Was ist ein Wechselrichter?

Was ist ein Wechselrichter?

Ein Wechselrichter ist ein elektronisches Gerät, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Er wird benötigt, um den Gleichstrom, der von Solarpanels oder Batterien erzeugt wird, in haushaltsüblichen Wechselstrom umzuwandeln.

Der Wechselrichter wandelt also den Gleichstrom mit einer bestimmten Spannung in Wechselstrom mit einer anderen Spannung und Frequenz. Meist wird der Gleichstrom von Solarpanels oder Batterien mit 12V oder 24V Gleichspannung in 230V Wechselstrom mit 50 Hz umgewandelt, da dies der übliche Haushaltsstrom in Deutschland ist.

Ohne Wechselrichter könnte der erzeugte Gleichstrom von einer Solaranlage nicht genutzt werden, da die meisten elektrischen Geräte Wechselstrom benötigen. Der Wechselrichter ist daher ein unverzichtbares Element, das die Nutzung des Solarstroms erst ermöglicht.

Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um. Dies wird durch spezielle elektronische Schaltkreise erreicht.

Im Wesentlichen besteht ein Wechselrichter aus folgenden Komponenten:

• Gleichrichter: Hier wird der Gleichstrom aus den Solarpanels oder der Batterie gleichgerichtet, also in eine konstante Spannung umgewandelt.

• Wechselrichter-Schaltkreis: Diese elektronischen Schaltkreise wandeln die gleichgerichtete Gleichspannung in eine Wechselspannung mit der gewünschten Frequenz um. Dies geschieht mithilfe von Transistoren, die gemäß eines Taktsignals ein- und ausgeschaltet werden.

• Transformator: Der Transformator passt die Wechselspannung auf die benötigte Höhe an. Meist wird sie auf 230V angehoben.

• Filter: Sie glätten die Wechselspannung und entfernen unerwünschte Frequenzanteile.

Durch diesen Prozess entsteht aus dem Gleichstrom sauberer Wechselstrom mit der passenden Spannung und Frequenz für die Einspeisung ins Stromnetz oder die Versorgung der eigenen Geräte. Moderne Wechselrichter arbeiten dabei mit sehr hohen Wirkungsgraden von über 95%.

Aufgabe des Wechselrichters

Der Wechselrichter hat mehrere wichtige Aufgaben in einer Solaranlage:

• Umwandlung des Solarstroms: Die primäre Aufgabe des Wechselrichters ist die Umwandlung des Gleichstroms, den die Solarpanels erzeugen, in Wechselstrom. Nur in dieser Form kann der Strom genutzt werden für Haushaltsgeräte und -anlagen. Der Wechselrichter wandelt also den Gleichstrom in 230V Wechselstrom um und passt dabei Frequenz und Spannung an das öffentliche Stromnetz an.

• Überwachung: Moderne Wechselrichter überwachen laufend die Solarstromerzeugung und passen ihre Betriebsparameter entsprechend an, um eine optimale Stromausbeute zu erreichen. Sie erkennen zum Beispiel Verschattungen oder Defekte an Solarpanels.

• Diagnose: Bei Problemen in der Solaranlage können gute Wechselrichter diagnostische Daten liefern, um die Fehlerursache einzugrenzen. So lassen sich etwa defekte Solarpanels oder Kabelprobleme lokalisieren. Der Wechselrichter überwacht also den Zustand und die Leistung der Anlage.

Notwendigkeit des Wechselrichters

Der Wechselrichter ist ein unverzichtbares Element jeder Solaranlage. Ohne den Wechselrichter können die Solarmodule keinen nutzbaren Wechselstrom erzeugen.

Die Solarmodule erzeugen Gleichstrom, welcher für die meisten elektrischen Geräte im Haushalt nicht direkt verwendbar ist. Damit der Solarstrom genutzt werden kann, muss dieser mithilfe des Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden. Nur so kann der Strom aus der Solaranlage in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder vor Ort verbraucht werden.

Der Wechselrichter übernimmt diese Aufgabe, indem er den Gleichstrom der Solarmodule elektronisch in Wechselstrom umwandelt. Dabei gleicht er die Spannung an und sorgt dafür, dass die Frequenz exakt mit der des Netzstroms (50 Hz in Europa) übereinstimmt. Ohne diese Umwandlung ist der Solarstrom nicht nutzbar.

