Wechselrichter

Eine kleine orange, rote oder blaue Box - schwer zu sagen, welchen Zweck sie erfüllt - hängt im oder in der Nähe des Stromkastens. Doch was tut sie und und warum muss so eine kleine, farbige Box in jedem Haushalt mit einer Photovoltaikanlage angebracht sein? Die Antwort: diese Box ist ein sogenannter Wechselrichter. In diesem Beitrag betrachten wir den Sinn des Wechselrichters, verschiedene Arten des Wechselrichters sowie dessen Kaufpreis und Auswahltipps.

Was ist ein Wechselrichter?

Der Wechselrichter ist notwendig, weil Photovoltaikanlagen Sonnenenergie in Gleichstrom umwandeln. Zur Nutzung von elektrischem Strom brauchen wir jedoch Wechselstrom. Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um. Je nach Art des Wechselrichters kann dieser auch Frequenzhaltung und Leistung des Stroms optimieren. Smarte Wechselrichter können sogar smartes Energiemanagement für das Haus übernehmen.

Gleichstrom und Wechselstrom

Die Polarität von Gleichstrom ist zeitlich konstant. Wie der Name schon sagt, wechselt Wechselstrom seine Polarität. Die normale Wechselfrequenz liegt bei 50 Hertz. Der Strom wechselt pro Sekunde also 50 mal seine Polarität. Nur Wechselstrom kann weit transportiert werden, deshalb basiert unser Stromnetz auf ihm. Durch den Wechselrichter wird der Gleichstrom aus der Solaranlage dafür kompatibel gemacht. Danach kann der umgewandelte Wechselstrom im Haushalt oder im öffentlichen Netz genutzt werden.

Bild: Wechselrichter in verschiedenen Größen und Farben.

Arten des Wechselrichters

Der Stringwechselrichter

Diese Art des Wechselrichters ist die universellste. Die meisten Wechselrichter sind Stringwechselrichter. Mehrere, aneinandergereihte Solarmodule nennen sich String. Der Stringwechselrichter bedient einen solchen String. In einem String haben alle Module die gleiche Ausrichtung und Neigung sowie Verschattung. Deshalb funktioniert ein einzelner Stringwechselrichter für einen ganzen String. Sie eignen sich deshalb nicht, wenn es einzelne Module gibt, die eine andere Menge Strom umwandeln, als die anderen. Für den Fall, dass Sie mehrere Strings haben, gibt es den Multistring-Wechselrichter.

Multistring-Wechselrichter

Der Multistring-Wechselrichter kann mehrere Strings gleichzeitig bedienen, auch wenn diese zu verschiedenen Zeiten in der Sonne oder im Schatten liegen. So können Sie mit nur einem Wechselrichter all Ihre Strings verwalten. Dies kann kostengünstiger sein als einzelne Stringwechselrichter für jeden String zu kaufen. Gerade wenn Sie drei oder vier verschiedene Strings an einen einzigen Wechselrichter knüpfen wollen, empfiehlt sich der Multistring-Wechselrichter. Berechnen Sie einfach, ob sich die Investition in einen Multistring-Wechselrichter in Ihrem Fall mehr lohnt als die in einen einfachen Stringwechselrichter. Dazu müssen Sie einfach überlegen, wie viele Strings Sie haben. Pro String rechnen Sie den Preis eines Stringwechselrichters. Wenn der Preis mehrerer Stringwechselrichter höher ist als der eines Multistring-Wechselrichters, lohnt sich der zweitere mehr.

Der Vorteil der Stringwechselrichter ist, dass sie einen höheren Wirkungsgrad haben als die folgenden Modulwechselrichter. Stringwechselrichter werden nicht auf dem Dach sondern im Haus neben dem Zählerkasten angebracht, was ihre Wartung vereinfacht. Bei herkömmlichen Solaranlagen mit einer Leistung zwischen 2 und 30 kWp eignen sich Stringwechselrichter hervorragend.

Modulwechselrichter

Eine andere Art des Wechselrichters ist der Modulwechselrichter. Dieser wird direkt am Photovoltaikmodul angebracht. Modulwechselrichter sind seltener als Stringwechselrichter und Zentralwechselrichter, denn ihr Wirkungsgrad ist kleiner. Je größer die Anlage, desto mehr Modulwechselrichter braucht man also. Für große Anlagen lohnen sie sich daher weniger, doch bei kleinen Anlagen auf Garage oder Gartenhaus können sie sich gut eignen. Die Wartung der Modulwechselrichter ist aufwendiger, da sie auf dem Dach angebracht werden.

