Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Photovoltaik Wechselrichter

Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Solarzellen produzieren systembedingt Gleichstrom. Um den Solarstrom entweder selbst nutzen zu können oder ihn in das öffentliche Netz einspeisen zu können, werden deshalb Wechselrichter benötigt, deren Aufgabe die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ist.

Wechselrichter Funktion:Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung

Verschiedene Arten von Wechselrichtern

Zunächst sind Wechselrichter danach zu unterscheiden, ob sie in einer Inselanlage oder einer netzgekoppelten Photovoltaikanlagen eingebaut werden. Zudem werden Wechselrichter danach unterschieden, wie viel Module oder Strings an ihnen angeschlossen werden. Wechselrichter gibt es außerdem als trafolose oder als Wechselrichter mit Trafo.

Inselwechselrichter

Wechselrichter Inselanlage © SMA

Ein Inselwechselrichter bezieht seinen Gleichstrom aus der Batterie. Das heißt, er wird auf die Batteriespannung abgestimmt.

Gleichzeitig muss ein Inselwechselrichter auf der Ausgangsseite, also der Wechselstromseite, gerade so viel Leistung bieten, wie der angeschlossene Verbraucher benötigt. Deshalb wird die Ausgangsspannung von Inselwechselrichtern geregelt und ist nicht lastabhängig.

Bei der Auswahl des Inselwechselrichters muss auf die Ausgangsleistung geachtet werden. Sie muss für die angeschlossenen Verbraucher groß genug sein.

Die Leistung eines Insel-Wechselrichters richtet sich nach der Ausgangsleistung

Die Wechselrichter für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen

  • ModulwechselrichterModulwechselrichter © SMAModulwechselrichter werden für ein einzelnes Modul eingesetzt. Dabei benötigt man entsprechend viele Wechselrichter. Dies kann aber dennoch sinnvoll sein, wenn die einzelnen Module unterschiedlich ausgerichtet sind und sehr unterschiedliche Leistung bringen. Modulwechselrichter bieten hervorragende Optimierungsmöglichkeiten, geeignet für kleinere Anlagen.
  • StringwechselrichterStringwechselrichter © SolarmaxStringwechselrichter sind sehr weit verbreitet. Mehrere Strings laufen hier in einem Wechselrichter zusammen. Sie bieten ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, geeignet für kleinere bis mittlere Anlagen. Vorteil: Verschiedene Ausrichtung oder Verschattungen haben weniger Einfluss.
  • MultistringwechselrichterMultistringwechselrichter © SMAHierbei werden mehrere Strings von einem Wechselrichter bedient. Bei Multistringwechselrichtern kommen mehrere MPP-Tracker zum Einsatz, die für jeden String den optimalen Arbeitspunkt ermitteln. Sie bilden eine Alternative zu Stringwechselrichtern bei größeren Anlagen.
  • ZentralwechselrichterZentralwechselrichter © FroniusSie kommen in Großanlagen zum Einsatz und sind vor allem dann sinnvoll, wenn es sich um eine sehr homogene Anlage eignet, bei der alle Strings die gleiche Neigung aufweisen und auch gleich ausgerichtet sind. Sie erzielen gute Wirkungsgrade und lassen sich in Großanlagen besonders gut warten.

Anzahl an Wechselrichtern

Die Frage, wie viel Wechselrichter für eine Photovoltaikanlage ideal sind, lässt sich nicht einfach beantworten. Zum Teil ist es regelrechte Glaubenssache.

Für wenige Wechselrichter spricht, dass zum Beispiel die Montage beziehungsweise Verdrahtung einfacher ist, es auf jeden Fall billiger ist, nur einen großen Wechselrichter zu installieren und es unter Umständen einfacher ist, einen großen als mehrere kleine Wechselrichter unterzubringen. Zudem ist die Fehlersuche einfacher. Für mehrere Wechselrichter spricht dagegen, dass bei einem Defekt nicht gleich die gesamte Photovoltaikanlage lahmliegt, mehrere kleine Wechselrichter sich eventuell leichter verteilen lassen. Außerdem lassen sie sich hervorragend auf unterschiedlich ausgerichtete Module anpassen, damit werden zum Beispiel Verschattungsprobleme geringer.

Ein oder mehrere Wechselrichter?

Bedeutung der Wechselrichter für den Ertrag

Die Leistung der Photovoltaikanlage wird durch die Wahl der Wechselrichter ganz entscheidend beeinflusst. Der gesamte erzeugte Gleichstrom muss durch die Wechselrichter hindurch, bevor er ins Netz eingespeist wird. Daher hat der Wirkungsgrad der Wechselrichter und seine optimale Auslegung einen enormen Einfluss auf den gesamten Anlagenertrag.

