Modulwechselrichter: Vor- und Nachteile, Kosten, Hersteller

Was ist ein Modulwechselrichter?

Ein Modulwechselrichter ist eine spezielle Art von Wechselrichter, der für Photovoltaikanlagen verwendet wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wechselrichtern, die die Gleichspannung des gesamten Solarmodulfeldes in Wechselspannung umwandeln, wandelt ein Modulwechselrichter die Gleichspannung jedes einzelnen Solarmoduls separat in Wechselspannung um.

Modulwechselrichter sind kompakte Geräte, die direkt an der Rückseite jedes Solarmoduls montiert werden. Sie bestehen aus einem Gleichrichter, der die Gleichspannung des Moduls in eine hochfrequente Wechselspannung umwandelt, sowie einem Wechselrichter, der diese hochfrequente Wechselspannung in eine netzkompatible Wechselspannung umwandelt.

Der Hauptunterschied zu herkömmlichen Wechselrichtern liegt darin, dass jedes Solarmodul unabhängig voneinander arbeitet. Dadurch können Modulwechselrichter die Leistung jedes einzelnen Moduls optimieren und sind weniger anfällig für Verschattungen oder Modulausfälle, die bei herkömmlichen Wechselrichtern die Leistung des gesamten Solarmodulfeldes beeinträchtigen können.

Wann sollten Sie über Modulwechselrichter nachdenken?

Modulwechselrichter sind besonders für Anwendungen geeignet, bei denen die Photovoltaik-Module einer unregelmäßigen Beschattung oder unterschiedlichen Ausrichtungen ausgesetzt sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wechselrichtern, die die gesamte Solaranlage als eine Einheit behandeln, optimieren Modulwechselrichter die Leistung jedes einzelnen Moduls individuell.

Wenn Teile der Solaranlage durch Bäume, Schornsteine oder andere Objekte beschattet werden, kann dies bei herkömmlichen Wechselrichtern zu erheblichen Leistungseinbußen führen. Mit Modulwechselrichtern wird die Leistung der unbeschatteten Module nicht beeinträchtigt. Ähnliches gilt für Dächer mit unterschiedlichen Ausrichtungen oder Neigungswinkeln - Modulwechselrichter maximieren die Erträge aus jeder individuellen Modulausrichtung.

Auch bei komplexen Dachformen oder der Integration von Solarmodulen in Fassaden können Modulwechselrichter von Vorteil sein. Ihre modulare Bauweise ermöglicht eine flexible Anordnung und Skalierung der Photovoltaik-Anlage nach den örtlichen Gegebenheiten.

Vorteile von Modulwechselrichtern

Modulwechselrichter bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Stringwechselrichtern:

Höhere Erträge: Da jedes Modul mit einem eigenen Wechselrichter ausgestattet ist, wird die Leistung optimal genutzt. Selbst wenn ein Modul teilweise verschattet oder verschmutzt ist, beeinträchtigt dies nicht die Leistung der anderen Module. Bei Stringwechselrichtern wirkt sich die Verschattung oder Verschmutzung eines Moduls auf die gesamte Strings aus.

Modularität: Modulwechselrichter erlauben eine einfache skalierbare Erweiterung der Anlage. Weitere Module mit Wechselrichtern können jederzeit hinzugefügt werden, ohne dass bestehende Komponenten angepasst werden müssen.

Monitoring auf Modulebene: Die Leistungsdaten jedes einzelnen Moduls können überwacht werden, was eine genaue Fehleranalyse und Überwachung des Anlagenzustands ermöglicht.

Längere Lebensdauer: Da die Wechselrichter im Freien direkt am Modul montiert sind, sind sie weniger Hitzebelastung ausgesetzt als zentrale Wechselrichter. Dies verlängert ihre Lebensdauer.

Kein Mehrstringsystem erforderlich: Stringwechselrichter erfordern teure Verkabelungen und Combiner-Boxen für mehrere Strings. Bei Modulwechselrichtern entfallen diese Komponenten.

Nachteile von Modulwechselrichtern

Trotz ihrer Vorteile haben Modulwechselrichter auch einige Nachteile, die man berücksichtigen sollte:

Höhere Investitionskosten: Der Einsatz von Mikrowechselrichtern ist in der Anschaffung teurer als ein einzelner zentraler Wechselrichter für die gesamte Anlage. Die höheren Stückkosten können die Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage deutlich erhöhen.

Potenzielle Ausfallpunkte: Da jedes Modul seinen eigenen Wechselrichter hat, gibt es mehr potenzielle Ausfallpunkte im System. Ein Defekt an einem Mikrowechselrichter kann das gesamte Modul außer Betrieb setzen.

Ersatzteilproblematik: Sollte ein Mikrowechselrichter defekt sein, muss das gesamte Modul ausgetauscht werden, da die Wechselrichter fest am Modul verbaut sind. Dies kann zu höheren Kosten und Ausfallzeiten führen.

Geringere Effizienz: Mikrowechselrichter arbeiten typischerweise etwas weniger effizient als zentrale Wechselrichter, was zu leicht verringerten Erträgen führen kann.

Begrenzte Leistung: Die Leistung von Mikrowechselrichtern ist auf das einzelne Modul begrenzt. Bei großen Anlagen kann dies zu Einschränkungen führen.

Wärmeproblematik: Da die Wechselrichter direkt am Modul verbaut sind, können sie stärker Hitzeeinwirkungen ausgesetzt sein, was die Lebensdauer beeinträchtigen kann.

