Ein Wechselrichter einer PV-Anlage hängt an einer Garagenwand.

Wechselrichter - Funktion, Arten und Kosten

Wechselrichter sind wesentlicher Bestandteil einer PV-Anlage. Erfahren Sie, wie ein Wechselrichter funktioniert, welche verschiedenen Arten es gibt und welche Kosten damit verbunden sind. Ob Sie sich gerade über den Kauf einer Solaranlage informieren oder einfach nur Ihr Wissen über erneuerbare Energien erweitern möchten, dieser Beitrag wird Ihnen alle wichtigen Informationen liefern.

Bild von Svenja Hürter

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Letztes Update: 9. August 2023
Auf einen Blick

Wechselrichter

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  1. Was ist ein Wechselrichter?
  2. Was macht ein Wechselrichter?
  3. Wie funktioniert ein Wechselrichter?
  4. Wechselrichter und Ihre Wirkungsgrade
  5. Wo installiert man einen Wechselrichter?
  6. Was für Wechselrichtertypen gibt es?
  7. AC-gekoppelt oder DC-gekoppelt: Wechselrichter und Stromspeicher
  8. Was kostet ein Wechselrichter?
  9. Wechselrichter-Hersteller

1. Was ist ein Solar-Wechselrichter?

Wechselrichter sind elektronische Geräte und wandeln Gleichspannung in Wechselspannung um. Sie werden auch Inverter oder Drehrichter genannt und gehören zur Kategorie der Stromrichter. Wechselrichter sind wesentlicher Bestandteil und Komponente einer Photovoltaikanlage und werden daher auch Solarwechselrichter genannt. Sie konvertieren die von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (direct current = DC) in Wechselstrom (alternating current = AC). Einfach gesagt: Der Wechselrichter wandelt den Strom so um, dass er von den Hausbewohnern im Haushalt für alle Endgeräte (z.B. Fernsehen, Wasserkocher, Waschmaschine usw.) genutzt werden kann.

2. Was macht ein Wechselrichter?

Die Hauptaufgabe eines Wechselrichters ist die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Darüber hinaus verfügen die meisten Modelle über weitere wichtige Funktionen. Dazu gehören u.a.:

Netzüberwachung der PV-Anlage

Der Wechselrichter verfügt über eine Trennvorrichtung, welche das Gerät automatisch vom Stromnetz trennt, wenn es zu einer Netzüberlastung kommt, z.B. bei einem Stromausfall oder einer Netzabschaltung. Bei der Netzüberwachung spricht man von einer „Selbsttätigen Schaltstelle zwischen einer netzparallelen Eigenerzeugungsanlage und dem öffentlichen Niederspannungsnetz” (= damals noch ENS “Einrichtung zur Netzüberwachung mit zugeordneten Schaltorganen”). Die Sicherheitseinrichtungen stehen meist in doppelter Ausführung zur Verfügung, die beide unabhängig voneinander geschaltet sind. So stellt man sicher, dass eine Schaltstelle auf jeden Fall einsetzt, falls die andere defekt sein sollte.

Leistungsoptimierung mit MPP Tracker

Durch das Tracken und die Ermittlung des sogenannten “Maximum Power Points” (= MPP) wird sichergestellt, dass die maximal verfügbare Leistung aus den Solarzellen entnommen wird. Der MPP Tracker ist eine elektronische Schaltung, die den optimalen Betriebspunkt ermittelt und beibehält. Durch die kontinuierliche Anpassung des Betriebspunktes an die aktuellen Wetterbedingungen, Verschattungen und anderen externen Einflüsse kann der MPP Tracker die Energieernte erheblich optimieren. Dies führt zu einer gesteigerten Effizienz der gesamten Photovoltaikanlage und letztendlich zu einer optimierten Stromerzeugung.

Sicherheit und Brandschutz

Wechselrichter sind in der Regel so konzipiert, dass sie eine geringe Brandgefahr aufweisen. Zusätzlich werden sie oft mit Brandschutzmaßnahmen wie Flammhemmern und Überhitzungsschutzvorrichtungen versehen, um das Risiko von Bränden oder thermischen Problemen zu minimieren.

