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Die Module produzieren Gleichstrom. Ihre elektrischen Geräte benötigen Wechselstrom. Das passt so noch nicht! Um den Solarstrom auch im Haus nutzen zu können (oder in das Netz einzuspeisen), muss er in Wechselstrom umgewandelt werden.

Genau das machen Wechselrichter (auch Spannungswandler genannt). Gleichzeitig steuern und überwachen sie die gesamte Anlage.

1. Welchen Wechselrichter brauche ich?

Der Wechselrichter richtet sich nach der Leistung der angeschlossenen Solarmodule. Die verfügbare Leistung beginnt bei zwei Kilowatt und geht bis in den Megawattbereich. 

Hier > Spannungswandler in unserem Shop

Typische netzgekoppelte Hausdachanlagen verfügen über mindestens einen Wechselrichter, oft jedoch mehrere – je nach Modulanzahl, Anlagenleistung, Konfiguration und Wechselrichtertyp.

  • 5 kW für typische private PV-Anlagen
  • 10–20 kW für gewerbliche Anlagen (z. B. Hallen- oder Scheunendächer)
  • 500–800 kW für den Einsatz in Solar-Kraftwerken.

Diese drei Typen sind die häufigsten Vertreter der Spannungswandler bei einer privaten Photovoltaikanlage:

  • Stringwechselrichter - Sind am günstigsten. Regeln einen Strang in Reihe geschalteter Solarmodule.
  • Multi-Stringwechselrichter - Sind am günstigsten. Regeln mehrer Sträng in Reihe geschalteter Solarmodule
  • Modul-Wechselrichter - Sind direkt in die einzelnen Module eingebaut. Regeln die Leistung effizienter. 

Experten raten bei einer Einfamilienhaus - PV-Anlage zu einem Wechselrichter mit einem Wirkungsgrad ab 96 Prozent aufwärts. Moderne Geräte bringen sogar einen Wirkungsgrad von bis zu 98 Prozent mit.

Bedenken Sie bei Ihrer Ertrags­kalkulation, dass der vom Hersteller angegebene Maximalwirkungsgrad nur selten erreicht wird. Sie sollten sich vielmehr am sogenannten Europäischen Wirkungsgrad orientieren. Der gibt einen an die Praxis genäherten Wert zum besseren Vergleichen von Wechselrichtern an.

1.1. Welchen Spannungswandler benötigt man für kleine Anlagen?

Solarmodule und aufgeladene Batterien liefern bekanntlich Gleichstrom. Normale technische Geräte im Haushalt benötigen aber Wechselstrom. Dafür gibt es dann auch für mobile und kleiner Systeme diese sogenannten Spannungswandler, welche den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln - von 12V oder 24V auf die benötigten 230 Volt.

Es gibt die großen Wechselrichter für Ihre PV-Anlage auf dem Hausdach oder kleiner Inverter bzw. Spannungswandler, die oftmals im Wohnmobil, Boot oder beim Camping eingesetzt werden, um auch dort die normalen Haushalts-Geräte, Radio, Ladegeräte etc. nutzen zu können. Auf diese kleineren Systeme gehen wir jetzt etwas genauer ein.

Der normale Wechselstrom im Haushalt wechselt in Form einer Sinus-Kurve. Ähnlich wie das Heulen einer Sirene zwischen laut und leise wechselt.
Nicht alle Spannungswandler erzeugen genau solch eine Sinus-Wechselspannung. Einige Geräte erzeugen einen Strom, der eher mit einem An-/Aus-Piepton vergleichbar ist – dies wird dann Rechteckspannung genannt.

