Wechselrichter für Photovoltaikanlagen

Da eine Photovoltaikanlage Gleichstrom produziert und dieser nicht für den Betrieb handelsüblicher elektrischer Geräte verwendet werden kann, muss mittels Wechselrichter eine Umwandlung in netzkonformen Wechselstrom (230 Volt) stattfinden. Neben den PV-Modulen, spielt der Wechselrichter eine zentrale Rolle im gesamten System der Solarstromanlage.

Im Grunde stellt dieser das Herzstück einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage dar. Fällt er aus, kann kein Solarstrom in das Stromnetz eingespeist werden und es kann entsprechend auch kein Strom an den Netzbetreiber verkauft werden.

Allgemeines über Wechselrichter

Solar Wechselrichter werden in Fachkreisen auch Inverter genannt und dienen der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Dies ist notwendig, da viele Verbraucher Wechselstrom benötigen, jedoch Gleichstrom durch einen Generator erzeugt und z.B. in einem Akku gespeichert wird. Da auch eine Photovoltaikanlage Gleichstrom produziert, wird ein Solar Wechselrichter benötigt, um diesen in Wechselstrom umzurichten. Da es sich bei einem Inverter um ein technisch sehr komplexes Bauteil handelt, besteht hier auch die größte Gefahr eines Ausfalls.

Wie die Praxis zeigt, ist der Wechselrichter bei genauer Betrachtung der Solaranlage das anfälligste Bauteil, das im Durchschnitt etwa 5-10 Jahre fehlerfrei funktioniert. Oftmals müssen aufwändige Reparaturen durchgeführt werden oder das Gerät sogar komplett ausgetauscht werden. Viele Hersteller bieten mittlerweile gegen einen Aufpreis eine Verlängerung der Garantie auf bis zu 20 Jahre.

Diese Garantie kann sinnvoll sein, da ein Ausfall des Wechselrichters sich unweigerlich auf den wirtschaftlichen Betrieb der PV-Anlage auswirkt. Da die meisten Solaranlagen finanziert werden, könnte eine nicht unerhebliche Ertragsverringerung ein finanzielles Loch in der Haushaltskasse verursachen.

Welcher Wechselrichter für die Photovoltaikanlage?

Um herauszufinden, welche Leistung ein Solar Wechselrichter erfüllen soll, muss man sich an der Anzahl der Photovoltaik-Module orientieren bzw. an der durch die Photovoltaikanlage erzeugten Leistung. Hierbei gilt die Grundregel, dass der Konverter optimal ausgelastet sein sollte, denn dadurch verringert sich der Kostenanteil. Wichtig, für eine lange Lebensdauer, ist die Qualität. Hier sollte man darauf achten, dass ein CE-Zeichen vorhanden ist, welches eine Garantie für die Einhaltung der Bestimmungen zur Elektrosicherheit ist. Achten sollte man ebenfalls darauf, dass die DIN EN bzw. IEC 61683 (Messung des Wirkungsgrades) eingehalten wurden.

Kommen für die PV-Anlage Dünnschichtmodule zum Einsatz, muss darauf geachtet werden, dass der benötigte Wechselrichter alle elektrischen Eigenschaften der Module problemlos bewältigt. Ein Fachinstallateur für Photovoltaik, muss jedoch mit dieser Problematik vertraut sein.

Video zur Funktionsweise eines Wechselrichters

Aufgaben eines Wechselrichters im Überblick:

• Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom
• Einspeisung des Stromes
• MPP-Regelung des Eingangsstromes
• Netzüberwachung (Spannung, Frequenz und Impedanz)

Installation

Meist werden Solar Wechselrichter im Keller an einer dafür vorgesehenen Wand installiert. Um einen Wechselrichter zu installieren benötigt man etwa eine Fläche von einem viertel Quadratmeter. In einigen Fällen z.B. bei der Installation einer Photovoltaikanlage auf einem Flachdach, wird der Wechselrichter nicht an der Wand montiert, sondern einfach auf dem Fußboden gestellt. Optimal ist eine Installation des Wechselrichters in der Nähe der Photovoltaikanlage, da es durch lange Leitungen zu Leitungsverlusten kommt.

