Was ist ein Wechselrichter? Die Funktionsweise des “Gehirns” Deiner PV-Anlage

Ein Wechselrichter, auch Inverter genannt, ist eine unverzichtbare Komponente in jeder Photovoltaikanlage. Ohne Wechselrichter könnte der in den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom nicht ins Stromnetz eingespeist und genutzt werden.

Der Wechselrichter übernimmt dabei zwei entscheidende Aufgaben:

• Wandlung des Gleichstroms aus den Solarmodulen in Wechselstrom
• Anpassung dieses Wechselstroms an die Bedingungen des Stromnetzes (Netzsynchronisation)

Dadurch wird es möglich, den Solarstrom direkt vor Ort zu nutzen, überschüssigen Strom gegen Vergütung ins Netz einzuspeisen oder beides zu kombinieren. Der Wechselrichter ist somit das “Gehirn” der PV-Anlage und ermöglicht es überhaupt erst, sie sinnvoll zu betreiben. Ohne Wechselrichter bleibt eine PV-Anlage unwirksam.

Funktionsweise

Der Wechselrichter ist das “Gehirn” der Photovoltaikanlage und übernimmt eine zentrale Rolle bei der Umwandlung des Solarstroms. Seine Hauptaufgabe besteht darin, den Gleichstrom, der von den Solarmodulen erzeugt wird, in Wechselstrom umzuwandeln.

Nur Wechselstrom mit einer Standard-Netzfrequenz von 50 Hz kann in das Stromnetz eingespeist werden. Der Wechselrichter sorgt dafür, dass der Gleichstrom auf die erforderliche Netzspannung von 230 Volt herauftransformiert und mit der korrekten Frequenz versehen wird. So wird der Solarstrom “netztauglich” gemacht.

Ohne diese Umwandlung durch den Wechselrichter könnte der erzeugte Gleichstrom einer Photovoltaikanlage nicht genutzt werden. Weder kann er direkt verbraucht, noch ins Netz eingespeist werden. Der Wechselrichter übernimmt diese lebenswichtige Aufgabe und ermöglicht es somit, den Solarstrom beispielsweise zum Betrieb von Haushaltsgeräten zu verwenden oder gegen Vergütung ins Stromnetz einzuspeisen.

Optimierung der Leistung

Der Wechselrichter optimiert die Energieausbeute der Solarmodule durch eine Technologie namens Maximum Power Point Tracking (MPP-Tracking).

Dabei wird fortlaufend der Arbeitspunkt der Module überwacht und so eingestellt, dass stets die maximale Leistung erzielt wird. Die Leistung der Module ändert sich nämlich im Tagesverlauf durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung und Temperatur. Ohne MPP-Tracking würde die Anlage bei wechselnden Bedingungen nicht immer optimal arbeiten.

Der Wechselrichter passt durch MPP-Tracking den Arbeitspunkt kontinuierlich an, um die Energieausbeute zu maximieren. Er fungiert quasi als das “Gehirn” der Anlage und sorgt dafür, dass die Module jederzeit mit idealer Betriebsspannung laufen. So kann trotz schwankender Umweltbedingungen stets die maximal mögliche Leistung erreicht werden.

MPP-Tracking ist eine der wichtigsten Aufgaben des Wechselrichters und Voraussetzung für eine optimale Energieausbeute der Solaranlage. Die ständige Anpassung des Arbeitspunkts erhöht den Ertrag um bis zu 30% gegenüber einer Anlage ohne diese Technologie.

Synchronisation mit Netzfrequenz

Der Wechselrichter stellt sicher, dass die Frequenz des erzeugten Wechselstroms mit der Netzfrequenz von 50 Hertz übereinstimmt. Nur wenn diese Synchronisation gewährleistet ist, kann der Solarstrom sicher und effektiv ins Stromnetz eingespeist werden.

Durch eine PLL-Schaltung (Phase Locked Loop) im Wechselrichter wird die Frequenz des Wechselstroms aus der Photovoltaikanlage an die Netzfrequenz angepasst und synchronisiert. Selbst bei Schwankungen der Netzfrequenz bleibt die Synchronisation dank dieser Technologie erhalten.

Die Sync-Funktion ist einer der wichtigsten Aufgaben des Wechselrichters. Ohne korrekte Synchronisation könnte der Wechselstrom der PV-Anlage das Stromnetz stören oder Schäden verursachen. Durch die Zuverlässigkeit moderner Wechselrichter ist eine sichere und reibungslose Einspeisung des Solarstroms gewährleistet.

Mikro-Wechselrichter

Mikro-Wechselrichter sind kleine Wechselrichter, die direkt in jedes einzelne Solarmodul integriert sind. Jeder Mikro-Wechselrichter wandelt also nur den Gleichstrom eines Moduls in Wechselstrom um.

Der Vorteil dieses dezentralen Konzepts ist, dass jeder Wechselrichter das Maximum aus seinem Modul herausholen kann. Verschattungen oder Defekte an einzelnen Modulen wirken sich nicht auf den Rest der Anlage aus. Die Energieausbeute ist höher als bei zentralen String-Wechselrichtern.

