Der Wechselrichter – auch Inverter genannt – fungiert als Bindeglied zwischen Stromerzeugung und Stromnutzung. Er ist ein essenzieller Bestandteil einer jeden Photovoltaikanlage.

Er wandelt den durch die Solarmodule erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dadurch kann der erzeugte Strom in privaten Haushalten und im öffentlichen Netz verwendet werden.

Was sind die Aufgaben eines Wechselrichters?

Als Kernstück jeder Photovoltaikanlage nimmt der Wechselrichter viele wichtige Aufgaben wahr. Neben der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom fallen auch andere Dinge in seinen seinen Aufgabenbereich. Unter anderem:

• Überwachung
• Optimierung
• Temperaturmanagement

Wirkungsgrad der Stromumwandlung

Die Stromumwandlung ist eine der wichtigsten Aufgaben des Wechselrichters und der Wirkungsgrad ist ein entscheidendes Maß für die Effizienz dieses Prozesses.

Er gibt an, wie hoch der Anteil des Wechselstroms ist, der aus dem eingespeisten Gleichstrom umgewandelt wird. Die Angabe erfolgt in Prozent.

Dabei gilt: Je höher der Wert, desto besser. Moderne Geräte erreichen bis zu 98 Prozent und versprechen einen fast verlustfreien Umwandlungsprozess.

Optimierung der Leistung

Optimierung gehört ebenfalls zum Arbeitsprofil eines Wechselrichters. Die Leistung der Solarmodule hängt von der Einstrahlungsstärke der Sonne und auch von der eigenen Temperatur ab. Deshalb kommt es im Tagesverlauf zu Schwankungen, weil Sonneneinstrahlung und Modultemperatur sich fortwährend ändern.

Der Wechselrichter hat daher die Aufgabe, den optimalen Punkt auf der Leistungskennlinie der Solarmodule – auch Maximum Power Point (MPP)[CÜ2]  genannt – ausfindig zu machen und diesen konstant beizubehalten. Dadurch stellt das Gerät sicher, dass die Photovoltaikanlage zu jeder Zeit an der Leistungsgrenze agiert.

Überwachung & Sicherung

Eine Photovoltaikanlage hantiert mit Strom und ist daher auch immer ein potenzieller Gefahrenherd. Überwachung und Sicherheit spielen entsprechend eine wichtige Rolle. Der Wechselrichter nimmt in diesen Bereichen eine zentrale Position ein. Das Gerät überwacht mittels Monitoring Software den Energieertrag der PV-Anlage, erkennt etwaige Störungen und wirft zudem ein prüfendes Auge auf das angeschlossene Versorgungsnetz.

Kommt es zu irgendwelchen Komplikationen, trennt der Wechselrichter die gesamte Anlage aus Sicherheitsgründen vom Netz. Gegebenenfalls reichen auch stützende Maßnahmen[CÜ3] . Zudem hat das Gerät die Möglichkeit, den Stromfluss der Solarmodule sicher zu unterbrechen. Die Funktion ist besonders wichtig, da die Module grundsätzlich zu jeder Zeit unter Spannung stehen und sich daher nicht einfach abschalten lassen. Wird die Kabelverbindung zum Wechselrichter gekappt, können Lichtbögen und Brände[CÜ4]  die Folge sein.

Temperaturmanagement[CÜ5] 

Nicht nur die Solarmodule, sondern auch der Wechselrichter selbst ist hohen Temperaturen ausgesetzt. Nimmt die Hitzeentwicklung im Gehäuse übermäßig zu, muss das Gerät seine Leistung reduzieren. Das sorgt zwar für Sicherheit, verhindert jedoch die Ausschöpfung des maximalen Leistungsoutputs der verfügbaren Solarmodule.