Überspannungsschutz

Wechselrichter sind mit Überspannungsschutzmechanismen ausgestattet, um die PV-Anlage vor Schäden durch Blitzschlag oder Spannungsspitzen zu schützen. Dies hilft, potenzielle Schäden am System und an den angeschlossenen Geräten zu minimieren.

Fernüberwachung und Fehlererkennung

Moderne Wechselrichter bieten oft die Möglichkeit der Fernüberwachung und Fehlererkennung. Durch diese Funktionen können Probleme frühzeitig erkannt und behoben werden, bevor sie zu Sicherheitsrisiken führen.

3. Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Ein Wechselrichter funktioniert, indem er den Gleichstrom (DC) von den Solarzellen in Wechselstrom (AC) umwandelt. Dieser Prozess ist entscheidend, um den erzeugten Strom in unseren Haushalten und in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Hier ist eine vereinfachte Erklärung des Funktionsprinzips eines Wechselrichters:

  1. Gleichrichtung: Zuerst gelangt der Gleichstrom von den Solarzellen in den Wechselrichter. Dieser Gleichstrom hat eine konstante Richtung und Stärke, die sich zeitlich nicht ändert.
  2. Pulsweitenmodulation (PWM) oder Phasenverschiebung: Der Wechselrichter verwendet entweder eine Pulsweitenmodulation (PWM) oder eine Phasenverschiebung, um den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Im Fall der PWM wird der Gleichstrom in regelmäßigen Intervallen ein- und ausgeschaltet, um einen durchschnittlichen Wechselstrom zu erzeugen. Bei der Phasenverschiebung werden unterschiedliche Teile des Gleichstroms in Wellenformen verschoben, um Wechselstrom zu erzeugen.
  3. Filterung: Nach der Umwandlung in Wechselstrom durchläuft der erzeugte Strom Filter, um etwaige Störungen oder Oberwellen zu reduzieren und einen sauberen sinusförmigen Wechselstrom zu erhalten.
  4. Ausgang: Der saubere Wechselstrom wird schließlich am Ausgang des Wechselrichters zur Verfügung gestellt. Dieser kann dann in das elektrische Netz eingespeist werden, um von unseren Haushalten und Geräten genutzt zu werden.

Der Prozess der Wechselrichtung erfolgt in der Regel kontinuierlich, so dass der Wechselrichter den Betrieb automatisch an die Schwankungen in der Solarenergie und den aktuellen Strombedarf anpasst.

4. Wechselrichter Wirkungsgrade

Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters gibt an, wie gut er den Gleichstrom (DC) von den Solarzellen in Wechselstrom (AC) umwandelt, ohne dabei Energie zu verlieren. Der Wirkungsgrad wird in Prozent ausgedrückt und zeigt den Anteil der eingehenden Energie, der als nutzbarer Wechselstrom ausgegeben wird.

Es gibt mehrere Hauptwirkungsgrade. Für Wechselrichter, die im europäischen Raum verwendet werden, wird meist der folgende verwendet:

  • Europäischer Wirkungsgrad: Euro-ETA (European Efficiency): Dieser Wirkungsgrad berücksichtigt zusätzlich zu den DC-AC-Verlusten auch die Standby-Verluste und den Eigenverbrauch des Wechselrichters. Der Euro-ETA-Wirkungsgrad gibt daher einen besseren Gesamteindruck der tatsächlichen Effizienz des Wechselrichters unter realen Bedingungen.

Moderne Wechselrichter haben in der Regel hohe Wirkungsgrade, die oft zwischen 95% und 99% liegen. Dies bedeutet, dass sie den Großteil der erzeugten Solarenergie effizient in nutzbaren Wechselstrom umwandeln. Ein hoher Wirkungsgrad ist besonders wichtig, da er die Stromerzeugung der Photovoltaikanlage maximiert und die Stromkosten reduziert.