Man unterscheidet also Spannungswandler welche Strom liefern mit:

  • echter Sinuskurve
  • modifizierte Sinuskurve
  • Rechteckspannung (eher selten und unter 100W Leistungsabgabe)

Die Frage ist nun, ob die von Ihnen genutzten Geräte eine Sinus-Kurve benötigen oder nicht. Die folgende Tabelle gibt eine ungefähre Übersicht welcher Spannungswandler wann funktioniert:

Rechteckspannung ausreichend modifizierter Sinuswelle  reine Sinuswelle
• Glühlampen (nicht LEDs)
• Toaster
• Handelsübliche Kaffeemaschinen (keine Pad- oder Kapselmaschinen)
• Wasserkocher

• TV
• Radio
• Notebooks / Laptop
• Elektrische Hauhaltsgeräte
• Rasierapperat

• Akku-Ladegeräte
• Kompressor Kühlschränke
• Schaltnetzteile
• LED Lampen
• Pad- oder Kapsel-Kaffeemaschinen
• Elektrische Zahnbürste

Wenn ein Gerät eine reine Sinuswelle benötigt aber nicht erhält kommt es teils zu folgenden Fehlern:

  • Netzteile werden wärmer als normal
  • Brummende Netzteile
  • Trackpad vom Notebook spinnt
  • Akkuladegeräte laden nicht vollständig

Es gilt: Je schlechter die Sinuskurve, umso unzuverlässiger ist der Betrieb einiger Geräte. Je glatter die Sinuskurve, umso besser.
Außerdem: Und um so glatter die Sinuskurve, um so teurer ist der Spannungswandler.

1.1.1. Wieviel Leistung muss mein Spannungswandler haben?

Das ist von der benötigten Geräteleistung abhängig.

Beispiel:

Haartrockner: 1200 W
Nutzungsdauer: 10 Minuten

Bei 1200W aus der 12V Batterie benötigt man 100 Ampere auf 10 Minuten gerechnet 17Ah (Ampere-Stunden).
Hat der genutzte Akku 120Ah verbraucht man also ca. 15% der Speicherkapazität des Akkus.
Bei Gel-,AGM- oder Nassbatterien sollte nicht mehr als 50% der Speicherkapazität entnommen werden, um die Lebensdauer zu optimieren. Damit käme man auf 30%, statt 15%.

Der verwendete Spannungswandler sollte übrigens nicht mit der angegebenen Maximal-Leistung betrieben werden. Diese ist nämlich nur dazu gedacht, Spannungsspitzen auszugleichen die beim Anlaufen einiger Geräte entstehen. Achten Sie also auf die angegebene „Dauerausgangsleistung“ des Spannungswandlers. Diese sollte für die benötigte Watt-Leistung der verwendeten Geräte ausreichend sein.

Kaufen Sie im Zweifel ein Gerät mit der nächsthöheren Leistungsstufe. Der Vorteil daran ist, dass man damit eine Leistungs-Reserve übrig hat, falls man doch einmal andere Geräte anschließen möchte.

Achten Sie beim Kauf also auf Qualität. Bei sehr günstigen reinen Sinuswandlern ist die Sinuswelle teilweise nicht so sauber wie angegeben. Das verursacht technische Probleme und man ärgert sich nur.

2. Wie teuer sind Wechselrichter?

Ca. 10 % der Investitionskosten entfallen für den Wechselrichter.

Preise für einen Wechselrichter hängen also in erster Line von der benötigten Leistung ab. Man rechnet aktuell:

  • Pro kW Wechselrichterleistung / ca. 200 €
  • Bsp 5 kW-Wechselrichter ca. 1.000

Werden mehrere Wechselrichter benötigt (Je nach Größe und Verschattung), steigen die Kosten.

Wechselrichter der Firma KACO

Es gibt Wechselrichter bzw. Inverter für netzgekoppelte PV-Anlagen und für Inselanlagen. Sie werden in ein- und dreiphasige, sowie Wechselrichter mit und ohne Transformator unterschieden.

In einer kleinen PV-Anlage kommen meist einphasige Wechselrichter zum Einsatz. Wenn möglich, werden transformatorlose Wechselrichter eingebaut. Sie sind etwas kleiner und leichter als Trafogeräte und besitzen einen höheren Wirkungsgrad.