Optimale Auslegung von Wechselrichtern

Die Auslegung eines Wechselrichters richtet sich nach vier Kriterien:

  • Eingangsleistung der ModuleDie Leistung, die die Strings oder der Generator erbringen, sollte unter der maximalen Leistung des Wechselrichters liegen. Meist wird mit einem Faktor zwischen Modulleistung und Nennleistung des Wechselrichters von 0,9 bis 1,2 gerechnet.
  • Maximale ModulanzahlDiese ist abhängig von der maximalen Gleichstrom-Eingangsspannung des Wechselrichters. Achtung: Die Spannung steigt bei niedrigen Temperaturen. Die Leerlaufspannung sollte immer unter der maximalen Eingangsspannung des Wechselrichters liegen.
  • Minimale Modulanzahl Die Spannung der Solarmodule ist am Maximum Power Point am höchsten. Die MPP-Spannung des Wechselrichters muss durch eine entsprechend hohe Anzahl an Modulen immer übertroffen werden.
  • Anzahl paralleler SträngeWird bestimmt durch den maximalen Eingangsstrom des Wechselrichters, da dieser immer größer sein muss als der Solargeneratorstrom.

Tipp: Für die richtige Auslegung der Wechselrichter gibt es eine Vielzahl von Programmen, die von den Herstellern kostenlos zur Verfügung gestellt werden und die die genannten Punkte berücksichtigen.

Источник: https://www.solaranlage-ratgeber.de/photovoltaik/photovoltaik-technik/wechselrichter

Wechselrichter für Solaranlagen – Die Übersicht in 2021

Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Yannick Van Noy

Aktualisiert am:

30.11.20

Lesezeit:

6

Minuten

Wer eine Photovoltaik Anlage kauft, muss sich ebenfalls zwingend einen Wechselrichter anschaffen.

Solarz ellen produzieren nämlich Gleichstrom, der in dieser Form nicht im Haushalt genutzt werden kann. Um Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom umzuwandeln, benötigt man daher den Wechselrichter.

Hier erfahren Sie alles über die Funktion, die verschiedenen Arten und die Preise eines Wechselrichters.

Gleichstrom vs. Wechselstrom

Der Unterschied zwischen Gleich- und Wechselstrom ist simpel: Bei einer Gleichspannung fließen Elektronen immer mit derselben Geschwindigkeit in dieselbe Richtung.

Die Wechselspannung hingegen verursacht einen Elektronenfluss in beide Richtungen. Dabei variiert auch die Geschwindigkeit der Elektronen.

Um Elektrizität über lange Wege zu transportieren und im Haushalt nutzbar zu machen, benötigt man Wechselstrom.

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Warum? Weil die Impulse viel stärker sind und so weniger Energie durch Diffusion verloren geht. Die Frequenz dieser Elektronenimpulse wird in Hertz gemessen. Die Wechselspannung in Deutschland hat 50 Hertz, was 50 Impulse pro Sekunde bedeutet.

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Fun Fact:
Wenn Sie eine Glühbirne in Superzeitlupe filmen, würden Sie die Wechselspannung in Form von Flackern wahrnehmen. Bei einer 50 Hertz Frequenz flackert die Birne 50 mal pro Sekunde. Weil unsere Augen dieses extrem schnelle Flackern aber nicht wahrnehmen können, erscheint uns das Licht konstant.

Welche Funktionen hat der Wechselrichter genau?

Als „Herz“ der Solaranlage hat der Wechselrichter viele verschiedene Aufgaben. Die wohl wichtigste Funktion von allen ist die Umwandlung des Gleichstroms in nutzbaren Wechselstrom. Darüber hinaus gibt es jedoch noch folgende Funktionen:

Netzüberwachung:

Weil das Stromnetz sehr empfindlich auf Änderungen der Spannung oder Frequenz reagiert, könnte es schnell zu einer Netzüberlastung kommen. Um die Stabilität zu wahren, überwacht der Wechselrichter diese Netzparameter. Sollte es zu einer Überschreitung eines Grenzwertes kommen, trennt der Wechselrichter automatisch die Solaranlage vom Stromnetz.

Anlagenüberwachung:

Nicht nur das Netz, sondern auch die Anlage selbst wird überwacht. Die Spannung, Stromstärke und aktuelle Leistung der Solaranlage wird stets vom Wechselrichter gemessen. So können Störungen und Probleme schnell identifiziert werden. Außerdem können die Daten über Leistung und Ertrag eingesehen werden, sodass Eigennutzung oder Einspeisung optimiert werden können.

