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Wie funktioniert ein Wechselrichter?
Ein Wechselrichter nimmt den Gleichstrom auf, den die Solarzellen Ihrer Photovoltaikanlage produzieren. Mithilfe elektronischer Bauteile wandelt das Gerät diesen Gleichstrom in Wechselstrom um, der die gleichen Eigenschaften wie der Strom aus dem öffentlichen Netz hat und somit auch genutzt werden kann.
Der Wechselrichter steuert dabei präzise die Frequenz von 50 Hertz und die Spannung von 230 Volt, damit Sie den Solarstrom direkt für elektrische Geräte nutzen oder ins Stromnetz einspeisen können. Gleichzeitig überwacht er kontinuierlich die Leistung der PV-Anlage und passt den Betrieb an wechselnde Bedingungen an.
Wie ist der Wechselrichter aufgebaut?
Der Aufbau eines Wechselrichters ist im Grunde immer aus den gleichen Bauteilen aufgebaut. Jedes Bauteil übernimmt eine spezifische Funktion im Umwandlungsprozess.
Gleichstrom-Eingang (DC-Seite)
An der DC-Seite werden die Solarmodule angeschlossen, die den Gleichstrom liefern. Der Eingang verfügt über spezielle Anschlüsse und Schutzvorrichtungen, die Überspannungen und Kurzschlüsse verhindern. Moderne Wechselrichter integrieren hier oft mehrere MPP-Tracker, die jeden angeschlossenen String einzeln überwachen. So kann das Gerät selbst bei teilweiser Verschattung einzelner Module die maximal verfügbare Leistung aus der gesamten PV-Anlage herausholen.
Leistungselektronik (Transistoren, IGBTs, MOSFETs)
Die Leistungselektronik bildet das Kernstück des Wechselrichters und besteht aus schnell schaltenden Halbleiterbauelementen. Transistoren wie IGBTs oder MOSFETs öffnen und schließen tausende Male pro Sekunde in einem genau gesteuerten Rhythmus. Diese hochfrequenten Schaltvorgänge erzeugen aus dem konstanten Gleichstrom ein pulsierendes Signal, das später zur Sinuskurve geformt wird. Die Qualität dieser Bauteile entscheidet maßgeblich über den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des gesamten Geräts.
📌 Good-to-Know: Wechselrichter haben im Schnitt eine Lebensdauer von 15 Jahren. Photovoltaik-Anlagen können hingegen bis zu 30 Jahre durchhalten. Der Wechselrichter muss in der Regel mind. 1 Mal getauscht werden, um weiterhin hohe Effizienz zu ermöglichen.
Steuerung und Regelung
Eine Steuerungseinheit überwacht permanent alle Parameter der Anlage und regelt den Betrieb des Wechselrichters. Sie erfasst Spannung, Stromstärke und Leistung sowohl auf der DC- als auch auf der AC-Seite. Die Steuerung führt zudem das „Maximum-Power-Point-Tracking“ durch, bei dem sie kontinuierlich den optimalen Arbeitspunkt der Solarmodule ermittelt. Außerdem übernimmt sie Schutzfunktionen und trennt die Anlage bei Störungen oder Stromausfall automatisch vom Netz.
Filter und Transformator (falls vorhanden)
Die Filter glätten das pulsierende Signal der Leistungselektronik zu einer sauberen Sinuskurve und ermöglicht damit die Umwandlung zu Wechselstrom. Sie bestehen typischerweise aus Induktivitäten und Kondensatoren, die unerwünschte Oberschwingungen herausfiltern. Einige Wechselrichter verwenden zusätzlich einen Transformator, der die Spannung anpasst und eine galvanische Trennung zwischen PV-Anlage und Stromnetz schafft. Jedoch arbeiten transformatorlose Wechselrichter effizienter, da sie Umwandlungsverluste vermeiden und kompakter gebaut werden können.
Wechselstrom-Ausgang (AC-Seite)
Auf der AC-Seite wird der erzeugte Wechselstrom ausgegeben und ins Stromnetz eingespeist. Der Ausgang ist mit Sicherheitseinrichtungen ausgestattet, die eine Netzsynchronisation gewährleisten und bei Störungen sofort abschalten. Bei einphasigen Wechselrichtern erfolgt die Einspeisung über eine Phase, während dreiphasige Wechselrichter den Strom gleichmäßig auf alle drei Phasen verteilen. Zusätzliche Messeinrichtungen erfassen hier die eingespeiste Energie für Abrechnungszwecke.
Welche Arten von Wechselrichtern gibt es?
