Inhaltsübersicht:

1. Welche unterschiedlichen Wechselrichtermodelle gibt es?
2. DC-Nennleistung und AC-Nennleistung
3. Die Wirkungsgrade eines Wechselrichters
4. Leistungsoptimierung: MPP-Tracking maximiert den Anlagenertrag
5. Schieflast vermeiden
6. Netzüberwachung & Sicherheit

 

Dies ist der zweite Teil unserer Artikelreihe zum Thema Wechselrichter. Im ersten Teil haben wir am Beispiel des Fronius GEN24 Plus die grundlegende Aufgabe von Wechselrichtern beschrieben. Hier steigen wir etwas tiefer in die Thematik ein und behandeln die Kennwerte und Auswahlkriterien für Photovoltaik-Wechselrichter detaillierter.

 

Welche unterschiedlichen Wechselrichtermodelle gibt es?

Um den passenden Wechselrichter für Ihre Solaranlage zu finden, müssen Sie die verschiedenen Modelle kennen. Es gibt grundsätzlich vier Typen von Solarwechselrichtern.

String Wechselrichter

Der am häufigsten verwendete Typ. In einem String sind mehrere Solarmodule gleicher Art zusammengefasst. Die in Reihe geschalteten Module eines Strings überwacht und bedient der String Wechselrichter mit einem MPP-Tracker. Der Multistring Wechselrichter verfügt hingegen über mehrere solcher Tracker. Dadurch können mehrere Reihen unterschiedlicher Neigung und Ausrichtung in einen Wechselrichter integriert werden.

Für jede einzelne Modulreihe wählt man die jeweils optimalen Einstellungen. Im Vergleich zum Modulwechselrichter hat der String Wechselrichter einen höheren Wirkungsgrad zu bieten. Ein weiterer Vorteil besteht in der vereinfachten Wartung, weil das Gerät nicht mehr auf dem Dach angebracht wird, sondern beispielsweise innerhalb des Hauses platziert werden kann. Ihre Leistung passt mit 2-11kW zu den Photovoltaikanlagen im Einfamilienhausbereich.

Modulwechselrichter

Dieser Wechselrichter wird direkt am einzelnen Solarmodul angebracht. Der Modulwechselrichter ist günstiger als die anderen Wechselrichtermodelle, hat einen geringeren Wirkungsgrad und kommt seltener zum Einsatz als der String Wechselrichter oder der Zentralwechselrichter.

Für größere Anlagen eignet sich der Modulwechselrichter nicht, da die Einzelanbringung zu teuer wäre. Darüber hinaus würde die Vielzahl an Geräten eine höhere Störanfälligkeit mit sich bringen. Auch Wartung und Austausch wären zu aufwändig. Bei kleineren Solaranlagen sind Modulwechselrichter vor allem dann vorteilhaft, wenn sich die Lichtverhältnisse häufig ändern. Dann können die Einzelgeräte schneller reagieren und versprechen mehr Effizienz als String Wechselrichter. Denn der Modulwechselrichter stellt sich rasch auf variierende Strahlungseinfälle einzelner Module ein.

Modulwechselrichter sind sehr oft bei “Balkonkraftwerken” anzutreffen. Man kennt sich auch als “Mini-PV-Anlagen”. Hier werden oft einzelne Module an oder auf dem Balkon installiert, die über den Modulwechselrichter einfach direkt in das Hausnetz einspeisen. Modulwechselrichter haben eine Nennleistung, die zum gekoppelten Modul passt.

Zentralwechselrichter

Zentralwechselrichter kommen bei sehr großen Photovoltaikanlagen mit einer Leistung ab 30 Kilowatt Peak zum Einsatz.Sie erreichen auch Leistungen bis weit über den 100kW bis in den Megawatt-Bereich. Wenn sämtliche Einheiten ähnliche Neigungs- und Einstrahlungsverhältnisse aufweisen, kann man alle Modulstränge zentral zusammenführen und mit nur einem Wechselrichter überwachen und bedienen. Durch den Zentralwechselrichter wird die Wartung der Anlage maßgeblich vereinfacht.