Der Wechselrichter ist somit unverzichtbarer Bestandteil einer jeden Solarstromanlage. Ohne ihn kann kein Wechselstrom erzeugt werden und die gesamte Anlage wäre nutzlos. Beim Ausfall des Wechselrichters bleibt die Solaranlage wirkungslos.

Lebensdauer von Wechselrichtern

Die Lebensdauer eines Wechselrichters hängt von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere von der Qualität der verwendeten Bauteile und der Auslegung auf bestimmte Betriebsbedingungen. Hochwertige Wechselrichter, die speziell für den Einsatz in Photovoltaikanlagen entwickelt wurden, erreichen üblicherweise eine Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren.

Die Garantiezeiten der Hersteller geben einen Hinweis auf die zu erwartende Mindestlebensdauer. Das zeigt, dass diese Wechselrichter für einen langjährigen Betrieb in Solaranlagen ausgelegt sind.

Regelmäßige Wartung und eine fachgerechte Installation, die Belastungsspitzen und Überhitzung vermeidet, können die Lebensdauer eines Wechselrichters verlängern. Trotzdem sind Verschleißerscheinungen und Ausfälle nach Ablauf der üblichen Nutzungsdauer von 10 bis 15 Jahren zu erwarten.

Ausfall des Wechselrichters

Ein defekter Wechselrichter führt dazu, dass die Solaranlage keinen nutzbaren Strom mehr erzeugen kann. Der Wechselrichter ist ein zentrales Element der Anlage und sein Ausfall legt die gesamte Stromversorgung lahm.

Sobald der Ausfall des Wechselrichters festgestellt wurde, sollte umgehend ein Ersatzgerät installiert werden. Selbst wenn die Solarmodule noch Strom erzeugen, kann dieser ohne funktionierenden Wechselrichter nicht genutzt werden. Der Austausch sollte so schnell wie möglich erfolgen, um die Stromversorgung über die Solarenergie wiederherzustellen.

In den meisten Fällen ist eine Reparatur des defekten Wechselrichters nicht sinnvoll. Die Geräte sind sehr komplex aufgebaut und Reparaturen sind aufwendig und teuer. Daher empfiehlt sich in aller Regel der Ersatz durch ein neues Gerät.

Für einen schnellen Austausch ist es sinnvoll, Ersatz-Wechselrichter vorrätig zu halten. So kann im Fall eines Defektes innerhalb weniger Stunden ein neues Gerät installiert werden. Ansonsten muss mit einer längeren Ausfallzeit gerechnet werden, bis ein neuer Wechselrichter beschafft wurde.

Reparatur von Wechselrichtern

Die Reparatur von Wechselrichtern sollte nur durch ausgebildete Fachkräfte erfolgen. Ein Laie verfügt nicht über das nötige Fachwissen, um die komplexe Elektronik eines Wechselrichters zu reparieren.

Wenn Laien versuchen, einen defekten Wechselrichter selbst zu reparieren, kann dies mehrere Probleme verursachen:

• Fehlerhafte Reparatur: Durch falsche Reparaturmaßnahmen oder unsachgemäßen Zusammenbau nach der Reparatur kann der Wechselrichter dauerhaft beschädigt werden.

• Gefährliche Situationen: Unsachgemäßer Umgang mit der Elektronik kann zu Kurzschlüssen, Stromschlägen oder sogar Bränden führen.

• Verlust der Garantie: Bei Eigenreparaturen erlischt in der Regel die Garantie durch den Hersteller.

• Hohe Folgekosten: Durch fehlerhafte Reparaturen können hohe Kosten für die Neubeschaffung eines Wechselrichters oder die Behebung der verursachten Schäden entstehen.

Daher raten Experten dringend davon ab, Defekte an Wechselrichtern eigenständig beheben zu wollen. Stattdessen sollte umgehend ein Fachbetrieb mit der Reparatur beauftragt werden. Nur ausgebildete Experten verfügen über das Wissen und die Ausrüstung, um Wechselrichter fachgerecht zu reparieren und wieder sicher zum Laufen zu bringen. So lassen sich gefährliche Fehler vermeiden und die Lebensdauer des Wechselrichters erhält.