Leistungsmaximierung

Solaranlagen haben einen gewissen Punkt, an dem der erzeugte Strom und die jeweilige Spannung optimal sind. Dieser Punkt wird auch Maximum Power Point (MPP) genannt. Der Wechselrichter nutzt Widerstandsveränderungen, um die PV-Anlage konstant im MPP zu halten. So wird die maximale Produktivität gewährleistet.

Sicherheit

Gerade weil Photovoltaikanlagen direkt mit dem Stromnetz verbunden sind, müssen Handwerker die Solarmodule bei der Wartung „abschalten“ können.

Streng genommen gibt es an den Modulen selbst keinen Schalter, aber dafür hat der Wechselrichter eine DC-Trennvorrichtung. Mithilfe dieses Schalters wird die Gleichstromzufuhr gekappt und die Kabel haben keine Spannung mehr.

Ohne diesen Schritt wären Reparaturen oder Wartungen wegen der Gefahr unmöglich.

Modulwechselrichter:

Bei kleineren Anlagen werden hin und wieder Modulwechselrichter genutzt. Hier wird dann jedes einzelne Modul durch einen separaten Wechselrichter überwacht. Sofern die Module unterschiedlich ausgerichtet sind und verschiedene Leistungen aufweisen, können Modulwechselrichter nützlich sein.

Denn so lassen sich die individuellen Leistungen vergleichen und optimieren. Außerdem werden Modulwechselrichter direkt am Modul installiert, wodurch bis zu 50% der Kabel gespart werden.

Weil jedoch der Wirkungsgrad von Modulwechselrichtern recht gering ist, werden sie selbst bei kleinen Anlagen selten empfohlen.

Stringwechselrichter

Von allen Arten ist der Stringwechselrichter der am häufigsten Eingesetzte. Dieser Wechselrichter überwacht eine gesamte Reihe von Solarmodulen, die auch String genannt wird. Weil jeder Wechselrichter nur einen einzigen MPP Tracker besitzt, sollte der Stringwechselrichter nur dann eingesetzt werden, wenn alle Module der Reihe die selbe Ausrichtung, Neigung und Verschattung aufweisen.

Sonst würde nicht auf die einzelne Situation der Module geachtet werden. Und damit gehen Optimierungspotenziale verloren. Im Gegensatz zu Modulwechselrichtern haben Stringwechselrichter einen hohen Wirkungsgrad. Außerdem wird die Wartung der Wechselrichter vereinfacht, weil sie sich im Inneren des Hauses befinden und nicht auf dem Dach.

Multistringwechselrichter

Multistringwechselrichter haben mehrere MPP Tracker, die es möglich machen, mehrere Strings zu überwachen und zu bedienen. Damit kann für jede Modulreihe die optimalen Betriebseinstellung gewählt werden.

Dabei werden mehrere Neigungen und Modul-Ausrichtungen in einem einzigen Wechselrichter integriert.

Diese Art von Wechselrichter kommt gerne bei größeren PV-Anlagen mit unterschiedlichen Einstrahlungsbedingungen zum Einsatz.

Zentralwechselrichter

Diese Wechselrichter Art wird oftmals nur bei sehr großen Photovoltaikanlagen mit ca. 30 kWp eingesetzt. Noch dazu müssen hierfür alle Solarmodule dieselben Einstrahlungsverhältnisse aufweisen.

Wenn diese Bedingung zutrifft, gibt es für die gesamte Anlage nur einen einzigen MPP, der zentral gesteuert werden kann. Damit werden sowohl die Wartung als auch die Handhabung stark vereinfacht.

Was wird ein guter Wechselrichter kosten?

Ganz pauschal gerechnet liegen die Kosten für Wechselrichter bei ca. 10% bis 15% der gesamten Anlagekosten. Für durchschnittliche Einfamilienhäuser liegt der Preis dann etwa bei 1.00€ – 2.000€.

Generell lohnt es sich oft, bei Wechselrichtern etwas tiefer in die Tasche zu greifen. Denn wenn Sie nur nach dem größten Schnäppchen suchen, leidet womöglich die Qualität darunter.

Denn wie bei so vielen anderen auch geht die Qualität der Wechselrichter mit dem Preis einher.

Je höher der Wirkungsgrad, die Nennleistung und die Anzahl der Extrafunktionen, desto mehr wird der Wechselrichter kosten.