Hybrid Wechselrichter

Dieser Inverter vereint den Solarwechselrichter mit dem Batteriewechselrichter in einem Gerät. Dadurch kann der erzeugte Strom in einem internen oder externen Speicher zwischengelagert und zu einem beliebigen Zeitpunkt verbraucht werden. Der Hybrid Wechselrichter ermöglicht eine dreiphasige Einspeisung und kann im Vergleich zu einphasigen Systemen mit einer deutlich höheren Leistungsfähigkeit punkten. Dreiphasiger Wechselstrom wird auch Drehstrom genannt und eignet sich für höhere Leistungsbereiche. Die Vorteile liegen klar auf der Hand. Sie können damit alle Phase Ihres Hauses mit Solarstrom versorgen und zudem Ihr E-Auto schneller aufladen.

 

DC-Nennleistung und AC-Nennleistung

Die grundlegende Leistungsfähigkeit des Geräts wird mit den Kennzahlen DC-Nennleistung und AC-Nennleistung angegeben.

Die DC-Nennleistung gibt den Wert der Eingangsleistung des Gleichstroms an. DC steht für den englischen Begriff „direct current“ und bedeutet übersetzt Gleichstrom. Je mehr Gleichstrom umgewandelt wird, desto höher ist die DC-Nennleistung.

AC-Nennleistung gibt den Wert der Ausgangsleistung des Wechselstroms an. AC steht für „alternating current“ und bedeutet übersetzt Wechselstrom. Am Wert der AC-Nennleistung ist zu erkennen, wie viel Prozent des Gleichstroms in Wechselstrom umgewandelt werden. Daran erkennt man den Wirkungsgrad eines Wechselrichters.

 

Wechselrichter muss zur Photovoltaikanlage passen

Achten Sie darauf, dass der Wechselrichter auch mit der dargebotenen Leistung einer Anlage umgehen kann – die Nennleistung des Wechselrichters sollte prinzipiell zur Leistung der Photovoltaikanlage passen! Haben die Solarmodule eine Leistung von 5 Kilowatt, so sollte auch der Wechselrichter eine DC-Nennleistung aufweisen, die diese Leistung verarbeiten kann.

In der Praxis kann der Wechselrichter aber eine etwas geringere Leistung mitbringen, da eine Photovoltaikanlage ihre eigene Maximalleistung über die Gesamtlaufzeit betrachtet nur sehr selten erreicht. Meist arbeiten Photovoltaikanlagen im Teillastbereich. Zusätzlich werden Anlagen auf eine maximale Einspeiseleistung (ins öffentliche Netz) auf 70% der Anlagenleistung gedrosselt, wenn kein Einspeisemanagement an der Anlage existiert. Dieses Management lohnt sich kostenbedingt bei kleineren Anlagen unter 10 kWp Leistung meist jedoch nicht.

 

 

Die Wirkungsgrade eines Wechselrichters

Der Wirkungsgrad ist eine der Hauptkriterien bei der Auswahl eines Wechselrichters. Während die Nennleistung etwas darüber aussagt, mit welchen Leistungsklassen ein Gerät umgehen kann, sagt der Wirkungsgrad, wie effizient das Gerät den Solarstrom wandelt.

  • Maximaler Wirkungsgrad / Spitzenwirkungsgrad: Der Spitzenwirkungsgrad bezeichnet den höchsten Wirkungsgrad, der bei optimalen Bedingungen anzusetzen ist. Ein Wechselrichter mit 97 Prozent Spitzenwirkungsgrad wandelt beispielsweise 4 Kilowatt Eingangsleistung in eine Ausgangsleistung von 3,88 Kilowatt um. Der maximale Wirkungsgrad ist in der Praxis allerdings nicht ganz aussagekräftig – denn eine Photovoltaikanlage und damit auch der angeschlossene Wechselrichter – arbeiten die meiste Zeit über im Teillastbetrieb und nicht unter optimalen Umgebungsbedingungen. Für den Anlagenbetrieb relevanter ist deshalb ein
  • Europäischer Wirkungsgrad: Der europäische Wirkungsgrad ist ein gewichteter durchschnittlicher Wirkungsgrad, der speziell auf die Lichtverhältnisse in Europa abgestimmt ist. Bei diesem Wirkungsgrad addiert man verschiedene Wirkungsgrade aus dem Teillastbereich (10%, 20%, 30%, 50%, 75% und 100% Auslastung) und gewichtet dann noch nach den durchschnittlichen Strahlungsverhältnissen.

