Die Funktionsweise vom Wechselrichter

Neben den Solarmodulen ist der Wechselrichter - auch Inverter genannt - ein wichtiger Bestandteil einer Photovoltaikanlage. Photovoltaikmodule erzeugen Gleichstrom. Die meisten elektrischen Verbraucher benötigen jedoch Wechselstrom. Der Wechselrichter übernimmt die Aufgabe, den gewonnenen Strom nutzbar zu machen. Gute Wechselrichter stellen über Funktionen wie dem Maximum Power Point Tracking sicher, dass der Gesamtwirkungsgrad der Anlage möglichst hoch ist.

Wechselrichter Funktionsweise - Gleichstrom zu Wechselstrom

Wechselrichter FunktionsweiseBild: © SMA Solar Technology AGSolarmodule produzieren Gleichstrom. Ihre Leistung wird DC-Nennleistung (engl. direct current) genannt. Für die Einspeisung des auf dem Dach erzeugten Stroms ins öffentliche Netz, aber auch für nahezu alle Verbraucher im Haushalt, ist ein Wechselrichter als Spannungswandler nötig, um eine Nutzbarkeit der Anlage zu gewähreisten.

Er wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom (AC, engl. alternating current), immer häufiger auch 3-phasigem Wechselstrom um, der auch Drehstrom genannt wird und sich für höhere Leistungsbereiche eignet.

Hierzu existieren auf dem Markt mittlerweile eine Vielzahl Wechselrichter, die sich nicht nur in ihrer Funktions­weise, sondern auch in ihrer Nennleistung unterscheiden: jeder Wechselrichter hat einen bestimmten Leistungsbereich. Vor allem die AC und DC Nennleistung sind für die Funktionsweise vom Spannungswandler von Belang.

Hat ein Spannungswandler eine maximale DC-Nennleistung (Eingangsleistung) von 4 kW, sollten die installierten Solarmodule diesen Wert in der Summe nicht überschreiten. Bei Modulen mit 200 Watt Peak-Leistung können maximal 20 Module an diesen Wechselrichter angeschlossen werden.

Wirkungsgrad & Maximum Power Point Tracking

Es gibt verschiedene Geräte am Markt, deren Wechselrichter Wirkungsgrad teils erhebliche Unterschiede aufweisen. Dies ist letztlich entscheidend für die Wahl des richtigen Wechselrichters. Denn nicht nur die Effizienz der Solarmodule, und damit ihrer bestmöglichen Funktionsweise, ist für den solaren Stromertrag von Bedeutung, sondern auch die Funktionsweise der Wechselrichter. Wenn ein Wechselrichter keine optimale Funktion aufweist, verringert sich der Stromertrag - und damit auch die Einspeisevergütung. Der Wirkungsgrad gibt an, wieviel des gewonnenen Stroms nach der Umwandlung noch nutzbar ist. Im Bezug auf das obige Beispiel wandelt der Wechselrichter bei einem Wirkungsgrad von 97 Prozent 4 kW Eingangsleistung in 3,880 kW Ausgangsleistung (AC-Nennleistung) um.

Damit eine Photovoltaik-Anlage immer im maximalen Leistungsbereich arbeitet, also so viel wie möglich Strom produziert, ist ein MPP-Tracker (engl. Maximum Power Point, d. h. maximaler Leistungspunkt) in der Regel im Wechselrichter integriert. Die Leistung einer Photovoltaikanlage variiert auch im Tagesverlauf abhängig von Faktoren wie der Sonneneinstrahlung, Temperatur und Verschattung des Moduls. Der MPP-Tracker ermöglicht die "Selbsteinstellung" vom Wechselrichter für eine maximale Stromausbeute bzw. bestmögliche Funktion, indem die Spannung laufend angepasst wird. Die Anpassung der Eingangsspannung erfolgt über eine Anpassung der Ausgangsspannung.

Auch die MPP Funktionsweise ist mit dem individuellen MPP-Spannungsbereich von Wechselrichter zu Wechselrichter verschieden. Je größer der Spannungsbereich, desto variabler ist der Spannungswandler in seiner Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Bedingungen.

Das sagen Wechselrichter-Tests über die verschiedenen Spannungswandler

Wechselrichter Tests vom Fachmagazin Photon, aber auch von der Stiftung Warentest haben ergeben, dass die angebotenen Wechselrichter höchst unterschiedliche Erträge bei gleicher Funktionsweise liefern. Liegt das Ergebnis einer optimalen Funktionsweise bei einem Jahreswirkungsgrad von 97-98 Prozent, so gibt es andere Wechselrichter deren Funktionsweise bzw. deren Wirkungsgrad bei nur 90 Prozent liegen - bei gleichen Bedingungen auf dem Dach.

Diese Unterschiede in der Funktionsweise sind entscheidend für die Rentabilität und Funktion einer Photovoltaik-Anlage. Eine Beispielrechnung ergibt, dass schon drei Prozent Leistungsunterschied beim Spannungswandler etwa 1200 Euro Mindereinnahmen in 20 Jahren bei einer Leistung der Anlage von ca. 8 - 10 kWp zur Folge haben.

Mehr über die Funktionsweise der Spannungswandler erhalten Interessenten über Fachbetriebe für Photovoltaik. Bei der Planung einer Photovoltaikanlage ist auch die genaue Berechnung vom Wechselrichter für optimale Funktion entscheidend.

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Autor: Chistian Märtel