Wechselrichter

Wechselrichter sind zentrale und unverzichtbare Komponenten jeder Photovoltaikanlage. Ein Wechselrichter, auch Inverter oder Drehrichter genannt, wandelt Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt Wechselstrom in Gleichstrom um.
Im Falle von Solarstrom wandeln diese elektrischen Geräte den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, damit dieser dann in das öffentliche Stromversorgungsnetz beziehungsweise dem hauseigenen Stromnetz verwertet werden kann.

Trafo – Ja oder Nein?

Mittlerweile sind die Anwendungsgebiete für moderne Wechselrichter ohne Transformatoren weitaus größer und es kommt laufend zu der Entscheidung, ob man für oder gegen einen Wechselrichter mit eingebautem Transformator (kurz Trafo) in der eigenen Photovoltaikanlage stimmt.

Ein Transformator ist ein elektrisches Bauteil, welches der Spannungsumwandlung dient. Trafos erhöhen oder verringern die Eingangsspannung, um einen sicheren und verlässlichen Stromfluss zu garantieren. In Photovoltaikanlagen dienen sie hauptsächlich dem Schutz vor Überspannungen.

Wechselrichter mit Transformator?

Ein großer Sicherheitsaspekt von Trafowechselrichtern ist die galvanische Trennung. Durch diese galvanische Trennung werden die Gleichströme und die Wechselströme getrennt voneinander betrachtet. Somit kommt es im Falle einer Überspannung kaum zu Beschädigungen an sowohl Wechselrichter als auch PV-Anlage. Diese Trennung bringt jedoch einen Verlust des Wirkungsgrades mit sich, da Umwandlungsverluste zu begleichen sind. Neben dem Vorteil, dass diese Wechselrichter an positiv sowie negativ geerdete Solarmodule angeschlossen werden können, welches gerade bei Dünnschichtmodulen essenziell ist, ist die galvanische Trennung der größte Vorteil.

Durch eine höhere Anzahl an verbauten Bauteilen benötigt diese Technologie ein zusätzliches Belüftungssystem, welches neben dem Stromverbauch auch den Geräuschpegel und das Gewicht maßgeblich erhöht.

Trafolose Wechselrichter?

Dadurch, dass trafolose Wechselrichter keine Trennung in den Leitungen aufweisen, ist der Wirkungsgrad bis zu 4 % höher als diejenigen mit Transformatoren. Dies bedeutet aber auch, dass diese Wechselrichter zwingend nach der akkreditierten Schutzklasse II montiert und in Betrieb genommen werden müssen.
Die simplere Bauweise spart Gewicht und ist damit in der Produktion als auch im Verkauf günstiger. Als Nachteil ist die weitgehende Inkompatibilität mit Dünnschichtmodulen aufzuzeigen. Dadurch sind diese Wechselrichter nicht universell einsetzbar, erste neue Modelle sind jedoch mittlerweile auf dem Markt.

Steuerung und Gerätetypen

Grundsätzlich werden zwischen zwei verschiedenen Steuerungsarten unterschieden; dem Inselwechselrichter sowie dem fremdgeführten Wechselrichter. Inselwechselrichter können ein sogenanntes Inselnetzwerk mit Wechselspannung aufbauen und sind somit unabhängig von dem öffentlichen Stromnetz. Diese werden hauptsächlich in entlegenen Gebieten ohne Stromanschluss verwendet wie zum Beispiel Berghütten, Bauernhöfen, aber auch zur Notstromsicherung in Krankenhäusern oder Rechenzentren.

