Wechselrichter
Willkommen in der Welt der Photovoltaik!
Was ist ein Wechselrichter?
Der Wechselrichter ist ein unverzichtbarer Bestandteil jeder Photovoltaikanlage. Er stellt die Schnittstelle zwischen den Solarmodulen und dem Stromnetz (sowohl im eigenen Haushalt als auch im öffentlichen Netz) dar.
Zusätzlich übernimmt der Wechselrichter auch die Aufgabe der Netz- und Anlagenüberwachung und sorgt dafür, dass die Photovoltaikanlagen die bestmögliche Leistung erbringen.
Wie werden Wechselrichter für eine Anlage ausgewählt?
Die Frage, wie viele und welche Wechselrichter für eine Photovoltaikanlage optimal sind, lässt sich nicht pauschal beantworten. Diese Entscheidung ist abhängig von unterschiedlichen Faktoren:
- Handelt es sich um eine Dach- oder Freiflächenanlage?
- Wie groß ist die Photovoltaikanlage / wie viele Module kommen zum Einsatz?
- Sind Verschattungen vorhanden?
- Müssen die Module auf mehreren Teilflächen installiert werden?
- Sind unterschiedliche Neigungen vorhanden?
- Müssen die Module unterschiedlich ausgerichtet werden?
Welche Aufgaben haben Wechselrichter?
Moderne Wechselrichter sind in der Lage mehrere anspruchsvolle Aufgaben zu erfüllen.
Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom
Bei dem von Solarmodulen erzeugten Strom, handelt es sich um „Gleichstrom“ (auch „Gleichspannung“ genannt). Dieser Strom ist zunächst nicht nutzbar, da die meisten elektrischen Verbraucher Wechselstrom benötigen. Dies betrifft sowohl das öffentliche Netz als auch den eigenen Haushalt.
Die hauptsächliche Funktion des Wechselrichters ist es, den Gleichstrom in Wechselstrom (auch „Wechselspannung“ genannt) umzuwandeln.
Moderne Geräte erreichen hierbei einen Wirkungsgrad von ca. 98 Prozent. Das bedeutet, dass der Verlust zwischen investiertem Gleichstrom und erzeugtem Wechselstrom gerade mit ca. 2% minimal ist.
Leistungsoptimierung
Jede Photovoltaikanlage verfügt über einen Maximum Power Point (MPP). Dies ist der Punkt, an dem ein Photovoltaikmodul die optimale Leistung abgibt. Erreicht wird der MPP durch eine Kombination aus Stromstärke und Spannung, welche wiederrum von der der Einstrahlungsintensität und Temperatur abhängig sind.
Da sich die Gegebenheiten kontinuierlich verändern (z.B. beim Aufkommen von Wolken), muss der Wechselrichter den MPP dauerhaft überwachen, um das produzierte Angebot der PV-Module optimal zu nutzen. Dies wird durch den sog „MPP-Tracker“ gewährleistet, eine Betriebsführungssoftware des Wechselrichters, welche die gezielte Anpassung des Innenwiderstands gewährleistet.
Auf diese Weise können Photovoltaik-Module dauerhaft im Leistungsoptimum betrieben werden.
Überwachen und Sichern
Das Stromnetz ist ein sehr sensibles System, welches empfindlich auf Änderungen der Spannung oder Frequenz reagiert. Um die Stabilität aufrecht zu erhalten und eine Netzüberlastung zu vermeiden, überwacht der Wechselrichter diese Parameter. Vor allem eine konstante Frequenz von ca. 50 Hertz ist für die Stabilität des Netzes zwingend erforderlich.
Der Wechselrichter überprüft kontinuierlich Spannung, Frequenz und Impedanz im Netz. Sollte es zu einer Überschreitung des vorgeschriebenen Grenzwerts kommen, aktiviert der Wechselrichter seine Trennvorrichtung, mit der das Gerät automatisch vom Stromnetz getrennt wird.
Zusätzlich ermöglicht diese Trennvorrichtung auch ein gefahrloste Wartung und Reparatur. Da Photovoltaikmodule nicht selbst „abgeschaltet“ werden können, wird mittels der Trennvorrichtung die Stromzufuhr der kompletten Anlage gekappt. So kann das Wartungspersonal ungefährdet arbeiten.
Kommunikation
Wechselrichter verfügen über eine Kommunikationsschnittstelle zur Photovoltaikanlage, welche die Überwachung aller relevanten Parameter, Betriebsdaten und Erträge kontrolliert.
Auf diese Weise können Störungen zügig identifiziert und in der Folge schnell behoben werden.
Zusätzlich können die Ertragsdaten an entsprechende Energie-Managementsysteme oder Online-Dienste übermittelt werden.
Temperaturmanagement
Zu hohe Temperaturen im Wechselrichter-Gehäuse können den Umwandlungsgrad beeinträchtigen und es kann dazu kommen, dass die verfügbare Modulleistung nicht mehr in Gänze genutzt werden kann.
Die Temperatur wird im Wesentlichen von zwei Faktoren beeinflusst: Dem Montageort (es sollte bei der Installation ein gleichmäßig kühles Umfeld gewählt werden) und dem Betrieb des Wechselrichters.
Bei einem Wirkungsgrad von ca. 98 Prozent entfallen ca. 2 Prozent auf einen Energieverlust an, welcher sich in Form von Wärme im Wechselrichter-Gehäuse darstellt.
Daher verfügen die Geräte über eine Kühlfunktion, vergleichbar mit der eines Laptops. Durch regelmäßige Wärmeabfuhr wird eine Überhitzung somit verhindert.
