Wer eine PV-Anlage betreibt, der kommt um einen Wechselrichter nicht herum. Sie sind das Herzstück einer jeden Photovoltaikanlage, denn sie wandeln den erzeugten Gleichstrom der Module in nutzbaren Wechselstrom um.
Doch es gibt große Unterschiede bei der Leistung, den Funktionen und dem Wirkungsgrad der angebotenen Wechselrichter. Deshalb möchten wir Ihnen einen kurzen Überblick über die Optionen, den Nutzen und die Kosten für einen PV-Wechselrichter verschaffen. Damit ihre PV-Anlage auch das Maximum an Erträgen liefern kann.
Die Funktion eines PV-Wechselrichters
Der Wechselrichter einer PV-Anlage hat die Aufgabe, den elektrischen Fluss der PV-Module von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Dabei wird auch die Qualität des Stroms und dessen Stärke überwacht und gegebenenfalls angepasst. Gleichzeitig hat der Wechselrichter aber auch die Aufgabe, den Betrieb der PV-Anlage zu überwachen und die Stromproduktion zu optimieren.
Was ist AC & DC?
Gleichstrom (DC – direct current) fließt, gleichmäßig in eine Richtung und hat dabei eine konstante Stromspannung. Wechselstrom (AC – alternating current) aus der Haushaltssteckdose hingegen wechselt seine Polarität 50-mal in der Sekunde in einer sinusförmigen Welle. Diese Frequenz (Schwingung pro Sekunde) wird auch als Hertz (Hz) bezeichnet.
Gleichstrom wird häufig für Batterien und Geräte wie Handys und Laptops verwendet, die eine konstante Stromversorgung benötigen. Wechselstrom (AC) wird für die Stromversorgung in Haushalten und Unternehmen genutzt, da der Strom sich über große Entfernungen transportieren lässt.
Die Aufgaben eines Photovoltaik-Wechselrichters
Der Wechselrichter ist mit eines der wichtigsten Bauteile einer PV-Anlage. Er übernimmt die Aufgabe, den Strom der Solarpanele für die Nutzung im Haushalt und zur Einspeisung ins Stromnetz umzuwandeln. Zusätzlich überwacht er die Leistung der Solarmodule, maximiert den PV-Ertrag, sorgt für die Sicherheit der Anlage und bietet Kommunikations– und Netzüberwachungsfunktionen.
Umwandlung und Anpassung des erzeugten Stroms
Die allermeisten unserer Haushaltsgeräte funktionieren nur mit Wechselstrom, daher muss der erzeugte Strom der PV-Module erst umgewandelt werden. Das funktioniert so:
Gleichrichtung: Der Gleichstrom wird zunächst über einen Gleichrichter in pulsierenden Gleichstrom umgewandelt. Anschließend durchläuft er einen Filter, um Störungen zu eliminieren und den Strom zu “glätten”.
Wechselrichtung: Der geglättete Gleichstrom wird dann über eine elektronische Schaltung, wie bei einem Gleichrichter, in Wechselstrom umgewandelt. Die Schaltung schaltet dabei sehr schnell zwischen positiver und negativer Spannung um, um die Wellenform (Hz) des Wechselstroms zu erzeugen.
Ausgangsfilterung: Um sicherzustellen, dass der erzeugte Wechselstrom rein und stabil ist, wird dieser wieder über einen Ausgangsfilter geleitet, der Störungen und Oberschwingungen entfernt.
Transformation: Anschließend wird der erzeugte Strom noch verstärkt bzw. transformiert und an die Standard-Stromstärke von 230 Volt angepasst.
Steuerung und Absicherung der Anlage
Maximierung der Energieausbeute: Ein PV-Wechselrichter überwacht zudem kontinuierlich die Leistung der Solarmodule und passt die Umwandlung an, um die maximale Energieausbeute zu erzielen. Das kann durch Tracking des Maximum Power Point (MPPT) erreicht werden.
