DC in AC Umwandlung: Wie macht das ein Solargenerator?

Die wichtigsten Komponenten eines Solargenerators

Was sind AC und DC?

Kurz gesagt, sind Wechselstrom und Gleichstrom zwei Stromarten, die sich im Verhalten des Stromflusses unterscheiden. Wir verwenden beide Arten, um unser tägliches Leben zu bestreiten. Für Anfänger beschreiben Elektrofachleute Strom als den Fluss von elektrischen Ladungsträgern, wie z. B. Elektronen.

Bildlich gesprochen ist ein elektrischer Strom, der durch ein Elektrokabel fließt, vergleichbar mit Wasser, das durch einen Schlauch fließt.

Es ist einfacher, sich die einzigartigen elektrischen Eigenschaften zu merken, wenn man versteht, was die einzelnen Abkürzungen bedeuten.

Was ist DC

DC steht für Direct Current (Gleichstrom). Der Strom in einem Gleichstromsystem fließt nur in eine Richtung (in Richtung des Pluspols). Beispiele dafür sind Batterien und Powerbanks. Der Strom, der von der Powerbank zu Ihrem Mobiltelefon fließt, geht nur in eine Richtung.

Was ist AC

Auf der anderen Seite ist AC eine Kurzbezeichnung für Wechselstrom. Im Gegensatz zu Gleichstrom, bei dem der Strom nur in eine Richtung fließt, fließt der Strom bei Wechselstrom abwechselnd zwischen positiven und negativen Anschlüssen eines elektrischen Systems. Je nachdem, wo Sie wohnen, liegt die Anzahl der Stromwechsel zwischen 50 und 60 Zyklen pro Sekunde. In der Elektroindustrie wird dies als Hertz (Hz) bezeichnet.

Ein Wechselstrom ist vergleichbar mit einer Pumpe, die den Wasserfluss 50 bis 60 Mal pro Sekunde umschaltet.

Schließlich ist es wichtig zu wissen, dass Wechselstrom traditionell über eine Generatorturbine mit einem sich drehenden Magneten (auch bekannt als Generator) erzeugt wird.

Ist die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom auf den Strom beschränkt?

Bevor wir fortfahren, sollten Sie wissen, dass die Begriffe Gleichstrom und Wechselstrom nicht nur auf den Strom anwendbar sind. Auch wenn dies für Neulinge verwirrend klingen mag, sollten Sie wissen, dass DC und AC als Adjektive für andere elektrische Begriffe wie AC-Spannung, DC-Spannung, AC-Leistung und DC-Leistung verwendet werden können.

Wasser in einem Schlauch, Metapher für AC und DC

DC vs. AC: Was ist besser?

In den meisten Artikeln, die man heutzutage im Internet findet, wird die Gleichstromtechnik in ein schlechtes Licht gerückt, indem man sagt, sie sei eine veraltete Technologie, die man in eine Truhe sperren und in die Tiefen des Ozeans werfen sollte. Das liegt vor allem an der Geschichte zwischen Thomas Edison und Nikola Tesla, den großen Köpfen, die den Gleichstrom bzw. den Wechselstrom entdeckt haben.

Aber wir sind anderer Meinung. Aus unserer Sicht spielen sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom in modernen elektrischen Systemen eine Rolle. Gleichstrom ist zum Beispiel eine unabdingbare Voraussetzung für Halbleiter und Leistungselektronik.

Wie einige von Ihnen wissen, ist Gleichstrom leichter zu speichern als Wechselstrom. Deshalb benötigen Batterien einen Wechselrichter für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. In manchen Fällen ist Gleichstrom auch kostengünstiger als Wechselstrom. 

Ganz zu schweigen davon, dass Sonnenkollektoren aufgrund ihrer Halbleiterkomponenten Gleichstrom erzeugen. Wenn Sie schon einmal von Solarmodulen gehört haben, die Wechselstrom erzeugen, haben sie bereits kleine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler eingebaut, sogenannte Mikro-Wechselrichter.

Umgekehrt ist Wechselstrom wirtschaftlicher, wenn er über größere Entfernungen übertragen wird. Sie sind effizienter (mit weniger Verlusten) und billiger in der Herstellung, bevor Solarzellen eingeführt werden.