Vorteile von Wechselrichtern

Wechselrichter ermöglichen die Nutzung von selbst produziertem Solarstrom. Die Solarpanel erzeugen Gleichstrom, der für Endverbrauchergeräte jedoch meist nicht direkt nutzbar ist. Moderne Haushaltsgeräte, Beleuchtung usw. benötigen Wechselstrom mit einer bestimmten Spannung und Frequenz. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Solarpanels in bedarfsgerechten Wechselstrom um.

Ohne Wechselrichter könnte der Solarstrom nicht genutzt werden. Nur durch die Umwandlung wird es möglich, den selbst produzierten Strom direkt zu verbrauchen oder ins öffentliche Netz einzuspeisen. Dies ermöglicht eine dezentrale und nachhaltige Stromerzeugung durch Solarenergie. Der Wechselrichter ist somit eine Schlüsselkomponente jeder Solaranlage.

Moderne Wechselrichter optimieren zudem die Energieausbeute. Sie erkennen den optimalen Arbeitspunkt der Solarpanels und passen die Parameter fortwährend an. Dadurch wird eine maximale Produktion des Gleichstroms erreicht. Der Wechselrichter sorgt also dafür, dass die verfügbare Solarenergie bestmöglich in elektrische Energie umgewandelt wird.

Nachteile von Wechselrichtern

Wechselrichter haben auch einige Nachteile, die man kennen sollte:

Kosten

Wechselrichter verursachen zusätzliche Kosten in einer Solaranlage. Sie machen etwa 10-15% der Gesamtkosten einer PV-Anlage aus. Hochwertige Wechselrichter mit erweiterten Funktionen und langer Haltbarkeit sind zudem teurer als einfache Modelle. Beim Vergleich von Angeboten sollte man daher nicht nur auf den Preis schauen, sondern auch auf die Qualität.

Komplexität

Die Funktionsweise von Wechselrichtern ist komplex. Laien können Fehler und Probleme nur schwer selbst diagnostizieren und beheben. Für Wartung und Reparaturen sind in der Regel Fachkräfte erforderlich. Allerdings gibt es heute Wechselrichter mit guter Überwachung und Fehlerdiagnose, die den Service vereinfachen.

Verschiedene Wechselrichtertypen

Es gibt verschiedene Bauformen von Wechselrichtern, die sich in ihrer Leistung und Anwendung unterscheiden:

Zentraler Wechselrichter

Der zentrale Wechselrichter ist die klassische Bauform für Photovoltaikanlagen. Hier wird der gesamte Gleichstrom aller Solarmodule in einem zentralen Gerät in Wechselstrom umgewandelt. Zentrale Wechselrichter gibt es für Leistungen von einigen Kilowatt bis hin zu Megawatt-Anlagen. Sie eignen sich für das einfache und kostengünstige Design von kleinen bis mittelgroßen Photovoltaik-Anlagen.

Modulare Wechselrichter

Bei modular aufgebauten Wechselrichtern besteht die Anlage aus mehreren kleineren Wechselrichtereinheiten. Jeder Wechselrichter wandelt dabei nur den Strom eines Strings (einer Reihenschaltung mehrerer Module) um. Modulare Systeme haben eine höhere Effizienz und Ausfallsicherheit. Sie eignen sich gut für größere Solaranlagen und können flexibel erweitert werden.

String-Wechselrichter

String-Wechselrichter sind speziell auf die Anforderungen von Solarstrings zugeschnitten. Sie wandeln jeweils den Gleichstrom genau eines Strings in Wechselstrom um. Mehrere String-Wechselrichter können in einem System kombiniert werden. Sie zeichnen sich durch eine hohe Effizienz und Flexibilität auch bei schwierigen Montagesituationen aus.

Wirkungsgrad von Wechselrichtern

Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eingespeisten Energie der Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umwandeln kann. Je höher der Wirkungsgrad, desto weniger Energie geht dabei verloren.

Moderne Wechselrichter erreichen Wirkungsgrade von deutlich über 90%. Dies bedeutet, dass über 90% der Gleichstromenergie aus der Solaranlage in Wechselstrom gewandelt wird. Nur ein sehr geringer Teil geht dabei als Wärme verloren.

Hohe Wirkungsgrade sind wichtig, um die Energieausbeute einer Solaranlage zu maximieren. Mit Wirkungsgraden von über 90% stellen moderne Wechselrichter sicher, dass nahezu die gesamte produzierte Solarenergie genutzt werden kann.