Fremdgeführte Wechselrichter benötigen eine feste Verbindung zum öffentlichen Stromversorgungsnetz um aus dem eingehenden Gleichstrom Wechselstrom herzustellen. Damit ist diese Steuerungsart bestens geeignet, um mit Photovoltaikanlagen verbunden zu werden.
Für verschiedene Anwendungsgebiete eignen sich differenzierte Gerätetypen. Für eine hauseigene Photovoltaikanlage kommen jedoch nur zwei Typen für einen sinnvollen Einsatz infrage. Ein Multi-Strang-Wechselrichter, ein ein- oder dreiphasiger Wechselrichter, welcher in Kombination mit MPP-trackern mehrere Stränge von Solarmodulen steuert.
Mit einem hybriden Wechselrichter werden Wechselrichter mit Speicherakkumulatoren verbunden. Dies hat den Vorteil, dass sowohl in das öffentliche Netz eingespeist werden kann, aber auch ein unabhängiges Stromnetz aufgebaut und betrieben werden kann.

Effizienz und Wirkungsgrad

Um die Effizienz eines jeden Bauteils oder einer Anlage in der Elektronik beziehungsweise dem Maschinenbau einheitlich auszudrücken, hat sich der Wirkungsgrad etabliert. Der Wirkungsgrad wird bestimmt, indem die zugeführte Energie mit der nutzbaren Energie ins Verhältnis gesetzt wird. Hierbei ist 0 der niedrigste Wert und 1 der höchstmögliche Wert, wobei dieser nur in der Theorie erreicht werden kann, da es zwangsläufig zu Verlusten in Form von z.B. thermischer Energie kommt.

Bei Solarzellen hängt der Wirkungsgrad von vielen verschiedenen Parametern wie der Bestrahlungsintensität, der Zelltemperatur oder Niederschlägen ab und ist deswegen nur bedingt miteinander vergleichbar. Um in Mitteleuropa die Effizienz anhand von dem Wirkungsgrad qualitativ hochwertig miteinander zu vergleichen wurde der Europäische Wirkungsgrad etabliert. Als Richtwert kann bei Wechselrichtern mit Transformatoren ein Wirkungsgrad von circa 95 % erreicht werden und bei trafolosen ein Wirkungsgrad von durchschnittlich 98 %.

Zur Leistungs- und Effizienzsteigerung kann es sinnvoll sein die eigene Photovoltaikanlage durch eigenständig arbeitende Wechselrichter zu unterteilen. Lohnen tut sich das etwa bei einem Dach wo sich Module sowie nach Süden als auch nach Norden ausgerichtet befinden und damit die Bestrahlungszeiten und Intensitäten unterschiedlich sind.

Betrieb

Um während dem Betrieb eine optimale Einspeisung und damit den höchstmöglichen Ertrag zu ernten, muss bei der Installation und Inbetriebnahme alle eingehenden Parameter aufeinander abgestimmt werden. Das wichtigste ist, dass sich der Wechselrichter optimal auf die vom öffentlichen Netz vorgegebene Frequenz des Wechselstroms einstellt.

Seitdem sich die Bundesrepublik Deutschland das Ziel gesetzt hat, vermehrt auf erneuerbare Energien zu setzen und dafür substantielle Förderungen aufgesetzt hat, ist die Photovoltaik mittlerweile zu einem maßgeblichen Faktor in der Gesamtstromerzeugung geworden. Damit das öffentliche Netz nicht überlastet wird, müssen größere Anlagen über 100 KW an Leistung mit einem Fernzugriff ausgestattet werden sowie kleinere Anlage die Möglichkeit besitzen, dass diese gedrosselt werden können.

Um Übertragungsverluste zu minimieren, sollte die Wechselrichtereinheit möglichst nah an der Einspeisebuchse installiert werden.

Fazit

Aufgrund der vielschichtigen Einflussfaktoren und zu beachtenden Richtlinien sollte bei der Wahl eines Wechselrichters immer eine Fachkraft hinzugezogen werden. Sonst geht man der Gefahr von immensen Leistungseinbusen sowie gravierende Sicherheitsrisiken.

MPP-TrackingMPP-Tracking

Der maximum power point (MPP) ist der Ort an der Stromstärken-Spannungskennlinie bei der die abgegebene Leistung am höchsten ist. Um dauerhaft an diesem maximalen Leistungspunkt Strom zu produzieren, greifen moderne