Photovoltaik-Wechselrichter – was ist das und wie funktioniert er?

Jeder Wechselrichter enthält die folgenden Komponenten:

• klassischer Gleichrichter – versorgt von einer der drei Phasen der Wechselspannung, sorgt für die Gleichrichtung der Wechselspannung in Gleichstrom
• eine aus Kondensatoren bestehende Zwischenstufe – hier wird die Gleichspannung stabilisiert und geglättet, die dann in die Endstufe fließt
• eine aus Transistoren bestehende Endstufe – hier wird der Gleichstrom in einen Wechselstrom mit bestimmten Parametern umgewandelt
• Steuer- und Schutzsystem – dient dem Schutz des Netzes vor Fehlern und unterbricht die Stromversorgung, wenn eine falsche Leistungsmessung abgelesen wird

Wie bereits erwähnt, besteht die Hauptaufgabe eines Photovoltaik-Wechselrichters darin, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Die Notwendigkeit der Umwandlung ergibt sich aus der Tatsache, dass PV-Module, die ihre Energie aus der Sonneneinstrahlung beziehen, Gleichstrom (DC) erzeugen. Im Haushalt wird dagegen Wechselstrom (AC) verwendet. Der von der Anlage erzeugte Gleichstrom kann also bis zu seiner Umwandlung genutzt werden. Der Wechselrichter, das Herzstück der Photovoltaikanlage, arbeitet automatisch und in Echtzeit. Das Gerät kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebäudes installiert werden.

Sie wissen bereits, was ein Wechselrichter ist und welche Bedeutung er für den Betrieb einer Photovoltaikanlage hat. Es ist auch wichtig zu wissen, dass es verschiedene Typen dieses Geräts gibt. Sie unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie an das Stromnetz angeschlossen werden:

• On-grid (netzgekoppelte) Wechselrichter – diese Geräte stellen, wie der Name schon andeutet, eine Verbindung zum Netz her, damit sie den erzeugten Überschussstrom an das Netz zurückgeben können. Wechselrichter dieser Art werden nicht zum Laden von Batterien verwendet
• Off-grid (Insel)-Wechselrichter – diese Geräte stellen keine Verbindung zum Netz her, d.h. sie können keinen überschüssig produzierten Strom zurückspeisen. Stattdessen werden sie zum Laden der Batterien verwendet
• Hybrid-Wechselrichter – diese Geräte kombinieren die Eigenschaften der beiden zuvor vorgestellten Wechselrichter. Einerseits sind sie mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden, andererseits ermöglichen sie das Laden von Energiespeichern. Sie unterscheiden sich von den herkömmlichen Geräten auch dadurch, dass sie eine größere Anzahl von Ein- und Ausgängen haben

Eine weitere Unterteilung der Wechselrichter basiert auf der Anzahl der Phasen, an die sie angeschlossen sind. In dieser Kategorie werden folgende Typen unterschieden:

• einphasige Wechselrichter – für kleinere Photovoltaikanlagen
• dreiphasige Wechselrichter – für größere Photovoltaikanlagen

MPPT (Maximum Power Point Tracker) ist ein System zur Nachführung des maximalen Leistungspunktes von Photovoltaikmodulen. Die auf dem Markt erhältlichen Wechselrichter sind mit mindestens einem solchen System ausgestattet. Ihre Funktion hat einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz der PV-Anlage. Auf welche Weise? Der Grund dafür ist, dass Photovoltaik-Module keinen vorher festgelegten Punkt maximaler Leistung (MPP) haben. Ihre Leistungsabgabe ist variabel und hängt von Faktoren wie Bestrahlungsstärke und Temperatur ab.

Die Aufgabe des MPPT-Systems besteht darin, diesen Punkt zu erkennen und sich effizient an den von ihm angezeigten Wert anzupassen. Ein präziser MPPT sorgt für höchste Stromerträge, weshalb sein Einsatz so wichtig ist. Dabei geht es nicht nur um die Umwandlung von Energie, sondern auch um andere Funktionen des Wechselrichters.