Besonders kleine und mobile Anlagen wie auf dem Van, Balkon oder auf dem Boden eignen sich für den Modulwechselrichter. Der entscheidende Vorteil des Modulwechselrichters ist nämlich, dass er bei einem erhöhten Wechsel von Licht und Schatten schneller reagiert als die anderen Wechselrichter. Er passt sich schnell und individuell an die aktuelle Leistung einer kleinen Solaranlage an.

Zentralwechselrichter

Die dritte Art der Wechselrichter ist der Zentralwechselrichter. Dieser eignet sich besonders gut für sehr große Photovoltaikanlagen ab 30 kWp. Da in solch großen Anlagen fasst immer alle Module den gleichen Neigungs- und Einstellungswinkel haben, kann der Wechselrichter zentral den gesamten Strom in Wechselstrom umwandeln. Dies vereinfacht die Einspeisung durch große Anlagen natürlich sehr. Diese oft gewerblich genutzten Wechselrichter werden meist das ganze Jahr Tag und Nacht online beobachtet. Bei Auffälligkeiten können diese dann direkt überprüft werden, da ansonsten die Umwandlung des Stroms der gesamten Anlage beeinträchtigt ist.  

Aufgaben moderner Wechselrichter

Moderne, intelligente Wechselrichter können mehr als nur Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Tatsächlich hat jeder Wechselrichter - auch ältere Modelle - ein intelligentes Bestandteil: Den MPP Tracker. MPP steht für maximum power point. Dies beschreibt den Punkt, an welchem die Strom-Spannungs-Kennlinie liegt. Dort erbringt die Solaranlage die höchste Leistung. Dieser Punkt verändert sich aufgrund der sich ändernden Sonneneinstrahlung und der Wetterbedingungen. Wenn zum Beispiel eine hohe Sonneneinstrahlung um 12 Uhr mittags vorliegt kann die Solaranlage theoretisch mehr Strom erzeugen als um 18 Uhr am abend. Sie hat also um 12 Uhr einen höheren maximum power point (MPP). Der MPP Tracker passt an, dass der Wechselrichter bei höherer Sonneneinstrahlung mehr Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und bei weniger Sonneneinstrahlung weniger Gleichstrom umwandelt. Durch den MPP Tracker ist der Arbeitsaufwand und Energieverbrauch des Wechselrichters angepasst und nicht immer gleich hoch. So geht keine Energie verloren, wenn die Sonneneinstrahlung gering ist. Stattdessen wird dann weniger Energie in die Umwandlung investiert.

Der Wechselrichter geht also nicht von einem statischen (festgelegten) MPP aus, sondern kann seine Umwandlung situationsabhängig machen, da der MPP Tracker diesen MPP berechnet. So kann deutlich mehr elektrischer Strom gewonnen werden als wenn es nur eine statische Einstellung dieses Punktes gäbe. Der MPP Tracker stimmt also die Leistung der Anlage auf den Strahlungs- und Temperaturzustand ab. Andere intelligente Fähigkeiten der Wechselrichter sind die Netzwerküberwachung, ein Schutz vor Überhitzung und die Ertragsüberwachung.

Netzüberwachung

Um einen Einbruch des Stromnetzes zu umgehen, muss die Frequenz des Wechselstroms stets 50 Hertz betragen. Nur so ist die Verbindung tatsächlich stabil. Intelligente Wechselrichter können diese Stabilität überprüfen und anpassen. Sie überprüfen die Frequenz, die Spannung und die Impedanz (Widerstand des Wechselstroms) des erzeugten Stroms. Dieser Widerstand reguliert das Spannungsverhältnis der Stromstärke. Die Impedanz muss also in einem bestimmten Bereich sein, damit der Strom die richtige Spannung hat. Stimmt also die Frequenz, Spannung oder der Widerstand (Impedanz) nicht, kann der Strom nicht eingespeist oder genutzt werden. Es würde ein Zusammenbruch des Netzwerks folgen, wenn verschiedene Frequenzen oder Spannungen oder Widerstände aufeinander träfen. Diese Funktion des Wechselrichters ist daher für besondere Ausnahmefälle, die sehr selten vorkommen.

