Wechselrichter: Funktion, Auswahl und Montage-Tipps

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Erreicht das Licht der Sonne die Photovoltaikmodule auf dem Dach, wandeln diese kostenfreie Strahlungsenergie in Gleichstrom um. Da Hausanlagen genau wie öffentliche Netze jedoch auf Wechselstrom setzen, ist ein zusätzliches Bauteil nötig, um die selbst gewonnene Energie tatsächlich nutzen zu können. Die Rede ist vom Wechselrichter für PV-Anlagen – einem Spannungswandler, der Gleich- in Wechselstrom umwandelt. Doch wie funktionieren die Geräte? Wann kommen Sie zum Einsatz und was ist bei Auswahl und Montage zu beachten? Antworten auf diese Fragen geben wir in den folgenden Abschnitten.

Was ist ein Wechselrichter? Funktion und Aufgaben verständlich erklärt

Wandeln Photovoltaikanlagen Strahlung in elektrische Energie um, handelt es sich um Gleichstrom. Die freien Ladungsträger wandern dabei immer in eine Richtung – vom Pluspol zum Minuspol. Möglich sind lediglich Unterschiede in der Spannungshöhe und der Stromstärke. Wechselt der Strom regelmäßig seine Richtung, sprechen Experten hingegen von Wechselstrom. Dieser kommt bei Heizungsanlagen und öffentlichen Stromnetzen zum Einsatz, da er sich in großen Kraftwerken einfacher erzeugen lässt. Um nun Wechselstrom-Verbraucher mit einer Gleichstromquelle betreiben zu können, sind Strom- oder Spannungswandler nötig. Diese sind auch als Wechselrichter bekannt und Bestandteil der meisten Photovoltaikanlagen.

Leistungselektronik erzeugt Wechselstrom aus selbst gewonnener Energie

Nehmen Photovoltaik-Wechselrichter ihren Betrieb auf, „zerhacken“ sie die eintretende Gleichspannung, um sie anschließend periodisch umzupolen. Während das früher mechanisch funktionierte, kommen heute Transistoren und spezielle elektrische Schaltungen zum Einsatz. Diese nutzen die sogenannte Pulsweitenmodulation und erzeugen eine für viele elektrische Geräte wichtige Sinusspannung. Anders als bei der einfacheren Rechteckspannung, bei der die Polarisation immer wieder abrupt wechselt, ändert der Strom seine Stärke und Richtung dabei gleichmäßig.

Wechselrichter für PV-Anlagen haben eine Vielzahl weiterer Funktionen

Den Strom einer Photovoltaikanlage nutzbar zu machen, ist aber nicht die einzige Aufgabe des Bauteils. Denn Wechselrichter sorgen auch für Effizienz und Sicherheit. Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Funktionen:

Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom: Die Hauptaufgabe ist die Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom oder umgekehrt (etwa bei Batteriewechselrichtern). Das ist nötig, um den Strom nutzbar machen oder in einen Speicher einspeisen zu können und verantwortlich für den Namen des Bauteils.
Effizienz der Photovoltaik optimieren: Photovoltaik-Wechselrichter überwachen die Leistung der angeschlossenen Module und stellen sicher, dass diese immer optimal ist. Experten sprechen dabei vom MPP-Tracking (Maximum-Power-Point oder Betriebspunkt mit maximaler Leistung), das durch unterschiedliche Einstrahlungs- und Temperaturwerte nötig ist.
Sicherheit der Anlage gewährleisten: Die kompakten Bauteile überwachen kontinuierlich die Netzfrequenz und passen den selbst erzeugten Strom an diese an. Sie kühlen sich selbst herunter, um eine Überhitzung zu vermeiden und trennen die PV-Module vom Netz, wenn dieses ausgefallen ist oder eine gefährliche Situation besteht. Auch eine Reduzierung der Photovoltaikleistung lässt sich über den Wechselrichter realisieren.
Eigenverbrauch und Einsparung steigern: Ein integriertes Monitoring ermöglicht es, selbst erzeugten Strom bedarfsgerecht zu verbrauchen und so den Eigenverbrauch zu steigern. Auf diese Weise bleibt mehr Strom im Haus. Sie müssen weniger zukaufen und sparen Geld ein.
Bei Stromausfall Notstrom bereitstellen: Bricht das öffentliche Stromnetz zusammen, sind Sie als Nutzer von Photovoltaikanlagen im Vorteil. Denn mit einem notstromfähigen Wechselrichter versorgen Sie sich dann netzunabhängig. Ist auch eine Stromspeicher als Ergänzung zur PV-Anlage vorhanden, funktioniert das sogar in der Nacht, wenn die Sonne längst untergegangen ist.