Je nach Anwendung und Systemaufbau kommen unterschiedliche Wechselrichter-Typen zum Einsatz. Die Wahl der richtigen Art hängt von Faktoren wie Anlagengröße, Netzanbindung und gewünschter Funktionalität ab.
Netzgekoppelte Wechselrichter
Netzgekoppelte Wechselrichter sind die häufigste Variante bei Photovoltaikanlagen auf Ein- und Mehrfamilienhäusern. Sie speisen den erzeugten Solarstrom direkt ins öffentliche Stromnetz ein und arbeiten nur, wenn eine stabile Netzverbindung besteht. Der Vorteil liegt in der einfachen Installation und den geringeren Anschaffungskosten im Vergleich zu anderen Systemen.
Inselwechselrichter
Inselwechselrichter kommen in autarken Anlagen zum Einsatz, die nicht ans öffentliche Netz angeschlossen sind. Sie versorgen abgelegene Hütten, Wohnmobile oder netzferne Standorte mit Strom aus Batteriespeichern. Diese Geräte müssen eigenständig eine stabile Spannung und Frequenz erzeugen, da kein Stromnetz als Referenz dient.
Hybridwechselrichter
Ein Hybrid-Wechselrichter vereint die Funktionen eines netzgekoppelten Wechselrichters mit einem Batteriemanagement-System. Er kann gleichzeitig Solarstrom ins Netz einspeisen, Batterien laden und bei Bedarf gespeicherte Energie bereitstellen. Für Hausbesitzer:innen mit Stromspeicher stellt diese Technologie die effizienteste Lösung dar, da sie den Eigenverbrauch maximiert.
Mikro-Wechselrichter
Mikro-Wechselrichter werden direkt an einzelne Solarmodule angeschlossen, statt mehrere Module zu einem String zu verbinden. Jedes Modul arbeitet unabhängig mit optimalem Wirkungsgrad, selbst wenn andere Module verschattet sind. Allerdings erfordert diese Technik mehr Geräte und höhere Installationskosten, bietet jedoch Vorteile bei Balkonkraftwerken und kleinen PV-Anlagen.
Welche Funktionsweisen und Technologien gibt es?
Neben den verschiedenen Arten unterscheiden sich Wechselrichter auch in ihrer technischen Ausführung. Die Wahl der Technologie beeinflusst Wirkungsgrad, Kosten und Einsatzmöglichkeiten, wird in der Regel aber direkt vom Solarinstallateur mit bestimmt, sodass Sie sich keine Gedanken darüber machen müssen.
Trafogerät vs. trafolos
Wechselrichter mit Transformator bieten eine galvanische Trennung zwischen Solarmodulen und Stromnetz, was zusätzliche Sicherheit schafft. Der Transformator ermöglicht zudem flexible Spannungsanpassungen und schützt vor Gleichstromeinspeisung ins Netz.
Transformatorlose Wechselrichter arbeiten dagegen effizienter mit hohen Wirkungsgraden bis 98 %, wiegen weniger und sind kompakter gebaut. Moderne Geräte ohne Transformator nutzen spezielle elektronische Schaltungen, um die geforderte Netztrennung zu gewährleisten.
🌱 Green-Fact: Transformatorlose Wechselrichter sparen durch ihren höheren Wirkungsgrad über 15-20 Jahre Betriebsdauer mehrere hundert Kilowattstunden Energie ein. Bei einer 10-kWp-Anlage entspricht dies einer CO₂-Einsparung von etwa 200 kg.
String- vs. Mikro-Wechselrichter
String-Wechselrichter bündeln mehrere Solarmodule zu einem String und wandeln deren gemeinsamen Gleichstrom zentral um. Diese Lösung ist kostengünstig und bewährt, zeigt jedoch Schwächen bei unterschiedlicher Modulausrichtung oder Teilverschattung.
Mikro-Wechselrichter optimieren jedes Modul einzeln und ermöglichen maximale Flexibilität bei der Installation. Die Investitionskosten liegen etwa 20-30 % höher, dafür entfällt der Leistungsverlust durch schwächere Module im String.
Einphasig vs. dreiphasig
Einphasige Wechselrichter speisen den Solarstrom auf eine einzelne Phase des Hausnetzes ein und eignen sich für kleinere Anlagen bis etwa 5 kWp Leistung.
Dreiphasige Wechselrichter verteilen die Leistung gleichmäßig auf alle drei Phasen, was bei größeren PV-Anlagen zu einer symmetrischen Netzbelastung führt. Ab einer Anlagenleistung von 4,6 kW schreiben viele Netzbetreiber eine dreiphasige Einspeisung vor, um Schieflasten im Netz zu vermeiden.
