Solarenergie erfreut sich wachsender Beliebtheit. Kein Wunder: Sie ist effizient, kostengünstig und schafft Unabhängigkeit. Es reichen ein paar Solarmodule auf dem Dach – und schon fließt selbst erzeugter Sonnenstrom aus der Steckdose, richtig? Halt, ein essenzieller Bestandteil der Photovoltaik-Anlage fehlt: der Wechselrichter. Er gilt als das Herz und Hirn eines jeden PV-Systems. Aber was macht ein Wechselrichter eigentlich? Und: Brauche ich einen Wechselrichter mit oder ohne Hybridfunktion?
Die Aufgabe der PV-Module am Dach oder Balkon liegt auf der Hand: Durch den photoelektrischen Effekt löst das Sonnenlicht Elektronen aus der Metallfläche. Diese beginnen zu fließen – dadurch wird Lichtenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt.
Doch wie geht es danach weiter? Warum reichen PV-Module allein nicht aus, um vom selbst erzeugten Strom zu profitieren? Wozu benötigen PV-Anlagen Wechselrichter und welchen Zweck erfüllt dieses unscheinbare Gerät, das meist im Keller oder in der Garage untergebracht ist?
Warum Strom nicht immer gleich Strom ist und was dies mit einer weltbekannten australischen Rock-Band zu tun hat, das klären wir hier.
AC/DC ist nicht nur eine Band
Fast jeder von uns hat schon mal von der Band AC/DC gehört. Ihre Namenswahl ist mehr als eine bloße Aneinanderreihung von Buchstaben. Sie bezeichnet zwei grundverschiedene Stromarten mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungsgebieten.
Denn „AC“ steht für „alternating current“, was auf Deutsch „Wechselstrom“ bedeutet. Er wechselt regelmäßig die Fließrichtung und seine Spannung schwankt. Sein größter Vorteil liegt in der unkomplizierten Übertragung über große Entfernungen. Daher arbeiten Kraftwerke und Umspannwerke mit Wechselstrom. Leistungsstarke Haushaltsgeräte wie z. B. der Backofen und der Kühlschrank sind ebenfalls auf Wechselstrom angewiesen.
Akkus und Batterien funktionieren mit Gleichstrom, weshalb viele digitale Endgeräte wie zum Beispiel Smartphones und Laptops diesen nutzen. Um ihre Akkus zu laden, muss das Ladegerät den Wechselstrom aus der Steckdose zuvor in Gleichstrom umwandeln.
Hinter der Abkürzung „DC“ steckt mit „direct current“ wiederum der Gleichstrom. Er fließt durchgehend in eine Richtung. „Wenn Sonnenstrahlen auf die Module Ihrer PV-Anlage treffen, wandeln die Solarzellen die Lichtenergie in elektrische Energie um. Diese ändert ihre Richtung nicht. Es handelt sich folglich um Gleichstrom“, erklärt Michael Raunigg, Solarenergie-Experte bei Fronius International.
Herz und Hirn der PV-Anlage
Genau hier kommt ein Wechselrichter ins Spiel. „Er wandelt den von den PV-Modulen kommenden Gleichstrom in Wechselstrom um. Auf diese Weise macht er die Sonnenenergie im Haushalt erst nutzbar. Elektrische Geräte wie der Fernseher oder der Geschirrspüler können den Solarstrom dann verbrauchen“, so Michael Raunigg weiter. Was übrig bleibt, kann der Wechselrichter ins öffentliche Netz einspeisen oder in einen Batteriespeicher laden.
Die Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom ist die Hauptaufgabe eines Wechselrichters, aber bei Weitem nicht seine einzige. Er erledigt unter anderem noch folgende Aufgaben:
- Ertragsoptimierung: Im Wechselrichter befinden sich mehrere MPPTs. Das steht für „Maximum Power Point Tracker“. Sie ermitteln jenen Punkt auf der Leistungskurve eines PV-Modul-Strangs, an dem die Kombination aus Spannung und Stromstärke die maximale Leistung erzielt.
