Wechselrichter einer PV-Anlage: Funktion, Tipps und smarte Möglichkeiten

Wer den Solarstrom aus der Photovoltaikanlage im Haushalt nutzen oder einspeisen möchte, braucht einen Wechselrichter. Denn PV-Module erzeugen Gleichstrom – und erst der Wechselrichter wandelt diesen in netzkompatiblen Wechselstrom um. Doch das ist nicht die einzige Aufgabe des Wechselrichters: tatsächlich ist er so etwas wie das Herzstück der PV-Anlage.

In diesem Beitrag geben wir einen Überblick über die Funktionsweise von Wechselrichtern, die verschiedenen Arten und Aufgaben, und erläutern, welche Möglichkeiten der Wechselrichter für ein intelligentes Energiemanagement bietet. 
 

Definition: Was ist ein Wechselrichter?

Per Definition ist ein Wechselrichter, auch Drehrichter oder Inverter genannt, ein elektrisches Gerät, das Gleichspannung (Direct Current/DC) in Wechselspannung (Alternating Current/AC) umwandelt. Wechselrichter kommen überall dort zum Einsatz, wo elektrische Verbraucher Wechselstrom benötigen, die Quelle aber Gleichstrom bietet – wie bei PV-Modulen oder beim Stromspeicher. Unsere Stromnetze und Haushaltsstromleitungen sind auf Wechselstrom ausgelegt – daher ist der Wechselrichter unverzichtbar, wenn man Solarstrom im Haushalt nutzen oder einspeisen möchte. 
 

Welche Aufgaben kann ein Wechselrichter übernehmen?

Neben der primären Aufgabe der Stromumwandlung übernehmen Wechselrichter in Abhängigkeit zum PV-System weitere elementare Aufgaben – zum Beispiel:

• Erfassen von Betriebsdaten
• Steuern der PV-Anlage
• Optimieren der PV-Erträge
• Überwachen des Systems und bei Bedarf Netzabkopplung
• Steuern der Netzeinspeisung
• Aktivieren von Backup-Systemen bei Stromausfall

Darüber hinaus lassen sich moderne Wechselrichter mittels DC-Trennvorrichtung von den Solarmodulen abkoppeln. So können beispielsweise auch tagsüber Wartungsarbeiten an der PV-Anlage durchgeführt werden, ohne die Solarmodule zuvor abdecken zu müssen. 
 

Welche Arten von Wechselrichtern gibt es?

Jede PV-Anlage ist individuell geplant und zusammengestellt. Dementsprechend gibt es für die vielfältigen Anforderungen und Anlagentypen unterschiedliche Arten von Wechselrichtern. Die wichtigsten stellen wir Ihnen hier in Kürze vor: 
 

Stringwechselrichter

Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren PV-Modulen, die häufig in Reihe zu einem Strang (Englisch: string) zusammengeschaltet werden. Der Stringwechselrichter greift also den erzeugten Gleichstrom der kompletten Schaltungsreihe ab und überführt ihn ins Stromnetz. Stringwechselrichter sind heutzutage weit verbreitet, denn sie bieten ein gutes Preis-Leistungsverhältnis und 

Zentralwechselrichter

Zentralwechselrichter kommen vor allem bei leistungsstarken Photovoltaikanlagen ab 30 kWp zum Einsatz. Im Gegensatz zum Stringwechselrichter, der jeweils einen einzelnen Strang von PV-Modulen zusammenführt, führt der Zentralwechselrichter alle Stränge einer PV-Anlage zusammen. So können große, gewerbliche Anlagen zentral gesteuert, optimiert und gewartet werden.  
 

Modulwechselrichter/Microwechselrichter

Modulwechselrichter, auch Microwechselrichter genannt, werden direkt an ein einzelnes PV-Modul angeschlossen. Sie kommen vor allem bei kleineren PV-Anlagen zum Einsatz, bei denen die Photovoltaikmodule unterschiedliche Ausrichtungen und Neigungswinkel haben. Da die Module solcher Anlagen teils sehr unterschiedliche Erträge liefern, ist es sinnvoll, jedes Modul über einen separaten Wechselrichter zu steuern.
 

Hybridwechselrichter

Hybridwechselrichter sind eine Option für Photovoltaikanlagen mit Stromspeicher. Sie kombinieren den PV-Wechselrichter und den Batteriewechselrichter in einem Gerät, das zwischen Speicher und Stromnetz installiert wird. Teilweise ist der Hybridwechselrichter auch in den Speicher integriert. 

Der erzeugte PV-Strom kann entweder als Gleichstrom gespeichert und später bei Stromentnahme aus dem Speicher in Wechselstrom umgewandelt werden, oder er wird direkt in Wechselstrom umgewandelt und im Haushalt genutzt oder ins Netz eingespeist. Wie Hybridwechselrichter im Detail arbeiten und warum sie häufig die beste Wahl sind, erfahren Sie in unserem Beitrag Hybridwechselrichter: Funktionsweise und Vorteile. 
 

Welche technischen Aspekte sind bei PV-Wechselrichtern wichtig?

Bei der Planung einer Photovoltaikanlage liegt der Fokus häufig auf der Auswahl der Module und des Speichers. Dabei hat auch der Wechselrichter maßgeblich Einfluss auf die Effizienz einer PV-Anlage. Die wichtigen technischen Aspekte eines PV-Wechselrichters sind:

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt, wie effektiv der Wechselrichter den DC-Strom aus den Solarmodulen in AC-Strom umwandelt – sprich, wie viel Strom der Wechselrichter selbst verbraucht und wie hoch die Umwandlungsverluste sind. Je weniger Strom beim Umwandeln durch den Wechselrichter verloren geht, desto höher ist der Wirkungsgrad. Zwecks Vergleichbarkeit der vielen Wechselrichter im Markt wurde der sogenannte Europäische Wirkungsgrad etabliert, der einen Mittelwert bei unterschiedlichen Leistungsgraden je Wechselrichter angibt.