Bei der Installation sollte die Belastung des Wechselrichters berücksichtigt wer­den. Bei starker Belastung erwärmen sich die Geräte, was zu einer momentanen Leistungsminderung führen kann. Ob die Montage an einem kühleren Ort sinnvoll ist - zum Beispiel im Keller statt auf dem Dachboden - hängt jedoch vom Einzelfall ab: Entscheidend ist das Spannungsniveau des Generators, denn es bestimmt die in den Gleichstrom-Leitungen anfallende Verlustleistung.  

Wenn Sie Dünnschichtmodule in Ihrer Solaranlage verwenden, lassen Sie sich von Ihrem Installateur die Eignung des ausgewählten Wechselrichters bestätigen.

2.1. Weitere Tipps für die Nutzung in PV-Anlagen

Der Wechselrichter ist eine zentrale und wichtige Komponente der Photovoltaikanlage. Fragen Sie den Solarteur (Solar-Installateur), was geschieht, wenn das Gerät ausfällt. Wie schnell kann der Hersteller reagieren?  

Ein kühler Standort für Wechselrichter von Photovoltaikanlagen ist der Keller oder ein anderer Nebenraum. Die Montage erfolgt am besten neben den Zählerschrank oder Sicherheitskasten. Der Montageort sollte kühl und staubfrei sein bei konstanter Luftfeuchtigkeit. Vorteil: Im Keller sind die Geräte gut zu erreichen, abzulesen und zu kontrollieren.

Der Wechselrichter sollte ein gutes Leistungs-Regelverhalten besitzen. Je größer der der MPP-Spannungsbereich, desto besser. Achten Sie auch auf die Geräuschpegel des Geräts. In Wohnräumen installiert, sollte der Pegel Ihres Wechselrichters um die 40 Dezibel betragen.

3. Was kann ein Wechselrichter?

Der umgangssprachlich bezeichnete „Wechselrichter“ heißt eigentlich Netzeinspeisegerät, kurz NEG oder auch Inverter genannt, denn er erfüllt in einer netzgekoppelten Anlage mehr Funktionen als nur das „Wechselrichten“ von Gleichstrom zu Wechselstrom.

3.1. Strom umwandeln

Wichtig ist hier der Umwandlungswirkungsgrad. Er gibt an, wie viel Gleichstrom als Wechselstrom wieder heraus kommt. Moderne Wechselrichter erreichen Wirkungsgrade von rund 98 Prozent.

Das NEG / der Wechselrichter regelt Strom und Spannung so, dass die Solaranlage wechselrichtereine höchstmögliche Leistung (Maximum Power point oder auch MPP-Tracking) ausgibt. Dafür stellt das Gerät schnell und genau den Arbeitspunkt auf der Stromspannungskennline des Modulstrings ein.

3.2. Überwachen von Störungen

Der Wechselrichter überwacht:

  • den Energieertrag der PV-Anlage und zeigt eventuelle Störungen
  • das Versorgungsnetzes an das die Anlage angeschlossen ist
    Bei Ausfall des öffentlichen Stromnetzes schaltet es sekundenbruchteilschnell die Solarstromanlage aus Sicherheitsgründen ab. Das NEG erfasst und speichert Betriebsdaten und Fehlermeldungen und macht diese Daten über ein Display sichtbar.

3.3. Monitoring & Datenlogger

Wechselrichter ermöglichen die Kontrolle und Überwachung sämtlicher Parameter, Betriebsdaten und Erträge. Teilweise können die Daten an einem Display abgelesen werden. Komfortabler wird es, wenn die Daten an eine App, Software oder eine Online-Plattform gesendet werden. Sie können dann z:b. Von Ihrem Computer aus Ihre Anlagen-Leistung einsehen.