Funktionsweise von Modulwechselrichtern

Modulwechselrichter, auch als Mikrowechselrichter bekannt, wandeln die Gleichspannung, die von einer einzelnen Solarmodulstrang erzeugt wird, direkt in Wechselspannung um. Jedes Solarmodul hat seinen eigenen kleinen Wechselrichter, der an der Rückseite des Moduls angebracht ist.

Der Vorgang der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom durch einen Modulwechselrichter lässt sich in vier Hauptschritte unterteilen:

1. Gleichrichtung: Die vom Solarmodul erzeugte Gleichspannung wird zunächst von einem Gleichrichter in eine geglättete Gleichspannung umgewandelt.

2. Aufwärtswandlung: Ein DC/DC-Wandler erhöht diese geglättete Gleichspannung auf die für die Wechselrichterstufe erforderliche Spannung.

3. Wechselrichter: Der Wechselrichter wandelt die hochgespannte Gleichspannung mithilfe von Leistungshalbleitern in eine Wechselspannung mit der gewünschten Frequenz (normalerweise 50 oder 60 Hz) um.

4. Filterung: Schließlich wird die Wechselspannung gefiltert, um Oberwellen und Verzerrungen zu minimieren, bevor sie in das Wechselstromnetz eingespeist wird.

Jeder dieser Schritte wird von einer komplexen Steuerungselektronik überwacht und gesteuert, die in den Modulwechselrichter integriert ist. Diese Steuerung optimiert den Energieertrag des einzelnen Solarmoduls und passt die Ausgangsleistung kontinuierlich an die Bedingungen an.

Kosten von Modulwechselrichtern

Die Kosten für Modulwechselrichter sind in der Regel höher als für einen zentralen String-Wechselrichter. Dies liegt daran, dass für jedes Solarmodul ein eigener Mikrowechselrichter benötigt wird. Die Investitionskosten setzen sich aus den Kosten für die Mikrowechselrichter selbst sowie den Installations- und Verkabelungskosten zusammen.

Ein Mikrowechselrichter kostet typischerweise zwischen 100 und 200 Euro pro Stück. Bei einer durchschnittlichen Photovoltaik-Anlage mit 20 Modulen würden somit allein für die Wechselrichter Kosten von 2.000 bis 4.000 Euro anfallen. Hinzu kommen die Installations- und Verkabelungskosten, die je nach Komplexität der Anlage zwischen 500 und 2.000 Euro liegen können.

Im Vergleich dazu ist ein zentraler String-Wechselrichter deutlich günstiger in der Anschaffung. Die Kosten liegen hier bei etwa 1.000 bis 3.000 Euro für eine 20 Module umfassende Anlage. Allerdings müssen bei String-Wechselrichtern zusätzliche Komponenten wie Stringboxen verbaut werden, was die Kosten erhöht.

Langfristig können sich die höheren Investitionskosten für Mikrowechselrichter jedoch durch die Mehrenergieerträge und die längere Lebensdauer amortisieren. Insgesamt sind die Kostenunterschiede aber eher gering, so dass andere Faktoren wie Schattenwurf oder Modulausrichtung bei der Entscheidung eine größere Rolle spielen sollten.

Hersteller von Modulwechselrichtern

Auf dem Markt für Mikrowechselrichter gibt es einige namhafte Hersteller und Marken.

Growatt ist einer der Pioniere und Marktführer im Bereich Wechselrichter und zählt mit seinem breiten Produktangebot – von kostengünstigen Einstiegslösungen bis hin zu hocheffizienten High-End-Produkten – zur weltweit besten Marke.

Alternativen zu Modulwechselrichtern

Modulwechselrichter sind nicht die einzige Möglichkeit, um die Leistung einer Photovoltaikanlage zu optimieren. Es gibt verschiedene andere Lösungen, die als Alternative in Betracht gezogen werden können.

Leistungsoptimierer: Leistungsoptimierer sind kleine Geräte, die an jedes Solarmodul angeschlossen werden. Sie überwachen und optimieren die Leistung jedes einzelnen Moduls, um die Gesamtleistung der Anlage zu maximieren. Im Vergleich zu Modulwechselrichtern sind Leistungsoptimierer oft kostengünstiger und einfacher zu installieren.

Strang-Wechselrichter: Strang-Wechselrichter sind größere, zentrale Wechselrichter, die mehrere Strings (Reihen von Solarmodulen) verwalten können. Sie bieten eine höhere Leistung als Modulwechselrichter und sind oft die kostengünstigere Lösung für größere Anlagen. Allerdings können sie nicht die Leistung einzelner Module optimieren.

Hybrid-Wechselrichter: Hybrid-Wechselrichter kombinieren die Vorteile von Strang- und Modulwechselrichtern. Sie bestehen aus einem zentralen Wechselrichter und integrierten Leistungsoptimierern für jedes Modul. Dadurch können sie die Leistung der gesamten Anlage sowie einzelner Module optimieren, sind aber oft teurer als reine Strang- oder Modulwechselrichter-Lösungen.

Die Wahl der richtigen Alternative hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Größe der Anlage, den Beschattungsbedingungen, dem Budget und den spezifischen Anforderungen des Projekts. Eine sorgfältige Bewertung aller Optionen ist ratsam, um die bestmögliche Lösung für Ihre Photovoltaikanlage zu finden.