- Visualisierung: Monitoring-Apps, z. B. Fronius Solar.web, fassen alle Anlagendaten wie Stromerzeugung und -verbrauch, Batterieladestand und Netzeinspeisung anschaulich zusammen. Bei intelligenten Wechselrichtern können Sie über eine solche Anwendung Einstellungen vornehmen. Voraussetzung dafür ist ein sogenannter Smart Meter, ein bidirektionaler Stromzähler, der dem Wechselrichter wichtige Daten liefert.
- Eigenverbrauchsoptimierung: Die Schnittstellen des Wechselrichters ermöglichen die Einbindung weiterer Geräte wie Energiespeicher, Ladestationen für E-Fahrzeuge und Wärmeerzeuger (Wärmepumpen, Boiler, etc.) ins PV-System. Auf diese Weise können Anlagenbesitzer/-innen ihre Eigenverbrauchsrate optimieren und mehr aus ihrem Solarstrom herausholen.
So weit, so gut. Die Grundfunktionen eines Wechselrichters haben wir damit grob zusammengefasst. Doch welcher ist der richtige für Sie?
Von Mikro- bis Hybridwechselrichtern – welcher ist der richtige für mich?
Den aufmerksamen Leserinnen und Lesern wird aufgefallen sein, dass wir bei Weitem noch nicht alle Aspekte von PV-Anlagen-Wechselrichtern beleuchtet haben. Nach den Grundlagen wollen wir deshalb tiefer in die Materie eintauchen und uns topaktuellen Themen wie Notstrom, Hybrid-Wechselrichtern und Balkonkraftwerken widmen. Außerdem gehen wir der Frage nach, was es mit der 1- und 3-Phasigkeit auf sich hat und welcher Wechselrichter die ideale Wahl für Sie ist.
1. Hybrid-Wechselrichter
Die Begriffe „Notstrom“, „Full Backup“ und „Hybrid-Wechselrichter“ sind eng miteinander verwoben. Michael Raunigg erklärt: „Ein so genannter Hybrid-Wechselrichter ermöglicht den Full Backup-Modus. Bei einem Netzausfall bleibt durch ihn das Stromnetz des Haushalts aufrechterhalten. Z. B. während einer Netzabschaltung aufgrund von Wartungsarbeiten oder durch Sturmschäden.“
Während einige Geräte ohne Hybridfunktion zwar einzelne abgesicherte Steckdosen oder Stromkreise im Notstromfall versorgen können, sind Hybrid-Wechselrichter die einzigen, die mit einem Batteriespeicher kommunizieren und diesen auf- und entladen können. Sowohl für die automatische als auch für die manuelle Aktivierung des Full Backup-Modus sind Umschaltkomponenten erforderlich, die das PV-System vom öffentlichen Netz trennen. Beispiele dafür sind der Fronius Backup Switch sowie der Backup Controller. Nur die Kombination aus Hybrid-Wechselrichter, Batteriespeicher und Umschaltkomponente ermöglicht eine verlässliche Stromversorgung des gesamten Haushalts über eine längere Zeitspanne von einigen Stunden bis Tagen. Die Zuverlässigkeit der Stromversorgung hängt ab von:
- Der Sonneneinstrahlung
- Dem Stromverbrauch
- Der PV-Anlagen-Dimensionierung
- Der Batteriespeicher-Dimensionierung
2. String-Wechselrichter
String-Wechselrichter bündeln die Energie aus mehreren, in Serie geschalteten PV-Modulen. Dabei sind mehrere solcher Strings pro Wechselrichter möglich. Die einzelnen MPP-Tracker erlauben die Realisierung von komplexen Anlagendesigns, etwa mit unterschiedlichen Ausrichtungen. Auch Hybrid-Wechselrichter können auf der String-Wechselrichter-Technologie basieren. Umgekehrt verfügt nicht jeder String-Wechselrichter über eine Hybridfunktion.