Hiermit ist das Ablesen der Betriebskennwerte am PC oder per Fernabfrage möglich. Dafür werden sogenannte Datenlogger genutzt, die über eine Schnittstelle an den Wechselrichter angeschlossen sind. Bei gleichmäßiger Sonnenbestrahlung aller Module wird ein Wechselrichter eingesetzt. Sind die Module auf verschieden ausgerichteten Dachflächen angebracht, wie Süd und Süd-West-Fläche, dann setzt man für die jeweiligen Modulflächen separate Wechselrichter ein.

4. Wechselrichter-Typen & Technik 

4.1. Modulwechselrichter

Modulwechselrichter befinden sich direkt am Modul, meist in der Modulanschlussdose eingebaut.

Hierbei  handelt es sich um einen DC-DC-Wandler, der die Spannung so einstellt, dass das angeschlossene Modul in seinem Maximum-Power-Point (MPP) betrieben wird.

Sie werden für Solarmodul-Leistungen von 100  bis 1400 Wp angeboten. Ein Trenntransformator dient der Sicherheit.

Vorteile:

  • Da jeder Modulwechselrichter für sich arbeitet, stört keine Teilbeschattung.
  • Deshalb werden Modulwechselrichter eingesetzt, wenn einzelne Module im Tagesverlauf verschattet werden.
  • Geeignet als Ergänzung bestehender Anlagen oder als Einstieg mit wenig Modulen (Balkonanlage)

Nachteile:

  • Teurer in der Anschaffung

4.2. Strangwechselrichter / Stringwechselrichter

Strangwechselrichter sind die heute am weitesten verbreiteten Wechselrichter in der Photovoltaik.

Sie sind über ein Kabel mit mehreren in Reihe geschalteten Solarmodulen (Strang) verbunden.

Leistung: 500 bis 2.000 Wp

Vorteile:

  • Vergleichsweise günstig

Nachteile sind:

  • Module in Reihe – Die Leistung der Anlage richtet sich nach dem schwächsten Modul.
  • Alle Stränge müssen gleich lang sein, gleiche Anzahl Module haben / gleicher Winkel. =>kann zu verschwendeten Platz auf dem Dach führen
  • Gleichstromleistungen der Module haben hohe Spannungen. => Risiko für Installteure und Feuerwehrleute
  • Kein Monitoring für einzelne Module möglich – Fernwartung ist damit nicht möglich.

4.3. Multistrangwechselrichter

Ein- oder dreiphasiger Wechselrichter, der mit mehr als einem MPP-Tracker für mehrere Stränge (auch unterschiedlichen) von Solarmodulen ausgestattet ist.

4.4. SolarEdge-Technologie mit Leistungsoptimierer

Der Wechselrichter von SolarEdge in Kombination mit den entsprechenden Leistungsoptimierern bietet einige Vorteile.

Der Leistungsoptimierer von SolarEdge ist ein DC/DC Wandler, der vom Installateur an jedes PV-Modul angeschlossen oder bereits vorab integriert wird und die normale PV-Anschlussdose ersetzt.

Vorteile der Leistungsoptimierer sind:

  • Steigern den Energieertrag, indem der Punkt der maximalen Leistungsabgabe (MPPT) für jedes Modul einzeln gesucht wird.
  • feste Strangspannung
  • Ausrichtung, Neigung und Modultyp im selben Strang sind flexibler
  • Überwachung der einzelnen Module & Monitoring
  • damit verbesserte, kostengünstige Wartung auf Modulebene

Da die Spannungsregelung so schon erledigt ist , übernimmt der Wechselrichter nur noch die Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom. Vorteil:

  • weniger komplexer Wechselrichter
  • damit kostengünstiger und zuverlässiger


4.5. Zentralwechselrichter

Zentralwechselrichter sind große Spannungswandler für große Dachanlagen. Die Geräte sind meistens in einem eigenen Raum untergebracht sind. Der Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad. Zentral-Wechselrichter haben trotz größerer Leistung lediglich einen MPP-Tracker. Sie eignen sich hervorragend für Großanlagen mit homogenem Generator.

Nachteil: Bei einer Störung ist der gesamte Anlagenteil außer Betrieb.