Ein gutes Temperaturmanagement ist daher unerlässlich, um Sicherheit und Leistung in Einklang zu bringen. Abhilfe schafft hier eine effiziente und zuverlässige Kühlung, die über verschiedene Wege erzielt werden kann:

• Konvektion: Viele Wechselrichter sind mit Kühlkörpern ausgestattet, die durch Konvektion die Wärme abführen. Die Bauweise der Geräte ermöglicht eine natürliche Luftzirkulation, was einen kühlenden Effekt garantiert.
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• Lüftung: Wechselrichter können über einen eingebauten Lüfter verfügen, der die heiße Luft durch das Gerät leitet und für eine Wärmeabfuhr sorgt. Viele Lüfter lassen sich je nach Bedarf automatisch anpassen. So kann z.B. die Geschwindigkeit reguliert werden, um den Kühlungsprozess zu optimieren.
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• Flüssigkeit: Bei größeren PV-Anlagen oder in besonders warmen Umgebungen bietet sich eine Kühlung per Flüssigkeit an. Dabei werden Kühlmittel wie Wasser oder eine spezielle Flüssigkeit durch Rohre oder Kühlplatten im Wechselrichter geleitet, um die Wärme abzuführen. Die Methode gilt als besonders effizient.

Die jeweiligen Kühlungssysteme erlauben es, dass der Wechselrichter selbst bei hohen Umgebungstemperaturen – bis zu 50 Grad – seine maximale Leistung abrufen kann.

Kommunikation

Als eine Art Kommandozentrale verfügt ein Wechselrichter über verschiedene Kommunikationsschnittstellen, die sowohl die Kontrolle als auch die Überwachung sämtlicher Betriebsdaten ermöglicht.

Wechselrichter mit oder ohne Transformator?

Wechselrichter gibt es sowohl mit als auch ohne einen Transformator (Trafo). Er ist in der Lage, die Wechselspannung zu erhöhen und zu verringern. Seine vornehmliche Aufgabe ist dabei der Überspannungsschutz. Dadurch galten Trafo-Wechselrichter lange Zeit als deutlich sicherer als Geräte ohne einen Transformator. Allerdings haben beide Varianten eine Daseinsberechtigung, da sie sowohl Vor- als auch Nachteile mit sich bringen.

Wie funktioniert ein Transformator?

Ein Transformator fungiert als eine Art Spannungsumwandler. Er verändert die Spannung des Gleichstroms so, dass der Wechselrichter mit der richtigen Eingangsspannung versorgt wird. Unterschieden wird dabei zwischen zwei Arten von Transformatoren: Eingangs- und Ausgangstransformator.

Der Eingangstransformator nimmt den durch die Solarmodule erzeugten Gleichstrom auf und optimiert die Spannung für den Wechselrichter. Dieser Schritt ist wichtig, da die Gleichspannung anfänglich nicht immer mit den Anforderungen des Wechselrichters übereinstimmt. Der Eingangstransformator stellt entsprechend sicher, dass der Wechselrichter effizient arbeiten kann. Sobald der Gleichstrom eine geeignete Eingangsspannung vorweist, wandelt der Wechselrichter diesen in Wechselstrom um.

Der Ausgangstransformator im Wechselrichter passt die erzeugte Wechselspannung an die Anforderungen des Stromnetzes oder der angeschlossenen Geräte an. Dadurch stellt er sicher, dass der Wechselstrom die richtige Spannung und Frequenz hat. Auf diese Art und Weise können die elektrischen Geräte effizient und sicher betrieben werden.

Trafo-Wechselrichter: Vor- und Nachteile

Vorteile

• Trafo-Wechselrechter können sowohl an positiv als auch an negativ geerdeten Solarmodulen angeschlossen werden. Das bringt Flexibilität in der Modulauswahl mit sich – falls Sie sich etwa für spezielle Dünnschicht-Module entscheiden. Viele Modelle verlangen eine negative Erdung.
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• Der wohl wichtigste Vorteil ist die galvanische Trennung. Sie sorgt dafür, dass der Gleich- und Wechselstromkreis (Photovoltaikanlage und Versorgungsnetz) in unabhängige Stromkreise geleitet wird. Dadurch wird der bereits angeführte Überspannungsschutz erzielt.

