Der Wechselrichter im Detail

Verschaltungsmöglichkeiten mit den PV-Modulen

Bei der Verschaltung von PV-Modulen mit einem Wechselrichter gibt es zwei Optionen: parallel oder in einem String (Reihenschaltung). Beide Möglichkeiten wirken sich auf den Strom, die Spannung und die Leistung einer PV-Anlage aus. Daher ist es wichtig, die Unterschiede zwischen den beiden zu kennen.

Bei einer parallelen Verdrahtung wird jedes Modul mit dem nächsten Modul in einer "Daisy Chain" verbunden. Dadurch addiert sich der Strom jedes einzelnen PV-Moduls, die Spannung bleibt jedoch gleich. Das bedeutet, dass die Leistung der anderen Module nicht beeinträchtigt wird, wenn ein Modul nicht richtig funktioniert oder ausfällt. Außerdem können bei einer parallelen Konfiguration Module je nach Bedarf hinzugefügt oder entfernt werden, was sie zu einer flexibleren Option macht. Eine parallele Verdrahtung kann jedoch komplizierter zu installieren sein und erfordert mehr Kabel, was die Kosten erhöht.

Bei einer Stringverdrahtung hingegen werden alle Module in Reihe geschaltet, wie bei einer Lichterkette. Das bedeutet, dass sich die Spannung zwischen allen Modulen addiert, der Strom jedoch gleich bleibt. Wenn also ein Modul nicht richtig funktioniert, beeinträchtigt dies die Leistung des gesamten Strings und die maximal mögliche Leistung wird stark beeinträchtigt. Um den entgegen zu wirken haben moderne Module sogenannte Bypass Dioden, welche ein Modul kurzschließen, falls es ausfällt. Dadurch sinkt die Leistung des Strings maximal um die Leistung des Moduls. Die Stringverdrahtung ist in der Regel einfacher zu installieren und erfordert weniger Kabel, was zu geringeren Kosten führen kann. Außerdem können moderne Wechselrichter besser mit größeren Spannungen als Strömen umgehen.

Wichtig ist auch, dass die Leistung einer PV-Anlage sowohl von der Stromstärke als auch von der Spannung abhängt, so dass beide Verkabelungsoptionen ihre eigenen Besonderheiten haben, um eine maximale Leistung zu erhalten. Bei der Parallelverdrahtung wird die Ausgangsleistung durch Addition der Ströme von jedem PV-Modul bestimmt. Die Spannung ist immer gleich. Fällt nun ein Modul aus hat das auf die übrigen Module keinen Einfluss. Dem gegenüber wird bei der Reihenschaltung die Ausgangsleistung durch die niedrigste PV-Moduel Leistung im String bestimmt, da der Stromfluss direkt reduziert wird. Das heißt, wenn ein Modul nicht richtig funktioniert, kann dies die Leistung des gesamten Strangs verringern.

Es ist erwähnenswert, dass die Anwendungsfälle für jede Verkabelungskonfiguration unterschiedlich sein können. Die Parallelverdrahtung wird in der Regel für sehr kleine Anlagen (unter 4 kWp) oder für Anlagen verwendet, bei denen die Module unterschiedlichen Beschattungs- und Witterungsbedingungen ausgesetzt sind, während die Stringverdrahtung in der Regel für große Anlagen verwendet wird, bei denen die Module ähnlichen Beschattungs- und Witterungsbedingungen ausgesetzt sind. Bei Anlagen mit unterschiedlichen Beschattungs- und Witterungsbedingungen bzw. für die Ausnutzung der Leistungsgrenzen von einem Wechselrichter, kann auch eine Kombination der beiden Verkabelungskonfigurationen verwendet werden.

Sowohl die Parallel- als auch die Stringverdrahtung haben ihre eigenen technischen Vor- und Nachteile. Die Parallelverdrahtung bietet mehr Flexibilität, eine bessere Stromverteilung und geringere Auswirkungen auf die Leistungsabgabe, wenn ein Modul nicht ordnungsgemäß funktioniert, ist aber komplexer zu installieren und erfordert mehr Kabel. Die Stringverdrahtung ist einfacher zu installieren, erfordert weniger Kabel und bietet eine höhere Spannung, falls aber ein Modul nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann dies die Leistung des gesamten Strings beeinträchtigen. Welche Option am besten geeignet ist, hängt immer von den spezifischen Anforderungen und Beschränkungen des Projekts sowie vom Anwendungsfall und den Umgebungsbedingungen des Systems ab.