MPP (Maximum Power Point) Tracking

Die höchstmögliche Leistung eines PV-Moduls nennt man den Maximum Power Point. Der MPP ist abhängig von der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und den individuellen Moduleigenschaften. Beim MPP-Tracking erfasst der Wechselrichter kontinuierlich die Leistungswerte der Photovoltaikmodule und passt über einen Mikrocontroller seine Innenwiderstände an. Auf diese Weise wird die Leistung der PV-Module beständig optimiert.    

Eingangsspannung

Als Eingangsspannung (UDCmax) bezeichnet man die Strommenge, die von den Photovoltaikmodulen in den Wechselrichter fließt. Ist die Eingangsspannung höher als es die Kapazität des Wechselrichters zulässt, nimmt der Wechselrichter Schaden. Das kann zum Beispiel passieren, wenn zu viele Photovoltaikmodule in Reihe geschaltet sind. Da die Eingangsspannung je nach Tages- und Jahreszeit stark variiert, muss der Wechselrichter genau passend zur Anlagengröße berechnet werden.
 

Wie wird ein Solar-Wechselrichter installiert? 

In der Regel wird der Photovoltaik-Wechselrichter an einem trockenen, gut belüfteten Ort montiert – typischerweise an einer Wand in der Nähe des Sicherungskastens. Je näher sich der Wechselrichter am Hauptstromkreis befindet, desto weniger teure AC-Kabel müssen verlegt werden.

Über ein DC-Kabel wird der Wechselrichter mit der Solaranlage verbunden. Anschließend wird er über ein AC-Kabel an den Verteilerkasten des Hauses angeschlossen.

Nachdem die Verkabelung nochmals geprüft und sicher befestigt wurde, kann der Wechselrichter in Betrieb genommen werden.  

Sowohl die Auswahl des passenden Wechselrichters als auch die Wahl der Solarkabel und des weiteren Zubehörs sollten Fachleute übernehmen. SENEC macht Ihnen die Installation Ihrer neuen PV-Anlage besonders einfach: Die SENEC Hybridspeicher verfügen über einen integrierten Wechselrichter, sodass Sie bei der Anlagenmontage den zusätzlichen Wechselrichter samt Installationskosten sparen. 
 

Was kostet ein PV-Wechselrichter? 

Pauschale Preisangaben für Wechselrichter sind nur schwer zu treffen. Daher können die folgenden Angaben zur Orientierung dienen: 

• Die Kosten für einen Wechselrichter liegen in Summe bei etwa 12-15 % der Gesamtkosten für eine Solaranlage.
   
• Je Kilowatt-Peak (kWp) installierter PV-Leistung müssen Sie mit Kosten ab etwa 300 Euro für den Wechselrichter kalkulieren – bei einer Anlage für ein Einfamilienhaus kommt man damit schnell auf 1.500 Euro und mehr.

Die tatsächlichen Wechselrichterkosten sind abhängig vom Gerätetyp, seiner Leistung und vom Hersteller sowie gegebenenfalls von den übrigen Anlagenkomponenten. Bei neu installierten PV-Anlagen lohnt es sich meist, einen in den Speicher integrierten Wechselrichter zu wählen.
 

Tipps: Worauf muss ich beim Kauf eines Wechselrichters achten?

Der Wechselrichter ist ein Bindeglied zwischen der Photovoltaikanlage, dem Stromspeicher und dem Haushaltsstromkreis – daher muss das Gerät optimal auf die PV-Anlage und auf Ihren Stromverbrauch abgestimmt sein.

Sowohl die Auswahl als auch der Kauf des Wechselrichters sind daher eine Sache für Profis. Ein Fachbetreib wird Ihnen Ihre Photovoltaikanlage so berechnen und planen, dass sie unter den gegebenen Bedingungen möglichst effizient arbeitet. Dazu kommt: Nicht alle Wechselrichter sind mit allen PV-Anlagen oder Speichern kompatibel. Auch deshalb sollten Sie beim Kauf auf Unterstützung durch einen Fachbetrieb setzen.

Wenn Sie wissen, dass Sie Ihre Anlage künftig erweitern oder zusätzliche Verbraucher wie Wallbox oder Wärmepumpe einbinden wollen, dann sollten Sie das ebenfalls von Anfang an bei der Wahl des Wechselrichters einkalkulieren. 
 

Gibt es auch smarte Wechselrichter für Photovoltaik?

Wechselrichter sind längst keinen reinen Stromumwandler mehr, sondern erfüllen in smart gesteuerten PV-Systemen eine Vielzahl von Aufgaben. Innerhalb eines Heim-Energiemanagementsystems (HEMS) liefern sie relevante Erzeugungs- und Verbrauchsdaten aus der PV-Anlage und dem Speicher und helfen auf diese Weise, die Versorgung mit Solarstrom im Haushalt noch weiter zu optimieren. Auch für intelligente Messsysteme (wie Smart Meter), die schon bald die heute üblichen analogen Stromzähler ersetzen werden, sind die Daten aus dem Wechselrichter eine der wichtigsten Grundlagen.

Schauen Sie sich unser Konzept SENEC.360 an, um mehr darüber zu erfahren, wie Sie mit Ihrer Photovoltaikanlage zum unabhängigen Eigenstromversorger werden und sowohl Nachhaltigkeit als auch Wirtschaftlichkeit optimieren.