3. Mikrowechselrichter
Kommen wir zu den kleinsten ihrer Art – den Mikrowechselrichtern. Sie finden ihre Anwendung in kleinen Photovoltaik-Anlagen bis maximal 800 Watt Ausgangsleistung, z. B. in Balkonkraftwerken. Dabei erfüllen sie dieselben Grundaufgaben wie jeder Wechselrichter, sind jedoch in der Regel kleiner. Teilweise sind Balkonkraftwerke als Komplettsets erhältlich, doch oft sind PV-Module und dazu passender Wechselrichter getrennt zu kaufen.
4. Projektwechselrichter
Auf der anderen Seite des Leistungsspektrums finden sich Projektwechselrichter, die wir der Vollständigkeit halber erwähnen. Sie liefern genügend Leistung für gewerbliche PV-Anlagen wie etwa E-Ladeparks bei Einkaufszentren oder für industrielle Produktionshallen und große landwirtschaftliche Betriebe.
1-phasiger oder 3-phasiger Wechselrichter: Welchen brauche ich?
Kommen wir zum letzten, aber keineswegs unwichtigsten Punkt unseres Wechselrichter-Einstiegskurses: die 1- bzw. 3-Phasigkeit. Hinter der komplex wirkenden Terminologie steckt nichts anderes als die Anzahl der Kabel in einem Stromnetz. In 1-phasigen Stromnetzen gibt es neben dem Neutral- und dem Schutzleiter eine so genannte Phase – so bezeichnet man jenen Leiter, der den Strom führt. 3-phasige Netze verfügen demnach nicht nur über einen solchen Leiter, sondern über drei. Das bedeutet, sie können bis zu drei Mal so viel Leistung führen als ihr 1-phasiges Pendant. 3-phasige Netze sind demnach bei gleichbleibender Stromstärke leistungsstärker.
Genauso verhält es sich mit 1- und 3-phasigen Wechselrichtern: „Bei Fronius unterscheiden wir zwischen dem einphasigen Primo und dem dreiphasigen Symo. Geräte, die mit drei Strom führenden Leitern arbeiten, können bis zu drei Mal so viel Wechselstrom ins Haushalts- bzw. öffentliche Netz einspeisen wie 1-phasige Wechselrichter. Das ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn mehrere stromintensive Geräte oder 3-phasige Verbraucher wie Wärmepumpen, E-Auto-Ladestationen oder große Maschinen gleichzeitig betrieben werden“, fasst Michael Raunigg die wichtigsten Unterschiede zusammen.
Warum gibt es überhaupt 1-phasige Wechselrichter?
Das ist eine berechtigte Frage. Warum sollte sich jemand für einphasige Geräte entscheiden, wenn drei Phasen deutlich mehr Leistung erlauben? Hier kommen regionale Unterschiede zum Tragen. Nicht überall ist das Haushalts- oder öffentliche Stromnetz weit genug ausgebaut, um die Leistung voll auszunutzen, die ein dreiphasiger Wechselrichter bereitstellt.
3-phasige Stromnetze – nicht nur für die Industrie, sondern auch im Haushalt – sind allen voran in Europa vorherrschend. Kontinente wie Nordamerika setzen dagegen auf 1-phasige Netze.
Startklar?
Na, ist der Wechselrichterdschungel etwas lichter geworden? Wir hoffen, wir konnten Ihre brennendsten Fragen rund um das Herz und Hirn einer jeden PV-Anlage beantworten.
Sie sind noch unsicher, was die richtige Leistungsklasse für Ihren Haushalt ist? Um diese Frage dreht sich der folgende Blogeintrag: Wie viele kWp brauche ich?
Gerne können Sie sich auch an einen unserer Fronius Partnerinstallateure wenden. Diese beraten Sie gerne und konfigurieren eine auf Sie zugeschnittene PV-Anlage. Hier informieren.
Auf unserem YouTube-Kanal informieren wir Sie in zahlreichen Webinaren und How-to-Videos über unsere Produkte und Lösungen und verraten Ihnen darüber hinaus zahlreiche Tipps und Tricks, wie Sie das Maximum aus Ihrer PV-Anlage herausholen.
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