Das Bild zeigt Photovoltaikmodule mit einem Helm

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Wer Spannungswandler kaufen möchte, hat eine große Auswahl

Wechselrichter für Photovoltaikanlagen gibt es heute in verschiedenen Ausführungen. Unterscheiden lassen sich dabei unter anderem String-, Modul- und Zentralwechselrichter. Hinzu kommen Batterie-, Hybrid- und Inselwechselrichter. Die folgende Übersicht fasst die Unterschiede zusammen:

Installieren Sie alle Module auf einer Dachfläche, kommen in der Regel Stringwechselrichter zum Einsatz. Diese sitzen an einer zentralen Stelle im Haus (etwa im Technikraum) und sind mit einem MPP-Tracker ausgestattet. Dieser sorgt dafür, dass die angeschlossenen Module effizient arbeiten, solange alle ähnlichen Bedingungen ausgesetzt sind.

Sitzen Sie Photovoltaikmodule auf unterschiedlich orientierten Dachflächen, funktioniert das nicht mehr. In diesem Fall kommen entweder mehrere Stringwechselrichter oder sogenannte Multistringwechselrichter für die PV-Anlage zum Einsatz. Letztere sind mit mehreren MPP-Trackern ausgestattet und sorgen auch bei unterschiedlichen Einstrahlungswerten für eine hohe Effizienz.

Übrigens: Ein String beschreibt die Gesamtheit mehrerer an einem Strang in Reihe angeschlossener Photovoltaikmodule.

Gewährleistet ein Wechselrichter die Funktion einzelner Module, sprechen Experten von sogenannten Modulwechselrichtern. Diese sind mit einzelnen Paneelen verbunden. Sie reagieren schnell auf unterschiedliche Einstrahlungswerte und sorgen somit für eine hohe Effizienz. Sinnvoll ist das jedoch nur bei kleinen Anlagen. Denn durch den Einsatz vieler Modulwechselrichter steigen die Anschaffungs- und Wartungskosten stark an. Gleiches gilt für das Ausfall- und Störungsrisiko. Auch das nimmt zu, wenn sehr viele Geräte parallel arbeiten.

Unterliegen alle Module einer Photovoltaikanlage ähnlichen Bedingungen, kommen zentrale Wechselrichter zur Einspeisung ins Haus- oder Stromnetz zum Einsatz. Diese nehmen mehrere Strings auf und reduzieren die Installations- sowie Wartungskosten. Typisch sind die Geräte für Großanlagen auf Dächern oder für Freiflächen-PV-Anlagen ab etwa 30 Kilowatt peak. Ist die Leistung deutlich höher, lässt sich der erzeugte Strom teilweise auch direkt in das Mittelspannungsnetz einspeisen und effizient verteilen.

Für spezielle Einsatzgebiete gibt es auch Sonderformen von Wechselrichtern. Ein Beispiel sind die sogenannten Batteriewechselrichter. Diese wandeln Wechsel- in Gleichstrom um, um elektrische Energie in einen Stromspeicher einspeisen zu können, wenn sich dieser nicht (mehr) in das Gleichstromnetz integrieren lässt. Hybridwechselrichter, wie sie auch im Vitocharge VX3 Stromspeicher von Viessmann enthalten sind, kombinieren Photovoltaik- und Batteriewechselrichter. Sie sorgen auf diese Weise für Einsparungen und erlauben es teilweise, sogar Windkraftanlagen, BHKWs oder Notstromaggregate an anzuschließen.

Eine weitere Sonderform sind Inselwechselrichter, die Inselanlage ohne Netzkopplung mit Strom versorgen. Die Geräte arbeiten in der Regel flexibler. Sie müssen die Netzfrequenz nicht einhalten und sind meist mit Speichern kombiniert.

Vitocharge VX3 PV-Stromspeicher

So finden Sie einfach den richtigen Wechselrichter für Ihre Solaranlage

Suchen Sie nach einem Photovoltaik-Wechselrichter zur Stromeinspeisung ins Hausnetz? Dann kommt es auf die Wahl des passenden Geräts an. Denn diese beeinflusst nicht nur die Funktion, sondern auch die Effizienz und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Generell empfehlen wir, sich von einem Fachpartner beraten zu lassen. Die folgende Übersicht zeigt, welche Punkte bei der Auswahl zu beachten sind.