Überwachung und Diagnose: Der PV-Wechselrichter überwacht den Betrieb der Solaranlage und erkennt Probleme wie Leistungsverluste oder Fehler, um eine zuverlässige Leistung sicherzustellen.
Sicherheitsfunktionen: Der Wechselrichter verfügt außerdem über Schutzmechanismen wie Überspannungsschutz, Kurzschlussschutz und Erdungsschutz, um die Anlage und die Benutzer vor Schäden zu schützen.
Welchen Wirkungsgrad haben Photovoltaik Wechselrichter?
Der Wirkungsgrad moderner Wechselrichter ist mit 93 bis 99 % durchschnittlich bereits sehr hoch. So geht bei der Umwandlung des Stroms kaum Energie verloren. Es kommt jedoch auf das Modell an, ältere und günstigere Wechselrichter haben meist eine schlechtere Umwandlungsrate, während moderne High-End-Modelle sogar bis zu 99 % Wirkungsgrad schaffen können.
Durchläuft der Strom nach der Umwandlung noch einen Transformator, um die Stromstärke anzupassen, gehen hier auch nochmal 2-3 % Wirkungsgrad verloren.
Photovoltaik Wechselrichter Arten
Je nach Einsatzzweck und Aufbau der PV-Anlage gibt es verschiedene Arten von PV-Wechselrichtern. Diese Auflistung verschafft Ihnen einen kurzen Überblick.
String-Wechselrichter
Ein Stringwechselrichter ist der meist verbaute PV-Wechselrichter. Er wird zwischen den PV-Modulen und dem Stromnetz des Gebäudes eingebaut und sorgt für die Umwandlung des erzeugten Stroms.
Sein Name kommt daher, weil Solarmodule immer in Gruppen bzw. Linien (Strings) angeschlossen sind. Der Wechselrichter sorgt für die Umwandlung der erzeugten Strommenge eines Strings. Bei kleineren privaten PV-Anlagen gibt es oft auch nur einen String.
Multistring-Wechselrichter
Für Anlagen mit mehreren Strings, also Strängen an PV-Modulen, die zusammengeschlossen sind, benötigt man den sogenannten Multistring-Wechselrichter. Dieser kann die einzelnen Stränge unterschiedlich ansteuern und optimieren.
Bei einer Ost-West-Ausrichtung der PV-Anlagen sind es beispielsweise meist zwei Strings, damit eine individuelle Steuerung der Anlagenteile möglich ist. Denn, wenn eine Seite mehr Sonnenlicht hat als die andere, muss diese anders angesteuert werden, um dennoch einen optimalen Ertrag zu gewährleisten.
Hybrid-Wechselrichter
Der Hybrid-Wechselrichter unterscheidet sich in seiner Funktion dadurch, dass er in der Lage ist, Energie aus verschiedenen Energiequellen wie PV-Anlagen, Batterien und Akkus in Wechselstrom umzuwandeln. Das ist besonders nützlich, wenn die Photovoltaikanlagen mit einem Energiespeicher direkt gekoppelt ist.
Mikrowechselrichter
Der Mikrowechselrichter ist eine kleinere Version des Wechselrichters und kommt direkt auf der Rückseite eines einzelnen Solarmoduls zum Einsatz, in dem er dort befestigt und verkabelt wird. Jedes einzelne Modul einer PV-Anlage verfügt über so einen Mikrowechselrichter. Besonders bei Balkonkraftwerken oder kleinen Inselanlagen kommen diese Geräte zum Einsatz.
Mit Ihnen kann eine genauere und effizientere Steuerung der gesamten PV-Anlage ermöglicht werden, da jedes Modul einzeln angesteuert werden kann. Das lohnt sich vor allem bei teilverschatteten Anlagen, um die Beeinträchtigung der Stromerzeugung möglichst gering zu halten.
