Wechselrichtern unterschiedlicher Größen und Hersteller.

 

Wechselrichter lassen sich anhand wichtiger Merkmale einteilen:

1. Leistung Die verfügbare Leistung beginnt in der Regel bei ca. zwei Kilowatt und geht bis in den Megawattbereich. Typische Leistungen sind 10-30 kW für private Hausdachanlagen, 30-150 kW für gewerbliche Anlagen (z. B. Industriegebäude und landwirtschaftlich genutzte Scheunen) und 400–750 kW für den Einsatz in groß- und freiflächigen Photovoltaikanlagen sowie Solar-Kraftwerken.

2. Verschaltung der Solar-Module Bei der Gleichstrom- bzw. DC-seitigen Auslegung geht es um die Verschaltung der Solar-Module mit dem Inverter. Man kann hier zwischen String-, Multistring- und Zentral-Wechselrichtern unterscheiden, wobei der Begriff „String“ für einen Strang in Reihe geschalteter Solar-Module steht. Multistring-Wechselrichter verfügen über zwei oder mehr String-Eingänge mit jeweils eigenem MPP-Tracker (Maximum Power Point). Diese Wechselrichter sind dann sinnvoll, wenn die Solar-Modul-Flächen unterschiedlich ausgerichtet und oder teilweise verschattet sind. Zentral-Wechselrichter besitzen trotz größerer Leistung lediglich einen MPP-Tracker der sich optimal für groß- und freiflächige Photovoltaik-Anlagen sowie Solar-Kraftwerke eignet.

3. Schaltungstopologie Bei der Schaltungstopologie unterscheidet man ein- und dreiphasige Wechselrichter sowie Geräte mit und ohne Transformator. Während in kleinen Anlagen meist einphasige Wechselrichter zum Einsatz kommen, müssen in großen Solar-Anlagen entweder ein Verbund aus mehreren einphasigen Wechselrichtern oder dreiphasige Wechselrichter eingesetzt werden. 

 

Welche Aufgaben führt der Wechselrichter durch?

 

Die Aufgaben eines Solar-Wechselrichters sind vielfältig und anspruchsvoll:

1. Effizient umwandeln Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Wechselrichters ist sein Umwandlungswirkungsgrad. Er gibt an, welcher Anteil der in Form von Gleichstrom „hineingesteckten“ Energie als Wechselstrom wieder heraus kommt. Moderne Geräte erreichen Wirkungsgrade von 95-98,5 Prozent.

2. Leistung optimieren Die Leistungskennlinie der Solarmodule ist stark abhängig von der Global- bzw. Einstrahlungsstärke und der Modultemperatur – also von Werten, die sich im Laufe des Tages ständig verändern. Der Inverter muss daher den optimalen Arbeitspunkt auf der Leistungskennlinie finden und konstant halten, um in jeder Situation die höchste Leistung aus den Solarmodulen „herauszuholen“. Der perfekte Arbeitspunkt heißt „Maximum Power Point (MPP)“. Das MPP-Tracking ist für den Energieertrag einer Solaranlage extrem wichtig und verantwortlich für die Effizienz einer Photovoltaik-Anlage.

3. Controlling und Absicherung Der Solar-Wechselrichter überwacht einerseits den Energieertrag der Photovoltaik-Anlage und zeigt eventuelle Störungen an. Zusätzlich übernimmt er auch die Steuerung und Überwachung des Versorgungsnetzes, an welches er angeschlossen ist. So muss er die Photovoltaikanlage bei einer Störung des Stromnetzes aus Sicherheitsgründen sofort vom Netz trennen oder je nach Anforderung des regionalen Netzbetreibers zur Netzstützung beitragen. Zusätzlich ist er in der Lage, die Stromzufuhr aus den Solarmodulen zu unterbrechen.

4. Kommunikation Kommunikationsschnittstellen am Solar-Inverter ermöglichen die Kontrolle und Überwachung sämtlicher Parameter, Betriebsdaten und Erträge. Über einen Netzwerkanschluss oder andere Schnittstellen lassen sich die Daten abrufen und zentral verarbeiten. In den meisten Fällen erfolgt der Datenabruf durch einen Datenlogger, der die Daten mehrerer Wechselrichter sammelt, aufbereitet und auf Wunsch an ein Online-Datenportal oder eine App überträgt.

5. Temperatur managen Die Temperatur im Wechselrichter-Gehäuse hat ebenfalls Einfluss auf die Effizienz bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom. Steigt sie zu stark an, muss der Inverter seine Leistung reduzieren bzw. mehr Energie für die Kühlung aufbringen.

 

Weitere Informationen zum Thema Photovoltaik findest Du hier oder unter der Rubrik Photovoltaik.