Spannung, Impedanz und Frequenz weichen nur dann ab, wenn ein technischer Fehler in der Solaranlage besteht. Ihr smarter Wechselrichter wird Sie dann informieren und Sie können mit professioneller Hilfe den Fehler beheben lassen.

Mit einer Trennvorrichtung kann der Wechselrichter den erzeugten Strom vom öffentlichen oder hausinternen Stromnetzwerk trennen, um einen Zusammenbruch zu vermeiden. Wenn die Werte allerdings nicht drastisch zu hoch sind, passt der Wechselrichter seine Leistung an und sorgt so für geringere Werte. So kann ein Ausgleich stattfinden, ohne dass die Anlage vom Stromnetz getrennt werden muss.

Überhitzung

Wechselrichter haben eine Kühlfunktion, um die Gefahr der Überhitzung zu umgehen. Regelmäßig wird Wärme nach außen abgegeben. So ist eine Überhitzung ausgeschlossen.

DC-Trennvorrichtung

Auch hat ein Wechselrichter eine DC-Trennvorrichtung. Diese sorgt dafür, dass Arbeiten am Wechselrichter vorgenommen werden können, auch ohne, dass die Photovoltaikanlage abgeschaltet werden muss. Das Abschalten der ganzen Anlage ist nämlich relativ aufwendig.

Leider können Sie den Strom, welcher während der Wartung oder anderen Arbeiten erzeugt wird, trotzdem nicht speichern, wenn die Trennvorrichtung genutzt wird. Doch die Trennvorrichtung erlaubt Ihnen, nach der getanen Arbeit direkt wieder den Strom der Solaranlage zu nutzen. Gäbe es die Trennvorrichtung nicht, müssten Sie die Solaranlage abschalten oder bedecken, um Arbeiten machen zu lassen. Dies würde zu einer längeren Erzeugungspause führen als die Trennvorrichtung.

Ertragsüberwachung

Ein Wechselrichter kann außerdem mit der Photovoltaikanlage durch eine sogenannte Kommunikationsschnittstelle kommunizieren. So überwacht er die Spannung, Stromstärke und Leistung der Anlage. Dies macht es einfacher, Fehler und Störungen zu identifizieren. Auch die eigenen Ertragsdaten sind so leicht und genau zu überwachen. So kann der eigene Strom noch effizienter und genauer genutzt oder eingespeist werden, weil die Daten an Online-Dienste oder Energiemanagementsysteme weitergeleitet werden können.

Bild: Wechselrichter von Innen

Kauf des Wechselrichters

Es gibt verschiedene Faustregeln für den Preis eines oder mehrerer Wechselrichter für Ihre Photovoltaik Anlage:

1. 10-15% der Gesamtkosten der Anlage. Hat die Anlage 8.000€ gekostet, kann man für den Wechselrichter zum Beispiel 1.200 € rechnen.
2. Wechselrichter für Einfamilienhäuser kosten meist zwischen 1.000€ und 2.500€.
3. Pro kWp der Anlage kann man mit 200 € rechnen. Bei 10 kWp würde man hier also 2.000€ rechnen.

Dies sind Faustregeln, keine genauen Formeln, doch Sie können damit einen ungefähren Preis für Ihren Wechselrichter kalkulieren.

Tipps bei der Wechselrichter Auswahl

Die bekanntesten Hersteller der Wechselrichter sind SMA, Fronius, SolarEdge, Kaco und Kostal. Zum Abschluss finden Sie hier 5 Tipps zur Anschaffung eines Wechselrichters:

1. Wenn Sie keinen Multistring-Wechselrichter haben, schließen Sie nur einzelne Strings an einen Wechselrichter an.
2. Die Leistung Ihres Wechselrichters sollte genauso groß sein wie die Ihrer Photovoltaikanlage. Falls Sie planen, später noch mehr Module anzulegen und einen Multistring-Wechselrichter kaufen, kann diese Leistung auch größer sein.
3. Große Wechselrichter Hersteller bieten Auslegungshilfen zur Planung an.
4. Rufen Sie bei WechselJetzt.de an, um sich individuell beraten zu lassen.
5. Wenn Sie nur einen String haben, welcher die gleiche Ausrichtung teilt, schaffen Sie sich einen großen Stringwechselrichter an. Wenn Sie viele verschiedene Module haben und die Anlage mobil ist, entscheiden Sie sich besser für die Modulwechselrichter.