Nachteile

• Trafo-Wechselrichter sind in der Regel schwerer als die Modelle ohne Transformator. Das zusätzliche Gewicht macht sich während der Montage deutlich bemerkbar.
• Der eingebaute Transformator geht mit einem erhöhten Materialaufwand einher, was wiederum die Anschaffungskosten in die Höhe schraubt. Heißt: Trafo-Wechselrichter sind teurer als ihre Pendants ohne Transformator.
• Die meisten Trafo-Wechselrichter haben zusätzliche Lüfter eingebaut, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten. Dadurch ergibt sich allerdings ein höherer Energieverbrauch.
• Je nach Modell kann die Lüftung für eine lautstarke Geräuschkulisse sorgen. Die Emissionen liegen meist zwischen 30 und 70 dB. Zum Vergleich: Ein laufender PKW-Motor erreicht circa 70 dB.

Wechselrichter ohne Transformator: Vor- und Nachteile

Vorteile

• Wechselrichter ohne Transformator besitzen einen höheren Wirkungsgrad – in der Regel bis zu 4 Prozent.
• Das geringere Gewicht ermöglicht eine einfachere Montage.
• Da trafolose Geräte ohne Lüfter auskommen können, weisen sie deutlich geringere Geräuschemissionen auf. 
• Der geringere Materialaufwand verringert die Anschaffungskosten.

Nachteile

• Trafolosen Wechselrichtern wird nachgesagt, dass sie nicht flexibel einsetzbar sind. Ein Grund ist etwa die fehlende Kompatibilität mit Dünnschicht-Solarmodulen. Mittlerweile gibt es jedoch Geräte ohne Transformatoren, die auch mit den Dünnschicht-Modellen harmonieren.
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• Auch trafolose Wechselrichter müssen vor Überspannungen schützen. Dafür ist jedoch eine gesonderte Installation vonnöten, die auf der Schutzklasse II basiert. Dabei kommen etwa eine doppelte und verstärkte Isolierung sowie Ableiter zum Einsatz.

Arten von Wechselrichtern

Zentralwechselrichter

Der Zentralwechselrichter wird oft bei großen und professionell betriebenen Photovoltaikanlagen verwendet. Er ist für mehrere Solarmodule oder Stränge ausgelegt, die in Serie geschaltet sind. Der erzeugte Gleichstrom wird dabei von allen Panels zu einem zentralen Punkt geführt und dort in Wechselstrom umgewandelt.

Vor- und Nachteile eines Zentralwechselrichters:[CÜ6] 

Vorteile:

• hohe Leistungsfähigkeit für große PV-Anlagen
  • hohe Kosteneffizienz

Nachteile:

• Ausfall kann gesamte Anlage lahmlegen
  • empfindlich gegenüber Verschattungen
  • empfindlich gegenüber ungleicher Modulausrichtung

Strangwechselrichter

Strangwechselrichter werden oft bei kleineren bis mittelgroßen PV-Anlagen eingesetzt. Sie sind immer für einen bestimmten Strang von Solarmodulen ausgelegt und arbeiten unabhängig voneinander. Je mehr Stränge eine Anlage aufweist, desto mehr Wechselrichter werden benötigt.

Vor- und Nachteile eines Strangwechselrichters:

Vorteile:

• unabhängiger Betrieb der einzelnen Stränge
  • bessere Leistungsoptimierung bei Verschattung[CÜ7] 

Nachteile:

• hoher Installationsaufwand durch zusätzliche Verkabelung
  • höherer Kostenaufwand

Modulwechselrichter[CÜ8] 

Modulwechselrichter werden direkt an ein einzelnes Solarmodul angeschlossen und sind entsprechend nur für den Umwandlungsprozess des jeweiligen Panels verantwortlich. Die Installation sieht dabei vor, dass die Ausgänge aller Modulwechselrichter parallel geschaltet und gesammelt an das Netz angeschlossen werden.