Welche Art von Wechselrichter brauche ich? Das hängt von der Installation ab. Bei Einfamilienhäusern kommen häufig Stringwechselrichter zum Einsatz. Belegen Sie mehrere unterschiedlich ausgerichtete Dachflächen oder haben große Sonnen-Schatten-Unterschiede auf einzelnen Feldern, kann sich auch ein Multi-String-Wechselrichter lohnen. Zusätzlich ist oft auch ein Batteriewechselrichter nötig – etwa dann, wenn Sie einen Stromspeicher im Wechselstromnetz installieren.
Wie groß muss der Wechselrichter für meine Solaranlage sein? Die Größe bzw. die Leistung hängt von den angeschlossenen Modulen ab. Sie wird in der Regel in Kilo-Volt-Ampere (kVA) oder Kilowatt (KW) angegeben und sollte in etwa der Modulleistung der angeschlossenen Strings entsprechen. Individuell durchgeführte Simulationen geben hier Aufschluss.
Wie wähle ich das passende Gerät für meine Anlage aus? Stehen Bauart und Leistung fest, gibt es in der Regel immer noch eine große Auswahl. Die besten Geräte wählen Sie dabei unter anderem anhand des Wirkungsgrades aus. Je höher dieser ist, umso weniger Strom geht verloren. Der Ertrag steigt und die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage fällt besser aus.

Vielfältige Optionen für Ihre Bedürfnisse

Die Vitovolt 300 Photovoltaik-Pakete von Viessmann bestehen neben PV-Modulen inklusive Montagesystem auch aus einem Wechselrichter und der benötigen Anschlussleitung. Da alle Komponenten optimal aufeinander abgestimmt wurden, profitieren Sie von einer hohen Sicherheit und Effizienz. Entscheiden Sie sich für eine individuelle Lösung, können Sie Vitovolt 300 Photovoltaik-Module mit passenden Wechselrichtern kombinieren.

Freundlicher Mann mit Latzhose und Notizblock

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Darauf sollten Sie bei der Montage und im laufenden Betrieb achten

Haben Sie den passenden Wechselrichter gefunden, geht es um die Frage, wo Sie diesen montieren lassen? Hier spielt vor allem das Thema Wärme eine große Rolle. Denn diese entsteht im Betrieb der Anlage. Sie sollte sich gut abführen lassen, um Leistungseinbußen oder Störungen zu verhindern. Wichtig ist es daher, den Photovoltaik-Wechselrichter frei an der Wand zu installieren und diesen nicht mit anderen Geräten oder Einrichtungsgegenständen zu verstellen. Der Wechselrichter sollte möglichst nah am Einspeisezähler sitzen und bei der Installation sind die Herstellervorgaben zu beachten. Letztere beziehen sich in der Regel auch auf Mindestabstände zu Decken, Wänden und anderen Objekten.

Fachgerechte Verkabelung mit groß dimensionierten Gleichstromkabeln

Der Anschluss des Wechselrichters an die Module der PV-Anlage erfolgt mit Gleichstromkabeln. Da diese meist sehr weite Strecken überbrücken müssen, sollten Sie zu ausreichend groß dimensionierten Kabeln greifen. In der Regel sind diese ein Bestandteil von Systemlösungen wie den PV-Paketen von Viessmann. Bei individuell konzipierten Anschlüssen wählen unsere Partner die passende Verkabelung aus.

Regelmäßige Wartung sorgt für langen Einsatz und effizienten Betrieb

Wechselrichter gehören zu den sensibelsten Bauteilen einer PV-Anlage und erreichen in der Regel eine Lebenszeit von zehn Jahren. Mit regelmäßigen Wartungsarbeiten ihrer PV-Anlage stellen Sie sicher, dass die Anlage die gesamte Zeit über zuverlässig und effizient funktionieren. Wichtig ist es dabei, in regelmäßigen Abständen die Kabelanschlüsse zu überprüfen. Außerdem sollten Sie die Software des Wechselrichters immer auf dem aktuellen Stand halten, um vom maximalen Wirkungsgrad zu profitieren.

Wechselrichter für Ihre PV-Anlage: Das ist zu beachten