Die Methode hat allerdings den Nachteil, dass die Mikrowechselrichter recht kostspielig sind. Sie kosten etwa zwischen 100 und 200 € pro Stück. Bei durchschnittliche etwa 25 Modulen für eine 10 kWp Anlage kommt da einiges zusammen.
Zentralwechselrichter
Ein Zentralwechselrichter ist für viele große Anlagenteile und Strings zuständig und kann große Mengen an Gleichstrom umwandeln und überwachen. Gerade bei gewerblichen PV-Anlagen kommen diese zum Einsatz.
Wechselrichter – Das müssen Sie vor dem Kauf wissen!
Die Nennleistung und der Spannungsbereich der PV-Anlage sind die entscheidenden Faktoren für den Kauf eines Wechselrichters, aber auch der Wirkungsgrad ist wichtig.
Bei der Anschaffung eines Wechselrichters kommt es vor allem darauf an, das Gerät an die Anlage anzupassen, damit die Kombination ideal arbeiten kann. Wir zeigen Ihnen, was Sie dafür wissen müssen.
Nennleistung der PV-Module bestimmen
Um die Kapazität des Wechselrichters zu bestimmen, muss man vorher die Nennleistung der Module und die Anzahl der Module ermitteln.
Beispiel:
Sie haben 20 PV-Module mit je 400 Watt Nennleistung.
20 × 0,4 kWp = 8 kWp
Der Wechselrichter muss also mindestens für eine Nennleistung von 8 kW ausgelegt sein, um die erzeugte Leistung verarbeiten zu können. Ansonsten kann es passieren, dass er überhitzt und sich die Lebensdauer dadurch stark verkürzt. Zudem geht ansonsten der überschüssige Stromertrag als Wärmestrahlung verloren.
Ermittlung des Spannungsbereichs der PV-Module
Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Auswahl des passenden Wechselrichters ist der Spannungsbereich. Der Spannungsbereich von PV-Modulen liegt in der Regel etwa zwischen 28 und 36 Volt.
Beispiel:
20 PV-Module zwischen 28 und 36 Volt Spannung
20 x 28 = 560 Volt und 20 x 36 = 720 Volt
Um alle Eventualitäten durch sich ändernde Witterungsbedingungen abzudecken, sollte der Spannungsbereich zusätzlich um 100 Volt in beide Richtungen erweitert werden. Das bedeutet also ein Wechselrichter mit einem Spannungsbereich zwischen 460 und 820 Volt wäre ideal für diese Konstellation.
Der Wirkungsgrad des Wechselrichters
Es gibt Modelle zwischen 93 und 99 % Wirkungsgrad, das mag jetzt erstmal nach keinem großen Unterschied klingen, doch die lange Lebensdauer von PV-Anlagen macht daraus doch einen großen Betrag.
Beispiel:
Ihre PV-Anlage hat eine Nennleistung von 8 kWp, wir berechnen nun den Unterschied zwischen einem Modell mit 93 % Wirkungsgrad und einem Modell mit 98 % Wirkungsgrad auf eine Dauer von 20 Jahren.
8 kWp entspricht ca. 8.000 kWh pro Jahr
8.000 kWh x 20 Jahre = 160.000 kWh
160.000 kWh x 0,93 = 148.800 kWh
160.000 kWh x 0,98 = 156.800 kWh
Das macht eine Differenz von 8.000 kWh in 20 Jahren. Eine kWh kostet aktuell etwa 0,28 Cent, also wäre das auf die Dauer eine zusätzliche Ersparnis von rund 2.240 €.
Sie sollten also auf keinen Fall am Wechselrichter sparen, der Unterschied sind meist nur wenige hundert Euro zwischen einem Standard und einem High-End-Modell.
Wo sollte der Wechselrichter montiert werden?
Bei der Montage eines Wechselrichters für eine Solaranlage ist es wichtig, einige Dinge zu beachten:
Standort: Der Wechselrichter sollte an einem gut belüfteten Ort installiert werden, der vor direkter Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeit geschützt ist.