Vor- und Nachteile eines Modulwechselrichters:

Vorteile:

• Maximierung der Energieausbeute
  • hohe Flexibilität bei der Systemplanung & -installation
  • Überwachung pro Modul
  • geringe Ausfallanfälligkeit der PV-Anlage

Nachteile:

• hohe Installationskosten
  • hohe Wartungskomplexität
  • hoher Platzbedarf

Auswahl eines Wechselrichters: Worauf ist zu achten?

Bei der Auswahl eines Wechselrichters für eine Photovoltaikanlage sollten Sie verschiedene Faktoren berücksichtigen, um die optimale Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Leistung & Effizienz

Die Leistungsfähigkeit und Effizienz eines Wechselrichters sind entscheidend für den Energieertrag der Anlage. Ein Gerät mit höherer Effizienz wandelt einen größeren Teil des erzeugten Gleichstroms in nutzbaren Wechselstrom um. Achten Sie daher auf den Wirkungsgrad und die Nennleistung des Wechselrichters. Dadurch stellen Sie sicher, dass er den Anforderungen Ihrer Photovoltaikanlage entspricht.

Zuverlässigkeit & Garantie

Die Zuverlässigkeit des Wechselrichters ist von großer Bedeutung, da er für die langfristige Funktion der gesamten Anlage verantwortlich ist. Überprüfen Sie die Qualität des Herstellers und holen Sie sich gegebenenfalls Bewertungen von anderen Verbrauchern ein. Beachten Sie auch die Garantiebedingungen des Wechselrichters, um im Falle von Ausfällen oder Problemen abgesichert zu sein.

Anpassungsfähigkeit & Skalierbarkeit

Im Idealfall sollte ein Wechselrichter genügend Spielraum für eine Erweiterung oder Optimierung Ihrer PV-Anlage bieten. Achten Sie daher auf bei der Modellwahl auf ausreichende Eingänge oder Anschlüssen, um zusätzliche Solarmodule hinzufügen zu können.

Überwachung & Datenanalyse

Moderne Wechselrichter ermöglichen es, den Betrieb der Photovoltaikanlage zu überwachen, Leistungsdaten auszuwerten und potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen.

Falls solche Funktionen ein wichtiges Kriterium für Sie darstellen, sollten Sie bei der Wahl des Wechselrichters darauf achten, ob das jeweilige Gerät diese unterstützt.

Tipps: Wartung & Installation

Bei der Installation und Wartung von Wechselrichtern gibt es einige wichtige Dinge zu beachten:

• Der Wechselrichter sollte in einem gut belüfteten Bereich installiert werden, um eine Überhitzung zu vermeiden.
• Die Kabelverbindung sollte regelmäßig überprüft werden.
• Der Wechselrichter und die Kühlkörper sollten regelmäßig gereinigt werden, um Staub und Schmutzablagerungen zu entfernen. Dadurch stellen Sie sicher, dass Ihre PV-Anlage an der Leistungsgrenze agiert und nicht an Effizienz einbüßt.
• Die Leistungsdaten sollten regelmäßig überprüft werden, um Abweichungen oder Probleme frühzeitig zu erkennen.
• Die Wartungsanforderungen und empfohlenen Serviceintervalle des Herstellers sollten unbedingt beherzigt werden.

Fazit

Wechselrichter sind unverzichtbare Komponenten von Photovoltaikanlagen. Sie ermöglichen die effiziente Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, um saubere Energie zu erzeugen. Die Auswahl des richtigen Wechselrichters hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören unter anderem die Größe der Anlage, Skalierbarkeit und Überwachung sowie individuelle Präferenzen und Budgets. Eine sorgfältige Installation und regelmäßige Wartung tragen dazu bei, dass der Wechselrichter optimal funktioniert und die Leistung der Photovoltaikanlage maximiert wird.