Gute Wechselrichter haben einen hohen Wirkungsgrad (> 95%), eine leistungsfähige Kühlfunktion und bieten einen umfassenden Schutz für die Anlage sowie das Netz.

Die Systemleistung und die Anzahl der MPP Tracker haben ebenfalls einen starken Einfluss auf den Preis. Jedoch sind diese Merkmale nicht für jedes Haus relevant.

Je nach Größe und Lage Ihrer PV-Anlage entscheiden sich die Mindestvoraussetzungen Ihres Wechselrichters.

Worauf müssen Sie beim Kauf eines Wechselrichters achten?

Beim Kauf einer Photovoltaik-Komplettanlage ist der best geeignete Wechselrichter schon im Paket mit dabei und Sie müssen sich um die Auswahl keine Sorgen machen.

Sollten Sie aber Ihre Bauteile selbst zusammenstellen, müssen Sie unbedingt auf die Leistungs- und Qualitätsfaktoren achten.

Wie oben erwähnt, sind Qualitätsfaktoren der Wirkungsgrad, eine zuverlässige Kühlfunktion und ein verlässlicher Schutz.

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Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters funktioniert genauso wie der Spritverbrauch eines Autos. Je weniger Energie ein Auto oder ein Wechselrichter für dessen Funktion benötigt, desto effizienter und desto mehr Geld wird gespart.

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Denn der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis zwischen zugeführter (Solar-) Energie und nutzbarem Strom an.

Je mehr der Wechselrichter selbst für Überwachung, Regelung und Schutz verbraucht, desto weniger bleibt am Ende für den Eigenverbrauch oder die Einspeisung übrig.

Eine gute Kühlfunktion kommt selten allein, sondern hängt auch von anderen Faktoren ab. Um Überhitzung zu vermeiden, müssen Sie unbedingt darauf achten, dass die Nennleistung des Wechselrichters höher ist als die Maximalleistung Ihrer Anlage.

Denn sollte Ihre Anlage mal mehr Strom produzieren, als Ihr Wechselrichter verarbeiten kann, hilft auch eine gute Kühlung nicht mehr gegen Überhitzung. Auch der Wirkungsgrad hängt mit der Kühlung zusammen.

Je mehr ein Wechselrichter kühlen muss, desto geringer der Wirkungsgrad.

Dabei macht sich eine effiziente Kühlung hingegen ebenfalls im Wirkungsgrad bemerkbar. Wenn die Kühlung schnell, effizient und problemlos abläuft, wird weniger Energie benötigt und der Wirkungsgrad ist höher.

Sorgen Sie unbedingt dafür, dass der Wechselrichter genau Ihren Kriterien entspricht. Dazu gehören unter anderem der richtige Typ, die minimale Nennleistung und die notwendige MPP Tracker Anzahl.

Die Montage des Wechselrichters

Passen Sie auf, dass Sie den richtigen Standort wählen, denn ein falscher Standort wirkt sich sowohl negativ auf die Leistung als auch auf die Lebensdauer aus.

Sofern Sie sich keine Modulwechselrichter anschaffen, die direkt an der Anlage selbst installiert werden, sollte Ihr Wechselrichter an einem möglichst kühlen und gut belüfteten Ort montiert werden. Dies hilft bei der Kühlung und dem Schutz vor Überhitzung.

Am besten bieten sich hierfür Keller, Hauswirtschaftsräume oder Garagen an. Je nach Typ müssen Sie Ihren Wechselrichter dann entweder an einer Wand anzubringen oder auf einem ebenen Untergrund abzustellen.

Worauf müssen Sie bei der Wartung eines Wechselrichters achten?

Die Wartung des Wechselrichters sollte regelmäßig stattfinden. Unter anderem ist es wichtig, den DC-Anschluss und die Kühlung zu überprüfen und ggf. zu reinigen. Außerdem ist ein Wartungsprotokoll der Hersteller hilfreich. Um mögliche Schäden frühzeitig erkennen zu können, sollten Sie die Erträge mit denen des Vorjahrs vergleichen.

Kunden bei Enpal müssen sich hingegen um nichts kümmern. Denn Enpal übernimmt die regelmäßige Wartung des Wechselrichters und der Solaranlage. Darüber hinaus sind ebenfalls Versicherung und jegliche Reparaturen inklusive. Nach Ablauf der Mietzeit bekommen Enpals Kunden die Anlage geschenkt und können sie weiterhin 15-20 Jahre nutzen.

Solaranlagen kaufen oder mieten? – Die Vor- und Nachteile

Источник: https://www.enpal.de/magazin/wechselrichter

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