Belüftung: Stellen Sie sicher, dass der Wechselrichter ausreichend belüftet ist, um eine effiziente Kühlung zu gewährleisten um die Lebensdauer des Geräts zu verlängern.
Direkte Anbindung: Die Leitungen von der PV-Anlage zum Wechselrichter und vom Wechselrichter zum Energiespeicher oder Hausanschluss müssen so kurz wie möglich sein, um Leistungsverluste durch lange Übertragungswege kleinzuhalten.
Wechselrichter Preise 2024
Ein hochwertiger Wechselrichter kostet etwa zwischen 120 € und 250 € pro kWp, damit macht der Wechselrichter gut ein Viertel der Gesamtkosten einer PV-Anlage aus. Für eine PV-Anlage mit 10 kWp sollten Sie also zwischen 1.200 und 2.500 € für den Wechselrichter einplanen.
Der genaue Preis für das Gerät ist abhängig vom Hersteller, dem Wirkungsgrad, der Nennleistung und den Funktionen.
Wechselrichter für Balkonkraftwerke
Die Wechselrichter für ein Balkonkraftwerk sind mit Preisen ab ca. 100 bis 150 € erheblich günstiger, da sie nur mit einer Nennleistung von maximal 800 Watt umgehen müssen. Auch die Spannung ist deutlich geringer als bei großen PV-Anlagen.
In der Regel sind die Wechselrichter bei einem Set für Balkonkraftwerke bereits mit enthalten.
Wechselrichter für PV-Inselanlage
PV-Inselanlagen unterscheiden sich dadurch, dass sie keinen Anschluss an das öffentliche Stromnetz haben. Wie stark der Wechselrichter sein muss, hängt in diesem Fall von der Nennleistung der Anlage ab. Es gibt Inselanlagen zwischen 600 Watt bis hin zu mehreren Kilowatt, daher kann man nicht vorhersagen, welcher Wechselrichter geeignet ist.
Mit unseren Tipps für den Kauf eines Wechselrichters können sie das aber leicht herausfinden.
Test: Die besten Wechselrichter 2024
Platz | Hersteller | Herkunfts-land | Modell | Wirkungs-grad | Garantie | Preis |
1. | Fox Ess | China | T10 G3 | 97.8 | 10 | 770€ |
2. | Growatt | China | MOD10KTL3-XH | 98.1 | 10 | 1,150€ |
3. | Deutschland | Tripower Sunny 10.0 | 98 | 25 | 2,100€ | |
4. | China | RPI M10A | 98.3 | 6 | 1,300€ | |
5. | Solax | China | X3 MIC 10 K G2 | 97.8 | 5 | 1,000€ |
6. | Deutschland | Plentycore Plus 10.0 G | 97.2 | 10 | 1,200€ | |
7. | Österreich | Symo Advanced 10.0 – 3 – M | 97.1 | 10 | 1,200€ | |
8. | Israel | SE10K | 97.6 | 5 | 1,550€ | |
9. | Deutschland | 10 SMT | 97.5 | 10 | 2,000€ | |
10. | SMA Solar | Deutschland | Sunny Tripower 10.0 | 97.5 | 10 | 2,100€ |
11. | SofarSolar | China | HYD 10KTL-3PH | 97.7 | 5 | 1,800€ |
12. | Deutschland | Blueplanet Hybrid 10.0 TL3 | 97.8 | 5 | 2,400€ |
Fazit
Der Kauf eines hochwertigen Wechselrichters mit optimaler Abstimmung auf die Werte der eigenen PV-Anlage ist entscheidend für hohe Stromerträge und lohnenswerte Einsparungen. Achten Sie deshalb auf ein hochwertiges Gerät mit der richtigen Kapazität, dem passenden Spannungsbereich und einem hohen Wirkungsgrad.
Dann steht einer langfristigen Senkung der Energiekosten nichts mehr im Wege und sie tun gleichzeitig der Umwelt noch einen Gefallen.