Unterm Strich wurden Gleichstrom und Wechselstrom in den Anfängen gegeneinander ausgespielt, aber im digitalen Zeitalter und bei der grünen Energiewende haben beide ihre Berechtigung.

Wie funktioniert die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bei einem Solargenerator?

Wie bereits erwähnt, ist eine der wichtigsten Komponenten eines Solargenerators der Wechselrichter, der für die Umwandlung von DC in AC sorgt.

Aber wie macht er das genau?

Wir werden unser Bestes tun, um dies zu vereinfachen, aber Sie sollten wissen, dass Sie diesem Abschnitt mehr Aufmerksamkeit schenken müssen.

Bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom sind drei Hauptprozesse beteiligt:

1. Schalten - Umwandlung von Gleichstrom in groben Wechselstrom
2. Filtern - Reinigung des groben Wechselstroms, um ihn für empfindliche Wechselstromgeräte nutzbar zu machen; und
3. Verstärken - Erhöhen der Spannung auf akzeptable Werte wie 120 V oder 230 V, je nachdem, wo Sie wohnen;

Wie verschiedene Arten von Wechselrichtern Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln

Schalten

Die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom erfolgt zunächst durch elektronische Schalttechniken. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, stellen Sie sich eine elektrische Leitung vor, die Gleichspannung führt und die Sie ein- und ausschalten können. In der Fachsprache wird dies als Rechteckwellenumwandlung mithilfe eines Schaltkreises bezeichnet.

Ein einfaches Schaltgerät kann eine Gleichspannung in eine Rechteckwellenform umwandeln

Gehen wir bei der Umwandlung von Gleichstrom in Rechteckspannung noch einen Schritt weiter. Wie Sie in der obigen Abbildung gesehen haben, springt das Rechteck nur zwischen 1 und 0. Wie wir jedoch bereits erwähnt haben, wechselt eine Wechselspannung zwischen positiven und negativen Anschlüssen in der Abbildung unten.

Ein Vollbrückenwechselrichter für die grobe Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom

An dieser Stelle kommt der Vollbrückenwechselrichter ins Spiel. Dabei handelt es sich um eine Schaltung mit Dioden, Transistoren und anderen ausgefallenen elektrischen Komponenten. Er kann eine grobe Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlung durchführen, indem er eine Reihe von Schaltvorgängen durchführt (siehe Abbildung unten).

Schaltvorgänge eines Vollbrückenumrichters

Ab hier werden die Wechselrichterschaltungen nur noch anspruchsvoller, wie z. B. modifizierte Sinuswechselrichter (siehe Abbildung unten).

Filtern

Mit zunehmender Komplexität des Schaltungsdesigns und steigenden Kosten können wir einen reinen Sinuswechselrichter entwickeln, der eine saubere sinusförmige Wechselspannung erzeugt. Dazu sind einige Prozesse erforderlich, wie z. B. das Durchlaufen einer groben AC-Quadrat-Wellenform durch Schaltungselemente wie Oszillatoren und Filter.

Verstärken

Schließlich hat jeder Wechselrichter einen eingebauten Transformator, der die kleine Wechselspannung (Gleichspannungen reichen von 1,5 V bis 24 V) auf eine viel höhere Spannung wie 110 V oder 230 V verstärkt.

In der folgenden Abbildung durchläuft die kleine Wechselspannung den Transformator auf der Primärseite, bevor sie auf der Sekundärseite auf eine nutzbare Spannung von 110V/230V verstärkt wird.

Zusammenfassung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom

Da haben Sie es. Ein kleiner Meisterkurs darüber, wie Solargeneratoren Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Solargeneratoren über Wechselrichterkomponenten verfügen, die Gleichspannung von Solarmodulen oder Batterien aufnehmen und mithilfe von Schalttechniken und Filtern eine saubere, niedrige Wechselspannung erzeugen. Diese Wechselspannung wiederum durchläuft einen Transformator, der ihren Wert auf ein Niveau verstärkt, das Haushaltsgeräte nutzen können.

Was wäre, wenn wir Ihnen sagen würden, dass einige Solargeneratoren nicht nur Gleichstrom in Wechselstrom, sondern auch Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln können? Dies ist mit einem Solargenerator mit bidirektionalem Wechselrichter leicht möglich, wie der INFINITY 1500 Portable Power Station von Growatt, die über einen integrierten bidirektionalen Wechselrichter verfügt.