Leistung: 20 kW bis 1.000 kW.

4.6. Wechselrichter für Dünnschichtzellen

Dünnschichtzellen werden in Zukunft wahrscheinlich eine größere Rolle spielen als bisher. Diese Module stellen aber an die Wechselrichter besondere Anforderungen, denn sie unterscheiden sich in ihren elektrischen Eigenschaften von den kristallinen Modulen, zum Beispiel bieten Dünnschichtmodule ein breites Feld an Spannungen. Deshalb müssen die Wechselrichter für einen höheren Spannungsbereich dimensioniert werden.

4.7. Hybridwechselrichter

Dieser ist Kombination aus Wechselrichter und Speicher (intern oder extern). Er wird eingesetzt, wenn eine unterbrechungsfreien Stromversorgung benötigt wird. 

4.8. MPP-Tracking - Maximum Power Point (MPP)

Der Maximum Power Point (MPP) eines Strings (oder Moduls) ist der Punkt, an dem das Solarmodul die höchste Leistung erbringt und ist abhängig von:

  • Spannung
  • Stromstärke
  • Einstrahlung
  • Temperatur

Da sich diesen Punkt bei der Solaranlage im Verlauf eines Tages ständig ändert ist Technik nötig um die Anlage zu optimieren.

Der MPP-Tracker im Wechselrichter übernimmt diese Arbeit! Er berechnet anhaand von Sonneneinstrahlung, der Temperatur und individuellen Moduleigenschaften den MPP und regelt die Photovoltaikanlage jeweils so, dass der höchste Ertrag erreicht wird.

Inzwischen gibt es auch Wechselrichter für Solaranlagen, die zeitweise teil-verschattet sind. Die MPP-Tracker sind dann speziell darauf abgestimmt. Die Funktionen des MPP-Trackers werden von Mikrocontrollern übernommen - Hersteller haben eigene Algorithmen und die Software, nach denen das MPP-Tracking erfolgt zu optimieren.

5. Was ist bei der Verkabelung der Spannungwandler wichtig?

Es klingt profan, sie sind aber nicht zu vernachlässigen: die Kabel der Photovoltaikanlage. Verlegen Sie nur Solarkabel. Denn weil mit Gleichstrom hantiert wird, müssen im Unterschied zu Wechselstrom hohe Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden. So dürfen nur einadrige Kabel verlegt werden. Die Kabel müssen doppelt isoliert, extrem wetter- und erhöht temperaturbeständig, halogenfrei sowie UV-stabil sein.

Denken Sie daran, dass die Photovoltaik-Kabel Ihrer Anlage mindestens 20 bis 30 unter Umständen aber sogar 50 Jahre halten sollen. Achten Sie auch beim Angebot des Solaranlageninstallateurs darauf, dass die Kabel als Solarkabel ausgewiesen sind.

Mit einem gut bemessenen Kabeldurch­schnitt wird der Stromverlust niedrig gehalten. Es wird ein Kabelquerschnitt von mindestens 4 mm2 empfohlen, dieser ist aber von der Verkabelung abhängig.

Je länger, desto höher ist der Widerstand des Solarkabels – und desto größer ist der Stromverlust allein über das Solar-Kabel. Bei einem Einfamilienhaus ist das kein Problem. Bei Gebäuden, in denen eine größere Strecke überbrückt werden muss, sollte man deshalb nicht geizen.

5.1. Anschlüsse der Photovoltaikanlage

Und auch bei den Anschlüssen der Photovoltaikanlage gilt es, Wert auf allerhöchste Qualität zu legen. Denn hier bedeutet billig kaufen nicht nur zwei Mal kaufen: Davor stehen eine auf­wändige Fehlersuche und dann noch Zeit und Arbeit, diese zu beheben. Zu den Anschlussarten: Es gibt Schraubklemmen, Schraubverbindungen, Federzug­klemmen und Steckverbinder. Letztere empfehlen Fachleute als besonders praktisch und sicher.