Mikro-Wechselrichter sind allerdings teurer und haben einen höheren Installationsaufwand durch die große Anzahl an Geräten. Trotzdem können sie sich für kleinere Anlagen oder solche mit komplexer Dachgeometrie rechnen.

String-Wechselrichter

Ein String-Wechselrichter ist für ganze Modulstränge ausgelegt, das heißt für eine Reihe von Solarmodulen, die in Serie geschaltet sind. Während bei den Mikro-Wechselrichtern jedes Modul seinen eigenen Wechselrichter hat, gibt es bei einer Anlage mit String-Wechselrichtern nur einen oder wenige Wechselrichter. Jeder ist mit einem ganzen Strang von Modulen verbunden.

Dadurch sind String-Wechselrichter deutlich größer und leistungsstärker als Mikro-Wechselrichter. Sie eignen sich daher für mittlere und größere PV-Anlagen ab 10 kWp Leistung. Für kleinere Anlagen auf Privathäusern werden eher Mikro-Wechselrichter verwendet.

Der Vorteil der String-Wechselrichter liegt in den niedrigeren Kosten. Da weniger Wechselrichter nötig sind, ist die Anschaffung günstiger. Zudem sind Wartung und Monitoring mit wenigen großen Wechselrichtern einfacher. Nachteilig ist, dass bei einem String-Wechselrichter-Ausfall ein ganzer Modulstrang ausfällt.

Insgesamt bieten sich String-Wechselrichter für größere Dachanlagen und Freiflächenanlagen an. Durch die Kostenvorteile eignen sie sich auch für preissensible Gewerbekunden. Für kleinere und flexiblere Anlagen sind jedoch Mikro-Wechselrichter oft die bessere Wahl.

Vergleich der Systeme

Mikro-Wechselrichter und String-Wechselrichter haben jeweils Vor- und Nachteile.

Mikro-Wechselrichter sind flexibler einsetzbar, da sie direkt an die einzelnen Module angeschlossen werden. So können auch bei Verschattung oder Defekt einzelner Module die restlichen Module weiter produzieren. Zudem sind sie einfacher zu installieren und zu warten.

Der Nachteil von Mikro-Wechselrichtern ist der höhere Preis pro Watt im Vergleich zu String-Wechselrichtern. Durch die Vielzahl kleiner Geräte ist auch der Platzbedarf größer.

String-Wechselrichter sind in der Anschaffung günstiger, da sie die gesamte Modulreihe verarbeiten. Allerdings ist ihre Leistung weniger flexibel. Bei Problemen mit einzelnen Modulen leidet die gesamte String-Leistung. Auch Installation und Wartung sind bei String-Wechselrichtern aufwendiger.

Insgesamt bieten Mikro-Wechselrichter mehr Flexibilität, String-Wechselrichter sind aber kostengünstiger in der Anschaffung. Die Wahl hängt daher von den Anforderungen und Möglichkeiten des jeweiligen PV-Systems ab.

Neue Bagatellgrenze ab 2024

Ab dem Jahr 2024 gilt in Deutschland eine neue Bagatellgrenze für kleine PV-Anlagen bis 800 Watt. Solche Mini-Solaranlagen auf Balkonen oder Terrassen können dann vereinfacht angemeldet werden, ohne komplizierte Genehmigungsverfahren.

Bisher galt eine Grenze von nur 600 Watt für solche vereinfachten Registrierungen. Mit der Anhebung auf 800 Watt werden deutlich mehr Balkon- und Kleinstanlagen von dem reduzierten Verwaltungsaufwand profitieren können. Eigentümer müssen die Anlage lediglich anmelden und bekommen eine Registrierungsbestätigung. Aufwändige Anträge bei der Bundesnetzagentur und eine detaillierte Meldung beim Netzbetreiber entfallen dadurch.

Die neue 800 Watt Grenze gilt für Anlagen, die keine feste Installation erfordern, also z.B. nur mit einem Stecker ans Netz angeschlossen werden. Sie dürfen auch keinen Batteriespeicher für den Solarstrom beinhalten. Diese Vereinfachung soll den Ausbau von Photovoltaik auf kleinen Flächen wie Balkonen forcieren und mehr Bürgerinnen und Bürgern einen Einstieg in die Solarenergie ermöglichen.

Fazit: Der Wechselrichter – unverzichtbar für die Nutzung von Solarstrom

Ohne einen Wechselrichter kann der Gleichstrom aus den Solarmodulen einer Photovoltaikanlage nicht ins Stromnetz eingespeist werden. Der Wechselrichter übernimmt die unverzichtbare Aufgabe, den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und mit der Netzfrequenz zu synchronisieren. Erst durch diese Umwandlung wird der Solarstrom netztauglich und kann von Haushalten oder ins Netz eingespeist werden.

Der Wechselrichter ist somit das “Gehirn” einer jeden PV-Anlage. Die Wahl des Typs – Mikro-Wechselrichter für jedes Modul oder zentraler String-Wechselrichter – hängt von den Gegebenheiten der Anlage und den eigenen Präferenzen ab. Doch egal welche Lösung gewählt wird, ohne Wechselrichter kann die installierte Solarstromleistung nicht genutzt werden. Er ist unverzichtbar für den Betrieb und die Nutzung von Solaranlagen.