Arten von Wechselrichtern bei verschiedenen Anlagen

Bei der Wahl eines Wechselrichters für eine PV-Anlage gibt es drei überwiegend genutzte Systeme: Zentralwechselrichter, dezentrale Wechselrichter und Wechselrichter auf Modulebene (Mikrowechselrichter). Jede Option hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, und es ist wichtig, die Unterschiede zwischen ihnen zu kennen.

Zentralwechselrichter werden in der Regel in größeren Anlagen eingesetzt und befinden sich an einem zentralen Ort, z. B. in einem Hauswirtschaftsraum oder einem Schaltschrank. Diese Wechselrichter sind für die Umwandlung des von den PV-Modulen erzeugten Gleichstroms in netzfähigen Wechselstrom zuständig. Einer der Hauptvorteile von Zentralwechselrichtern ist ihre Effizienz, da sie eine große Menge an Strom umwandeln können und verhältnismäßig wenig kosten. Sie können jedoch dann sehr teuer in der Wartung sein, und wenn sie ausfallen, da dies zu einem kompletten Stromausfall für das gesamte System führen.

Dezentrale Wechselrichter findet man vorwiegend in sehr großen Anlagen (größer als 1 MW), bei denen jeder einzelne String einen eigenen Wechselrichter besitzt. Diese Wechselrichter sind für die Umwandlung des von den einzelnen Strings erzeugten Gleichstroms zuständig. Einer der Hauptvorteile von dezentralen Wechselrichtern ist ihre Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit, da die PV-Anlage auch dann noch Strom produziert, wenn einer oder mehrere ausfallen. Darüber hinaus bieten dezentrale Wechselrichter mehr Flexibilität, bei der Anlagengestaltung, sie sind jedoch in der Installation und Wartung teurer sein als Zentralwechselrichter.

Wechselrichter auf Modulebene, auch Mikrowechselrichter genannt, werden direkt an jedem PV-Panel installiert. Diese Wechselrichter sind für die Umwandlung des von den einzelnen Modulen erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom zuständig, der vom Netz genutzt werden kann. Einer der Hauptvorteile von Mikrowechselrichter ist ihre Fähigkeit, die Leistung jedes einzelnen Moduls zu optimieren, was zu einer besseren Gesamtleistung des Systems führt. Darüber hinaus bieten sie mehr Flexibilität und Kontrolle über die Leistungsabgabe. Bei der Installation und Wartung teurer sind sie jedoch noch einmal teurer, als dezentrale Wechselrichter.

Als Alternative für Mikrowechselrichter gibt es noch sogenannte Optimierer. Das sind Geräte, die ebenfalls auf oder in der Nähe jedes Solarmoduls installiert werden, um die Leistungsabgabe zu optimieren. Sie überwachen und regulieren die Spannung und den Strom des Moduls, was die Gesamtleistung des Systems verbessert. Ihr Haupteinsatzzweck sind vor allem stark verschattete Standorte oder Standorte, bei denen die Module in einem Strang mit unterschiedlichen Ausrichtungen platziert werden müssen. Sie können in Verbindung mit zentralen oder dezentralen Wechselrichtern eingesetzt werden, sind allerdings sowohl in der Wartung, als auch der Installation kostenintensiver.

Zentralwechselrichter, dezentrale Wechselrichter und Mikrowechselrichter sind allesamt praktikable Optionen für ein PV-System, besitzen aber auch ihre eigenen Vor- und Nachteile. Zentralwechselrichter werden in der Regel in größeren Anlagen eingesetzt und bieten einen hohen Wirkungsgrad, beeinträchtigen aber bei einem Ausfall auch die Leistung der gesamten Anlage. Dezentrale Wechselrichter bieten vor allem bei sehr großen Anlagen mehr Zuverlässigkeit und Flexibilität, sind aber auch teurer in der Installation und Wartung. Mikrowechselrichter bieten die Möglichkeit, die Leistung jedes einzelnen Moduls zu optimieren und bei Störungen gezielt zu reagieren, sind aber in der Installation mit Abstand am teuersten.