Kurz gesagt:
Ohne Wechselrichter kein Wechselstrom. Da die Solarmodule einer PV-Anlage ausschließlich Gleichstrom erzeugen, sind Wechselrichter unabdingbar für den Umwandlungsprozess. Es gibt jedoch unterschiedliche Gerätetypen, die verschiedene Anforderungsprofile erfüllen.

Nachgefragt

Wie lange hält ein Wechselrichter?

Die Lebensdauer eines Wechselrichters liegt in der Regel zwischen 10 und 20 Jahren – abhängig von der Qualität des Geräts und den Umgebungsbedingungen. Einige Hersteller bieten auch längere Garantiezeiten an.

Kann ich einen Wechselrichter selbst installieren?

Die Installation eines Wechselrichters erfordert Fachkenntnisse. Daher empfiehlt es sich, ausgebildete und professionelle Fachkräfte hinzuziehen. Nur so stellen Sie eine sichere und ordnungsgemäße Montage sicher.

Kann ich einen defekten Wechselrichter austauschen?[CÜ9] 

Defekte Wechselrichter lassen sich in der Regel durch baugleiche Geräte problemlos austauschen. Allerdings sollten Sie dafür Fachpersonal zurate ziehen, um einen ordnungsgemäßen Austausch sicherzustellen.

Was sagen die Phasen bei einem Wechselrichter aus?

Die Phasen geben bei einem Wechselrichter an, wie viele unterschiedliche elektrische Spannungen er erzeugen kann. Im öffentlichen Stromnetz werden dreiphasige Wechselrichter eingesetzt, der drei gegenphasige Wechselspannungen erzeugt. Dadurch ist eine gleichmäßige Einspeisung in das Stromnetz möglich.

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 [CÜ1]Verlinkung zum Thema:

– Wirkungsgrad

 [CÜ2]Das MPP-Tracking bietet thematischen Tiefgang und kann noch weiter ausgeführt werden. Sogar so weit, dass sich ein eigener Text/Artikel anbietet. Ich habe mich daher dazu entschieden, das Themengebiet hier nur anzureißen.

 [CÜ3]Konkurrenzseiten sprechen von einer „Netzstützung“. Während der Recherche konnte ich aber nicht genau herauskristallisieren, was damit gemeint ist. Der Satz könnte entsprechend etwas oberflächlich klingen. Gegebenenfalls können wir den streichen oder ich bekomme Input vom Kunden.

 [CÜ4]Verlinkung zum Thema:
– Brandschutz

 [CÜ5]Dieser Abschnitt ist keine klassische Aufgabe des Wechselrichters, sondern viel mehr eine Notwendigkeit. Sie bezieht sich dabei auf das Gerät selbst. Daher kann es sein, dass die H3 im Vergleich zu den anderen Abschnitten etwas aus dem Raster fällt.

Ich denke dennoch, dass das Temperaturmanagement ein essenzieller Aufgabenbereich des Wechselrichters ist und strukturell gut hier reinpasst.

 [CÜ6]Das „Vor- und Nachteile“-Segment bei den verschiedenen Wechselrichterarten lässt sich detaillierter ausarbeiten. Eine H4 wäre also möglich, falls mehr Tiefgang erwünscht ist.

 [CÜ7]Verlinkung zum Thema:
– Verschattung

 [CÜ8]Frage an den Kunden: Werden Modulwechselrichter auch Mikrowechselrichter genannt? Die Recherche hat ergeben, dass die beiden Begriffe als Synonym verwendet werden und eigentlich die gleiche Geräteart darstellen. Ich wäre daher für fachkundigen Input dankbar.

 [CÜ9]Der Austausch eines defekten Wechselrichters bietet noch viel mehr Informationen, die man locker in einen eigenständigen Artikel verpacken könnte. Ich habe daher bewusst das Thema kurz und bündig im FAQ-Bereich angeschnitten.