Es ist jedoch zu beachten, dass der Wirkungsgrad eines Wechselrichters von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird, wie z.B. der Eingangsspannungsbereich, der Lastfaktor, der Betriebstemperatur und der Qualität des Wechselrichters selbst.

5. Wechselrichter-Standort: Wo installiert man einen Wechselrichter?

Ein Wechselrichter ist ein zentrales Element einer Photovoltaikanlage. Der genaue Installationsort kann je nach Art des Wechselrichters und der örtlichen Gegebenheiten variieren. Hier sind einige gängige Installationsorte für Wechselrichter:

  • Innenraum (Hauswirtschaftsraum, Technikraum oder Keller): Viele moderne Wechselrichter sind für den Innenraum konzipiert und werden häufig in Hauswirtschaftsräumen, Technikräumen oder Kellern installiert. Dies ermöglicht eine einfache Wartung und Überwachung durch den Eigentümer oder Installateur.
  • Außenwand des Gebäudes: Einige Wechselrichter sind für die Außenmontage ausgelegt und können an der Außenwand des Gebäudes befestigt werden. Dies spart Platz im Innenraum und erleichtert den Zugang für Wartungsarbeiten.
  • Schaltschränke oder Verteilerkästen: In größeren Photovoltaikanlagen oder Solarparks können die Wechselrichter in Schaltschränken oder Verteilerkästen gruppiert werden, um Platz zu sparen und eine zentralisierte Installation zu ermöglichen.
  • Dachboden: Manchmal werden Wechselrichter auf dem Dachboden installiert, wenn ausreichend Platz und Belüftung vorhanden sind. Dies kann bei Dachanlagen mit begrenztem Platzangebot eine praktische Lösung sein.

Es ist wichtig, dass der Installationsort des Wechselrichters gut belüftet und vor direkter Sonneneinstrahlung oder extremen Temperaturen geschützt ist, da dies die Leistung und Lebensdauer des Wechselrichters beeinflussen kann. Darüber hinaus sollte der Wechselrichter in der Nähe der Solarmodule oder der Verbindungspunkte installiert werden, um den Gleichstrom (DC) effizient einzuspeisen und den Verlust von Energie durch lange Kabelwege zu minimieren.

Die genaue Platzierung des Wechselrichters sollte in Absprache mit einem qualifizierten Solartechniker erfolgen, um sicherzustellen, dass er den örtlichen Sicherheitsvorschriften und Installationsstandards entspricht.

6. Was für Wechselrichtertypen gibt es?

Modulwechselrichter (= Mikrowechselrichter)

Modulwechselrichter sind kleine, einzeln an Solarmodule angeschlossene Geräte. Jedes Modul bekommt einen eigenen Wechselrichter und ist dadurch konsistenter in der Erzeugung und Weiterleitung von Strom. Dadurch können Verluste minimiert und alle Module individuell ausgerichtet werden. Dies ist besonders sinnvoll bei Dächern mit unterschiedlicher Verschattung und verschiedenen Neigungswinkeln. Durch Modulwechselrichter können Schwankungen besser abgefangen werden und es kommt zu keinen Leistungsverlusten. Die Photovoltaikanlage kann problemlos mit weiteren Modulen und Micro-Wechselrichtern erweitert werden. Allerdings werden die Wechselrichter direkt an den Modulen installiert, was die Wartung und eine potentielle Fehlerbehebung komplizierter macht.

Stringwechselrichter

Sind mehrere Solarmodule in einer Reihe geschaltet, ergibt das einen String oder Strang. Wenn pro String ein Wechselrichter zum Einsatz kommt, spricht man von Stringwechselrichtern. Stringwechselrichter bieten sich besonders bei Dächern an, die eine konstante Teilverschattung einzelner Strings haben. Dadurch können Verluste ausgeglichen werden und die integrierten MPP-Tracker optimieren die Leistung gemäß dem Maximum Power Point (optimale Leistung pro Modulreihe) des jeweiligen Strings. Allerdings kann die Leistung aller Module in einem String von der Leistung des schwächsten Moduls beeinflusst werden.