 

Interessant zu wissen Ein guter Wechselrichter sollte einen Wirkungsgrad von mindestens 95 Prozent aufweisen. Achten Sie zudem auf eine leistungsstarke Kühlfunktion. Besonderes Augenmerk sollte auch der Garantiezeit gelten. Manche Hersteller bieten standardmäßig mehr als 5 Jahre an. Bei anderen Anbietern müssen Sie die Garantiezeit gegen Aufpreis verlängern lassen.

 

Leistungsoptimierung: MPP-Tracking maximiert den Anlagenertrag

Der Wechselrichter ist ein wirksames Instrument zur Leistungsmaximierung einer Photovoltaikanlage. Bei jeder Anlage gibt es einen bestimmten Optimalwert zwischen erzeugtem Strom und aktueller Spannung. Diesen Wert nennt man Maximum Power Point (MPP).

Dieser Punkt ist variabel: Starke Sonneneinstrahlung erhöht die Stromstärke, während die Spannung konstant bleibt. Höhere Temperaturen an den Solarzellen verringert die Spannung, während sich an der Stromstärke nicht viel bewegt. Der Wechselrichter stellt sich auf diese Dynamik ein, indem der Innenwiderstand im Gerät dafür sorgt, dass die Anlage am Maximum Power Point arbeitet (MPP-Tracking). Ändern sich die Umgebungsbedingungen, passt der Wechselrichter sich fortlaufend an.

 

Schieflast sollte vermieden werden

Stromversorger müssen die Stabilität des Stromnetzes gewährleisten. Auch Betreiber von Photovoltaikanlagen tragen über den Wechselrichter zu dieser Stabilisierung bei. Wie das genau geschieht, hängt davon ab, ob Sie einen ein- oder dreiphasigen Wechselrichter nutzen.

Bei einer Anlagenleistung von über 4,6 kWp benötigen Sie mehrere Wechselrichter, wenn diese einphasig einspeisen. Somit sollen “Schieflasten” vermieden werden, die zu Störungen im Hausnetz führen können. Nutzen Sie einen dreiphasigen Wechselrichter, entfällt diese Problematik. Der Trend im Wechselrichtermarkt geht übrigens klar in Richtung dreiphasiger Wechselrichter.

 

Netzüberwachung & Sicherheit

Das Stromnetz reagiert sensibel auf Spannungs- oder Frequenzänderungen. Damit es durch eine Solaranlage nicht zu einer Netzüberlastung kommt, trennt der Wechselrichter die Verbindung zum Stromnetz, sobald relevante Grenzwerte überschritten werden.

Wechselrichter verfügen über eine Kühlfunktion, die ein Überhitzen der Anlage verhindert. Dadurch wird die im Betrieb entstehende Wärme ständig abgeführt.

Eine weitere Sicherheitsmaßnahme ist die DC-Trennvorrichtung. Damit kann der Wechselrichter auch unter Last von der Photovoltaik-Anlage abgekoppelt werden. Diese Vorrichtung erlaubt Wartungsarbeiten ohne aufwändige Verdunklung der Solarmodule.

Achten Sie beim Kauf eines Wechselrichters auf die Normung nach IEC 77. Außerdem sollte das Gerät unbedingt über einen Spannungsrückgangsschutz verfügen. Dieser verhindert, dass die Anlage komplett ausfallen kann.

Weiteres Augenmerk sollte auf der IP-Schutzklasse liegen, besonders, wenn der Wechselrichter im Außenbereich arbeiten soll. Die Schutzklasse besteht aus zwei Ziffern. Die erste Ziffer beschreibt, wie gut der Wechselrichter gegen Fremdkörper/Berührung geschützt ist, während die zweite den Schutz vor Feuchtigkeit und Wasser beschreibt. Ein Wechselrichter mit der IP-Schutzklasse IP66 wäre also Staubdicht und gegen starkes Strahlwasser bestmöglich geschützt.

 

Mehr Informationen zum Thema Photovoltaik:

 

Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH
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