Weiterhin sollte man darauf achten, dass der oder die Wechselrichter möglichst gut belüftet und ausreichend gekühlt werden. Die meisten Wechselrichter sind zwar optimal gegen Staub und Feuchtigkeit geschützt, könnten daher auch im freien installiert werden, jedoch empfiehlt sich ein gut belüfteter Raum als Aufstell- bzw. Installationsort. Wichtig ist, dass man im Notfall problemlos an das Gerät gelangt, um evtl. anfallende Reparaturen zügig durchzuführen.

Da die meisten Wechselrichter durch die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom Geräusche hervorrufen, sollte man ebenfalls darauf achten, dass diese nicht die Lebens- bzw. Wohnqualität mindern.

Photovoltaikanlagen-Konzepte

Neben der Möglichkeit, Wechselrichter direkt im Solarmodul zu integrieren, gibt es zwei Varianten, die in der Praxis bei netzgekoppelten PV-Anlagen zum Einsatz kommen.

Zentralwechselrichter-Schaltung:

Bei der Schaltung der Solarmodule mittels Zentralwechselrichter, werden die jeweiligen Stränge parallel geschaltet. Es ist ein zusätzlicher Generatoranschlusskasten notwendig. Im Vorfeld werden die Solarmodule jedoch elektrisch in Reihe geschaltet. Es findet daher vor der Umwandlung in Wechselstrom eine Kombination aus Reihenschaltung der Module und Parallelschaltung der einzelnen Stränge statt. In den meisten Fällen, wird diese Form der Anlagenkonzeption bei größeren Photovoltaikanlagen wie z.B. Solarparks angewendet. Zentralwechselrichter, die für solche großen Solarprojekte ausgelegt sind, nehmen schnell den Platz einer Räumlichkeit von 10-15 Quadratmetern ein.

String-Wechselrichter-Schaltung:

Bei dieser Schaltungsvariante, wird pro String ein Wechselrichter benötigt. Die zusätzliche Installation eines Generatoranschlusskastens ist nicht notwendig. Vorteile dieser Schaltungsvariante:

• Reduktion der Gleichstromverkabelung
• Reduktion der Fehlanpassungen durch Fertigungstoleranzen der Solarmodule
• String wird vom Wechselrichter im optimalen Leistungsbereich betrieben
• Sofern eine Verschattung vorliegt, wirkt diese sich nur negativ auf den einzelnen betroffenen Strang aus
• Ausfall des Wechselrichters wirkt sich nur auf den betroffenen Strang aus [space]

Modulwechselrichter

Bei einem Modulwechselrichter, befindet sich die Elektronik, welche den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, direkt im Solarmodul. Im Grunde ist diese Form gegenüber allen anderen Konzepten die Eleganteste, da sich im Hinblick auf die Handhabung bei der Installation sowie im Brandfall für die Feuerwehr große Vorteile bieten würden.

Leider konnte sich diese Form von modulintegrierten Wechselrichtern bis zum jetzigen Zeitpunkt nicht durchsetzen, da die Lebensdauer der integrierten Elektronik nicht der gleichen des Moduls entspricht. Bei qualitativ hochwertigen Solarmodulen sind die etwa 20 bis 30 Jahre.

Ein weiteres Problem, das sich bei Modulwechselrichtern ergibt, ist die hohe Temperatur, die bei der Einstrahlung des Sonnenlichts entsteht. Die Praxis hat gezeigt, dass die Elektronik erheblich unter den hohen Temperaturen leidet und somit die Lebenserwartung deutlich reduziert wird.

Wirkungsgrad eines Wechselrichters

Ein unter Fachleuten sehr häufig diskutiertes Thema ist der Wirkungsgrad eines Wechselrichters. Wechselrichterhersteller sind stets bemüht, den Spitzenwirkungsgrad möglicht zu optimieren, sodass dieser in etwa bei 95 bis 98 Prozent liegt. Grundlegend kann man davon ausgehen, dass moderne Wechselrichter inzwischen kaum Verluste über zehn Prozent aufweisen.

Tipp! Bei der Auswahl eines geeigneten Wechselrichters, sollte nicht nur der Spitzenwirkungsgrad berücksichtigt werden, sondern vielmehr der Wirkungsgradverlauf über den gesamten Leistungsbereich.