Unterschied zwischen Wechselrichtern und Hybridwechselrichtern

Wechselrichter und Hybrid-Wechselrichter sind zwei Arten von Technologien, die in PV-Anlagen eingesetzt werden.

Jeder Wechselrichter wandelt den Gleichstrom (DC) aus den PV-Modulen in Wechselstrom (AC) um. Dieser kann anschließend von den verschiedenen Verbrauchern im Haushalt genutzt werden oder wird direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Eine direkte Speicherung des Stomes in einem Stromspeicher funktiniert so jedoch nicht. Dazu braucht es noch einen zusätzlichen Wechselrichter, der speziell auf den Speicher abgestimmt ist. Für eine PV-Anlage mit speicher werden also zwei Wechselrichter benötigt. ´

Ein Hybrid-Wechselrichter hingegen ist eine Kombination aus einem Wechselrichter und einem Batterie-Wechselrichter. Er wandelt ebenfalls Gleichstrom in Wechselstrom um, hat aber zusätzlich die Möglichkeit, überschüssige Energie in einer Batterie zu speichern. Es handelt sich also um zwei Geräte in einem.

Einer der Hauptunterschiede zwischen diesen beiden Technologien ist ihre Flexibilität. Ein einfacher Wechselrichter kann nur den von den Solarmodulen erzeugten Strom in für den Haushalt nutzbaren Strom umwandeln. Ein Hybrid-Wechselrichter hat die zusätzliche Fähigkeit, überschüssige Energie für eine spätere Nutzung zu speichern.

Ein weiterer Unterschied sind die Kosten. Ein einfacher Wechselrichter ist in der Regel preiswerter als ein Hybrid-Wechselrichter mit vergleichbarer Leistung. Das liegt daran, dass bei einem Hybrid-Wechselrichter der technische AUfbau um einiges komplexer ist. Aufgrund der langfristigen Einsparungen durch die Speicherung und Nutzung des eigenen Stroms kann ein Hybrid-Wechselrichter jedoch auf lange Sicht eine bessere Investition sein. Außerdem ist ein Hybrid-Wechselrichter auch deutlich kompakter, was vor allem in beengten Räumen von Vorteil ist.

Die Entscheidung, welcher Wechselrichtertyp für eine Solaranlage geeignet ist, hängt von den spezifischen Bedürfnissen und Zielen ab. Ein normaler Wechselrichter ist eine gute Option für diejenigen, die Geld bei der Installation sparen wollen, während ein Hybrid-Wechselrichter die bessere Wahl für diejenigen ist, die die zusätzliche Flexibilität und Unabhängigkeit wünschen, die mit der Möglichkeit einhergeht, eigenen Strom zu speichern. Es ist natürlich auch möglich einen Hybridwechselrichter ohne einen Stromspeicher zu betreiben und zu einem späteren Zeitpunkt nachzurüsten.

Inzwischen hat sich herauskristallisiert, dass einfache Wechselrichter eher in großen Anlagen (ab ca. 30 kWp) zu Einsatz kommen und Hybridt-Wechselrichter in kleineres Anlagen zum Einsatz kommen. Das ist vor allem auch der Tatsache geschuldet, dass die meisten Hybridwechselrichter nur bis 10 kW Leistung haben. Dadruch bietet sich ein Einsatz in privaten Häusern an.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl Wechselrichter als auch Hybrid-Wechselrichter eine wichtige Rolle in Solarenergiesystemen spielen. Reguläre Wechselrichter sind deutlich preiswerter, einfach zu installieren und sind vor allem bei großen Anlagen sinnvoll, können aber keine überschüssige Energie speichern, haben keine Reserveleistung und sind nur begrenzt flexibel. Hybrid-Wechselrichter können überschüssige Energie direkt in einem Stromspeicher speichern und sind dadurch flexibler und unabhängiger, aber teurer in der Anschaffung, erfordern zusätzliche Wartung.