Multistring-Wechselrichter

Multistring-Wechselrichter ermöglichen den Anschluss von zwei oder mehr Strings. Das Gerät verfügt über mehrere MPP-Tracker, sodass Unterschiede in Verschattung, Modulneigung etc. mit nur einem Gerät ausgeglichen werden können. Die Leistungsoptimierung bleibt jedoch begrenzt, da die Module innerhalb eines Strings noch immer verbunden sind.

Zentralwechselrichter

Zentralwechselrichter kommen meist ausschließlich bei sehr großen PV-Anlagen (ab 30 kWp) zum Einsatz. Sie verarbeiten den Gesamt-Gleichstrom, der von allen Solarmodulen in der Anlage erzeugt wird, und wandeln ihn in Wechselstrom um. Obwohl sie wirtschaftlich sind und in großen Anlagen effizient arbeiten können, sind sie anfälliger für Leistungseinbußen durch Verschattungen oder Probleme mit einer Gruppe von Modulen, da sie mehrere Module miteinander verbinden.

Bei allen oben genannten Wechselrichtern ist die Einbindung/Schaltung des Wechselrichters, also die Verortung im Ablauf der PV-Anlagen Komponenten von großer Bedeutung und entscheidet darüber, wie leicht z.B. ein Stromspeicher nachgerüstet werden kann.

7. AC-gekoppelt oder DC-gekoppelt: Wechselrichter und Stromspeicher

Ein Stromspeicher kann auf unterschiedliche Art und Weise mit einem Wechselrichter verbunden werden (AC gekoppelt oder DC gekoppelt). Je nachdem, für welche Variante man sich entscheidet, beeinflusst dies auch die Wahl des richtigen Wechselrichters und Stromspeichers. Wichtig dabei zu beachten ist, dass Stromspeicher/Batteriespeicher nur Gleichstrom speichern können.

Speicher AC-seitig eingebunden

Der Speicher wird hinter dem Wechselrichter der PV-Anlage (PV-Wechselrichter) installiert. Es wird zusätzlich ein integrierter oder externer Batterie-Wechselrichter benötigt. Zur Stromspeicherung muss der vom PV-Wechselrichter konvertierte Wechselstrom wieder in Gleichstrom umgewandelt werden, bevor er in der Batterie gespeichert werden kann.

Vor- und Nachteile: Nachrüstung leicht, höhere Verluste durch doppelte Umwandlung

Vereinfachte Darstellung eines AC-seitig eingebundenen Batteriespeichers.

Speicher DC-seitig eingebunden

Der Speicher wird vor dem Wechselrichter der PV-Anlage (PV-Wechselrichter) installiert. In diesem Szenario wird kein weiterer Batterie-Wechselrichter benötigt, da der Gleichstrom noch nicht vom Wechselrichter umgewandelt wurde. Wichtig dabei ist, dass der ausgewählte PV-Wechselrichter die zusätzliche Last aushält.

Vor- und Nachteile: Nachrüstung etwas schwieriger

Vereinfachte Darstellung eines DC-seitig eingebundenen Batteriespeichers.

Eine Lösung, um das Problem der Kopplung zu umgehen, ist einen Hybrid-Wechselrichter zu installieren:

Hybrid Wechselrichter

Ein Hybrid-Wechselrichter ist eine spezielle Art von Wechselrichter, der in der Lage ist, verschiedene Energiequellen zu verwalten und zu integrieren. Er kombiniert die Funktionen eines herkömmlichen Photovoltaik-Wechselrichters mit einem Batteriespeicher und eines Batterie-Wechselrichters. Er wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um und kann gewisse Mengen an Strom speichern - also ein echtes Multitalent.

Vereinfachte Darstellung eines eingebundenen Hybridwechselrichters.

