Der Wechselrichter ist ein Gerät, das für den ordnungsgemäßen Betrieb einer Fußvoltaikanlage erforderlich ist. Nicht umsonst gilt der Wechselrichter als das Herz, das wichtigste Element der PV-Anlage. Im folgenden Artikel erfahren Sie, welche Arten von Photovoltaik-Wechselrichtern es gibt, wie ein Photovoltaik-Wechselrichter funktioniert und worauf Sie bei der Geräteauswahl achten sollten.
Wie funktioniert ein Wechselrichter?
Der Photovoltaik-Wechselrichter wandelt den von den Photovoltaikmodulen empfangenen Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) mit konstanter Frequenz und Spannung um, der in das Stromnetz oder elektrische Geräte eingespeist wird. Dabei wird Gleichstrom mithilfe von elektronischen Bauteilen wie Transistoren, Dioden und Kondensatoren in Wechselstrom mit der entsprechenden Frequenz und Spannung umgewandelt. Der Wechselrichter ist außerdem mit Überwachungs- und Steuerungsfunktionen ausgestattet, um die Leistung der PV-Anlage zu optimieren.
Arten von Photovoltaik-Wechselrichtern
Die Entscheidung, welcher Wechselrichter in einer bestimmten Photovoltaikanlage verwendet werden soll, sollte dem Solarteur überlassen werden, da viel Wissen erforderlich ist, um ihn gut auf das gesamte PV-System abzustimmen. Ein gutes Unternehmen, das Photovoltaikanlagen plant und konfiguriert, verfügt über spezielle Programme, mit denen sie die Beschattung der Anlage das ganze Jahr über simulieren können. Dank einer solchen Simulation ist es möglich, den am besten geeigneten Wechselrichter für eine bestimmte Situation auszuwählen. Es gibt verschiedene Arten von Solarwechselrichtern auf dem Markt:
• ein- oder dreiphasig
• transformatorlos und mit Transformator,
• Stringwechselrichter (geringere Leistung), zentrale Wechselrichter (hohe Leistung)
• interne und externe Wechselrichter
• Netzwechselrichter – kooperieren mit dem Netz (on grid), Inselwechselrichter (off grid).
Woran orientieren wir uns bei der Auswahl eines bestimmten Wechselrichters?
Der Fachmann wählt den Wechselrichter so aus, dass die PV-Anlage während ihrer gesamten Lebensdauer möglichst viel Energie produziert (die Lebensdauer von Photovoltaikzellen wird je nach Qualität unterschiedlich geschätzt – von 25 bis sogar 50 Jahren, Wechselrichter für etwa 20 – 30 Jahre).
Überdimensionierung des Wechselrichters
Wissenswert ist, dass Photovoltaikanlagen anders ausgelegt sind als typische Stromerzeugungsanlagen, bei denen die Anlage eine Leistung unterhalb der Nennleistung des Gerätes haben soll, mit dem sie arbeitet. PV-Anlagen sind so ausgelegt, dass die installierte Leistung des DC-Teils größer ist als die Nennleistung des Wechselrichters NPR (Nominal Power Ratio) – dann sprechen wir von der sogenannten Überdimensionierung des Wechselrichters.
Der Grad der Überdimensionierung des Wechselrichters ist ein individueller Wert, der für jede Anlage separat ermittelt werden muss. Der wichtigste Punkt bei der Bestimmung der Überdimensionierung ist die Berechnung der Verluste, die mit der Azimutabweichung von 0 Grad (Süden) und dem idealen Neigungswinkel der Module verbunden sind. Für deutsche Verhältnisse sollte der Nennleistungsfaktor NPR im Bereich von 90 % – 75 % liegen (Überdimensionierung des DC-Anteils von 10 % auf 25 %).
Installationsgröße und Konfiguration
Die Wahl des Wechselrichters wird auch durch die Größe und Konfiguration der Anlage bestimmt. Für kleine Hausinstallationen benötigen Sie einen Wechselrichter mit geringer Leistung. Die besten Low-Power-Wechselrichter erreichen einen Wirkungsgrad von 97%. Wenn wir eine große Investition planen, z.B. einen Solarpark mit einer Leistung von mehreren hundert Kilowatt oder Megawatt, ist es besser, einen Zentralwechselrichter zu wählen, an den die gesamte Anlage angeschlossen ist.
Auch Stringwechselrichter, die mit mehreren Reihen von Photovoltaikmodulen kooperieren, sind eine gute Lösung. Mit String-Wechselrichtern lassen sich Anlagen jeder Größe errichten. Mikro-Wechselrichter, also Wechselrichter, die mit Einzelmodulen arbeiten, werden derzeit am seltensten eingesetzt, da es sich um eine relativ teure Lösung handelt. Deren Hauptvorteil besteht darin, dass die negativen Auswirkungen der Beschattung der Installation erheblich reduziert werden.
Transformator- und transformatorlose Wechselrichter
Benötigt die Photovoltaikanlage keine galvanische Trennung der AC-Seite von der DC-Seite, greift man besser zu einem transformatorlosen Wechselrichter – er ist leichter, günstiger und hat einen höheren Wirkungsgrad in einem weiten Spannungsbereich. Wenn die PV-Anlage jedoch eine Erdung eines der Pole des Photovoltaik-Generators erfordert und der Einsatz eines Trafo-Wechselrichters erforderlich ist, ist es am sinnvollsten, ein Modell mit der Bezeichnung HF mit Hochfrequenz-Transformator zu wählen.
Off-Grid- und On-Grid-Wechselrichter
Wir wählen Wechselrichter auch aufgrund der Art der netzgekoppelten und netzunabhängigen Installation aus. Off-Grid-Wechselrichter sind nicht in der Lage, überschüssigen Strom in das Netz einzuspeisen, aber sie können Haushaltsgeräte mit Strom versorgen und Batterien aufladen. Netzwechselrichter (on-grid) stellen eine Verbindung mit dem Stromnetz her und leiten Überschüsse der produzierten Energie dorthin und passen die Spannung der Photovoltaikanlage an die Netzspannung an, ermöglichen jedoch kein Laden der Batterien.Was es bei der Installation eines
Photovoltaik-Wechselrichters noch zu beachten gilt
Wechselrichter sollten so nah wie möglich an Photovoltaikmodulen platziert werden und der Kontakt mit Staub- und Feuchtigkeitsquellen sollte begrenzt werden, vorzugsweise bei einer konstanten Umgebungstemperatur. Der Wechselrichter ist mit mindestens einem MPP-Tracker ausgestattet. Seine Aufgabe ist es, das System richtig zu laden, damit die Energieerzeugung unter optimalen Bedingungen von Spannung und Strom, d. h. mit maximaler Leistung, erfolgt.
Wenn die Photovoltaikanlage auch nur leicht verschattet werden kann, ist es besser, einen Photovoltaik-Wechselrichter mit zwei unabhängigen MPPTs zu wählen. Sowohl aus Sicht der Installateure als auch der Benutzer von PV-Anlagen lohnt es sich, bei der Auswahl eines bestimmten Wechselrichters auf die einfache Installation, die Serviceverfügbarkeit und darauf zu achten, ob die Begleitdokumentation in deutscher Sprache vorliegt. Es ist wichtig, dass der Wechselrichter den geltenden Normen und Vorschriften entspricht und die Möglichkeit bietet, den Betrieb einfach zu kontrollieren und Fehler zu diagnostizieren.