Achten Sie bei der Installation auf kurze Kabelabstände zwischen Solarmodulen, An­schlusskasten und Wechselrichter. Ist der Wechselrichter im Keller, können die Solarkabel über Kabelschächte oder andere Versorgungskanäle wie stillgelegte Schornsteine oder an der Außenwand des Hauses nach unten geführt werden.

6. Das sind die Wechselrichter-Hersteller

Hier erhalten Sie eine kleine Auswahl bekannter Hersteller:

Deutschland Landesflagge Advanced Energy Metzingen (Baden-Württemberg)
  • Anbieter von Stringwechselrichtern von 1,8 bis 333 kW
  • ehemals Refusol
AEG Power Solutions Zwanenburg (Niederlande)  
Deutschland Landesflagge Conergy Hamburg (Hamburg)
  • das Wechselrichter-Geschäft wurde 2011 von Bosch übernommen
Dänemark Flagge Danfoss

Nordborg, Dänemark

Offenbach a. M. (Hessen)

  • Danfoss verbreit seine Wechselrichter in Deutschland über SMA
Delta Energy

Taipei, Taiwan

  •  der taiwanesische Wechselrichter-Anbieter unterhält Standorte in Teningen (Baden-Württemberg) und Soest (Nordrhein-Westfalen)
Deutschland Landesflagge Diehl Controls Wangen im Allgäu (Baden-Württemberg)
  • das PLATINUM® Produktsortiment umfasst Stringwechselrichter der Leistungsklassen 2 bis 22 kW
  • die Diehl-Gruppe ist auch einer der größten Rüstungskonzerne und Luftfahrtausrüster Deutschlands
Österreichische Flagge Fronius International GmbH Pettenbach, Österreich  
Deutschland Landesflagge Inventux Solar Technologies

Berlin (Berlin)

  •  +++ UPDATE: Inventux hat am 19.05.2014 Insolvenz angemeldet +++
Deutschland Landesflagge KACO Neckarsulm (Baden-Württemberg)
  •  KACO produziert neben einer großen Wechselrichter-Produktserie auch Photovoltaik-Energiespeichersysteme
Deutschland Landesflagge Kostal Lüdenscheid (NRW)
  •  Kostal bietet ein Produktspektrum von 1,5 bis 10 kW
Mastervolt

Amsterdam, Niederlande

Köln (Nordrhein-Westfalen)

  •  Mastervolt bietet Solar-Wechselrichter bis 30 kW an
Deutschland Landesflagge SMA Kassel (Hessen)
  • SMA ist der weltgrößte Hersteller von Wechselrichtern für Photovoltaikanlagen
  • SMA gewann in den vergangenen Jahren viele Preise in den Kategorien "Deutschlands bester Arbeitgeber" sowie "Deutscher Fairness Preis" 
  SolarMax Sales and Service GmbH

Biel/Bienne, Schweiz

Neuhausen auf den Fildern (Baden-Württemberg)

  • die Solar-Wechselrichter von Sputnik sind unter dem Namen SolarMax bekannt
  • Wechselrichter von 2 kW bis 1,44 MW
  • +++ UPDATE Dezember 2014: Sputnik Engineering musste Insolvenz anmelden +++
  • +++ UPDATE August 2015: Die Solar-Wechselrichter-Produktion wurde unter dem Namen SolarMax wieder aufgenommen +++
Deutschland Landesflagge Sunways Konstanz (Baden-Württemberg)
  •  die Photovoltaik-Wechselrichter von Sunways wurden von der Zeitschrift Photon teilweise mit der Note "sehr gut" bewertet
  • +++ UPDATE: am 21.03.2014 meldete Sunways Insolvenz an +++
Xantrex / Schneider Electric Vancouver (Kanada)  
Contact Person Autor des Artikels: Jascha Schmitz - Redakteur der Umweltportale: Solaranlagen-portal.de | Ihr-BHKW.de | Ihre-Waermepumpe.de | klaeranlagen-vergleich.de

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