8. Was kostet ein Wechselrichter?

Die Kosten für einen Wechselrichter variieren stark und hängen von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Größe und Leistungsfähigkeit des Wechselrichters, des Herstellers, der Qualität und zusätzlicher Funktionen. Die Kosten für einen Wechselrichter machen ca. 10 bis 15 % der Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage aus. Hier sind einige ungefähre Richtwerte für die Kosten von Wechselrichtern:

  • Modulwechselrichter: Kleinere Wechselrichter, die für den Anschluss einzelner Solarmodule verwendet werden, können in der Regel zwischen 100 Euro und 500 Euro kosten.
  • Stringwechselrichter: Für einen Stringwechselrichter, der mehrere Solarmodule in Serie schaltet, liegen die Kosten normalerweise zwischen 500 Euro und 1500 Euro, abhängig von der Leistungsfähigkeit und den zusätzlichen Funktionen.
  • Multistring-Wechselrichter: Multistring-Wechselrichter, die mehrere Strings von Solarmodulen verwalten können, sind in der Regel etwas teurer und können zwischen 1000 Euro und 3000 Euro kosten.
  • Hybrid-Wechselrichter: Hybrid-Wechselrichter, die sowohl Photovoltaik- als auch Batterie-Wechselrichter-Funktionen bieten, sind in der Regel die teuersten und können zwischen 1500 Euro und 5000 Euro oder mehr kosten.

Es ist wichtig zu beachten, dass die genauen Kosten von Wechselrichtern stark variieren können und von den spezifischen Anforderungen und der Größe der Photovoltaikanlage abhängen. Ein hochwertiger Wechselrichter kann zwar anfänglich höhere Kosten verursachen, bietet jedoch oft eine bessere Leistung, längere Garantiezeiten und zuverlässigere Betriebsbedingungen. Es ist ratsam, sich von einem qualifizierten Solartechniker beraten zu lassen, um den am besten geeigneten Wechselrichter für die spezifischen Anforderungen und das Budget zu finden.

9. Wechselrichter-Hersteller

Es gibt einige Wechselrichter-Hersteller auf dem Markt, die mit innovativen Lösungen und modernster Technologie die Transformation von Sonnenenergie in nutzbaren Wechselstrom vorantreiben. Unternehmen wie KOSTAL und KACO setzen auf deutsche Ingenieurskunst, um zuverlässige und effiziente Wechselrichter zu entwickeln. Ebenfalls präsent sind internationale Schwergewichte wie Huawei und ABB, die mit ihrem technologischen Know-how globale Maßstäbe setzen. Die Vielfalt dieser Hersteller ermöglicht es Installateuren und Endverbrauchern, aus einer breiten Palette von Optionen den passenden Wechselrichter für ihre spezifischen Anforderungen auszuwählen.

Im Folgenden sind zusätzliche Hersteller aufgelistet:.

  • SMA (Deutschland)
  • KOSTAL (Deutschland)
  • KACO (Deutschland)
  • Fronius (Österreich)
  • REFU (Deutschland)
  • SolarEdge (Israel)
  • Delta (Niederlande)
  • ABB (Schweden/Schweiz)
  • Solar Max (Schweiz)
  • Growatt (China)
  • Huawei (China)
  • SolaX Power (China)
  • Enphase (USA)
  • Victron (Niederlande)

Photovoltaikanlagen und Ihre Wechselrichter

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Wahl des geeigneten Wechselrichters zwar einen bedeutenden Einfluss auf die Effizienz Ihrer PV-Anlage hat, jedoch nur einen Teil des Gesamtbildes darstellt. Neben der Wechselrichter-Auswahl sind Faktoren wie die Wahl der Solarmodule, ihre Ausrichtung zur Sonne, die Verkabelung und die regelmäßige Wartung entscheidend für die optimale Leistung Ihrer Anlage. Es empfiehlt sich, eine ganzheitliche Herangehensweise zu verfolgen und Expertenrat einzuholen, um sicherzustellen, dass Ihre Photovoltaikanlage nicht nur den passenden Wechselrichter verwendet, sondern auch in ihrer Gesamtheit effektiv, zuverlässig und nachhaltig arbeitet.

 


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