Die gerade beschriebene Energieumwandlung ist die wichtigste, aber nicht die einzige Funktion eines Photovoltaik-Wechselrichters. Der Wechselrichter erfüllt noch weitere Aufgaben.

1. Überwachung des Betriebs der PV-Anlage
Der Wechselrichter informiert den Eigentümer der Photovoltaikanlage vor allem über die erzeugte Strommenge. Dies ist wichtig für die Abschätzung der Einsparungen und der Rentabilität des ganzen Projekts. Durch den Fernzugriff auf das Gerät lässt sich Ihr häusliches Solarkraftwerk von jedem Ort aus frei steuern, auch wenn Sie nicht zu Hause sind.

2. Synchronisierung der Anlage mit dem Netz 

Eine weitere Funktion des Wechselrichters ist die Berechnung des von den PV-Modulen erzeugten Stroms.

3. Rückgabe von Energie an den Versorger
Darüber hinaus gibt der Wechselrichter den erzeugten Überschussstrom an den Energieversorger zurück. Die eingesparte Energie kann vom Besitzer der Anlage zu einem späteren Zeitpunkt (bis zu 365 Tage) abgeholt werden, und zwar in einem Zeitraum, in dem die Produktion nach bestimmten Regeln reduziert wird. Diese nimmt im Herbst und Winter ab, wenn die Tage kürzer und weniger sonnig werden.
 

4. MPPT-Nachführung
Die letzte Funktion des Wechselrichters ist die MPPT-Punkt-Nachführung Durch die Bestimmung des maximalen Leistungspunkts der Photovoltaikmodule kann die PV-Anlage im Vergleich zu älteren Wechselrichtern ohne dieses System bis zu 20 Prozent mehr Energie erzeugen.

Die Wahl der richtigen Leistung des Wechselrichters ist äußerst wichtig, da die maximale Strommenge aus den PV-Modulen nur dann gewonnen werden kann, wenn der Wechselrichter richtig angepasst ist. Ein zu großer Wechselrichter verringert die Effizienz des Systems. Bei kleinen PV-Anlagen für den Hausgebrauch reicht ein Wechselrichter mit einer Leistung aus, die der täglichen Stromproduktion und dem täglichen Stromverbrauch entspricht.

Die Effizienz eines solchen Geräts hängt von der momentanen Belastung ab, d. h. vom Wechselstrom am Ausgang des Wechselrichters im Verhältnis zum Nennstrom des Wechselrichters. Diese Belastung sollte zwischen 20 und 100 % liegen. Die besten Geräte erreichen Wirkungsgrade von 97%-98% und weisen eine Lebensdauer von 30 Jahren auf.

Die Leistung des Wechselrichters ist nicht alles. Beim Kauf des Geräts sollte auch auf Parameter wie den hohen Betriebstemperaturbereich geachtet werden. Ein langfristiger und effizienter Betrieb der Photovoltaikmodule wird auch durch die hohe sogenannte IP-Schutzart des Wechselrichters gewährleistet. Dies bedeutet, dass das Gerät gegen ungünstige Bedingungen wie Feuchtigkeit oder Staub und Schmutz in der Luft resistent ist. Wichtig ist auch, dass der ausgewählte Wechselrichter den geltenden Normen und Vorschriften entspricht.

Wir hoffen, dass dieser Artikel all Ihre Fragen darüber beantwortet hat, was ein Photovoltaik-Wechselrichter ist und wie er funktioniert. Als zentrales Element einer Photovoltaikanlage, ihr „Herz und Verstand", muss ein Wechselrichter effizient und reibungslos arbeiten, damit die von der Sonne erzeugte Energie für den Betrieb der privaten, gewerblichen oder industriellen Geräte genutzt werden kann. Es lohnt sich also, sich Zeit für die Wahl des richtigen Modells zu nehmen, damit es jahrelang einwandfrei funktioniert.

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