Ältere Wechselrichtermodelle hatten teilweise Wirkungsgrade von nur 80-85%. Der technische Fortschritt in den letzten Jahren hat zu dieser deutlichen Steigerung geführt.

Beim Kauf eines Wechselrichters sollte daher auf einen hohen Wirkungsgrad geachtet werden.

Anschluss des Wechselrichters

Damit der Wechselrichter seine Aufgabe erfüllen kann, muss er korrekt an die Solaranlage und das Hausnetz angeschlossen werden.

Der Wechselrichter wird mit dem Gleichstromkreis der Solaranlage verbunden. Hierfür werden die DC-Leitungen von den Solarpanels direkt mit den DC-Eingängen des Wechselrichters verkabelt. Wichtig ist, dass die Polarität beim Anschluss stimmt und die Spannung der Solarpanels mit dem Eingang des Wechselrichters kompatibel ist.

Auf der Wechselstromseite wird der Wechselrichter wiederum mit dem Hausnetz verbunden. Hierzu wird mittels AC-Leitungen eine Verbindung zwischen dem AC-Ausgang des Wechselrichters und dem Haushaltsstromkreis hergestellt. Oft geschieht dies an der Hausverteilung oder am Zählerschrank.

Für einen sicheren und effizienten Betrieb sollte die Verkabelung fachgerecht nach den Herstellervorgaben dimensioniert werden. Aspekte wie Leitungsquerschnitt, maximale Ströme und Spannungsabfall spielen dabei eine Rolle. Eine saubere Trennung von Gleichstrom- und Wechselstromkreisen ist ebenfalls wichtig. Nur bei korrektem Anschluss kann der Wechselrichter die Solaranlage optimal mit dem Haushaltsstromnetz koppeln.

Monitoring des Wechselrichters

Moderne Wechselrichter verfügen über umfangreiche Möglichkeiten zur Datenüberwachung. Dies ermöglicht es, die Funktion und Leistung der Solaranlage engmaschig zu kontrollieren.

Über eine App oder Web-Portal können in Echtzeit viele wichtige Betriebsdaten abgerufen werden. Hierzu zählen beispielsweise:

• Aktuelle Leistung
• Tagesertrag
• Gesamtertrag
• Fehlermeldungen

Mit diesen Informationen lässt sich schnell erkennen, ob die Solaranlage einwandfrei arbeitet und das Maximum an Ertrag erzeugt. Auffälligkeiten oder plötzliche Leistungseinbußen werden sofort angezeigt.

Auch der Wechselrichter selbst kann aus der Ferne analysiert und gewartet werden. Viele Hersteller bieten heute eine Fernwartung an. Updates und Optimierungen der Wechselrichter-Software lassen sich auf diesem Weg durchführen.

Insgesamt ermöglicht die digitale Überwachung eine optimale Kontrolle der Solaranlage. Der Betreiber kann jederzeit und von überall den Zustand prüfen. Dies sorgt für einen reibungslosen Betrieb und maximale Energieausbeute.

Sicherheitshinweise für Wechselrichter

Die Installation und Wartung von Wechselrichtern sollte ausschließlich durch ausgebildete Fachkräfte erfolgen.

• Der Anschluss an die Solarmodule und an das Stromnetz sollte unbedingt fachgerecht ausgeführt werden. Falsche Anschlüsse können zu Kurzschlüssen, Stromschlägen oder Bränden führen.

• Regelmäßige Wartungsarbeiten sind für die Sicherheit und Lebensdauer des Wechselrichters sehr wichtig. Optimal ist eine jährliche Inspektion. Defekte Komponenten müssen umgehend ausgetauscht werden.

• Der Wechselrichter darf keiner Feuchtigkeit oder starker Hitze ausgesetzt werden, da dies zu Schäden führen kann. Der Einbau sollte an einem trockenen, belüfteten Ort erfolgen.

• Vor Arbeiten am Wechselrichter muss dieser allpolig vom Netz und den Solarmodulen getrennt werden. Erst danach darf der Wechselrichter geöffnet werden.

• Die Bedienungsanleitung des Herstellers sollte genau beachtet werden. Alle Sicherheitshinweise sind einzuhalten.

• Bei unsachgemäßer Installation oder Wartung erlischt die Garantie. Zudem können Personen- oder Sachschäden entstehen. Daher ist die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften unbedingt erforderlich.