In einer Photovoltaikanlage erzeugter Gleichstrom wird mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt. Zusätzlich übernehmen die Wechselrichter weitere vielfältige Aufgaben wie die Leistungsoptimierung, die Frequenzhaltung und Energiemanagement.
Gleichstrom im Vergleich mit Wechselstrom
Bei Gleichstrom handelt es sich um Strom, der eine zeitlich konstante Polarität aufweist. Bei Wechselstrom wechselt die Polarität in periodischen Abständen. Wechselstrom hat üblicherweise eine Frequenz von 50 Hertz. Dies bedeutet, dass der Strom pro Sekunde 50 Mal die Polarität wechselt.
Eine Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ist notwendig, da das Stromnetz und die hausinternen Stromleitungen nur mit Wechselstrom arbeiten. Damit der Photovoltaikstrom kompatibel ist, muss also eine Umwandlung erfolgen. Ist die Umwandlung erfolgt, ist eine Direkteinspeisung des Photovoltaikstroms in das Netz möglich und im Haus nutzbar.
Die unterschiedlichen Wechselrichtertypen
Stringwechselrichter
Am häufigsten wird der Stringwechselrichter eingesetzt. Von diesem werden mehrere Solarmodule bedient, die in Reihe geschaltet sind. Bei diesem Wechselrichter, der nur einen MPP-Tracker besitzt, sind meist Module gleicher Neigung, Verschattung und Ausrichtung zusammengefasst. Entsprechend ist es diesen nicht möglich, optimal auf die Ansprüche der einzelnen Module zu reagieren. Das Bündeln von Modulen unter identischen Bedingungen minimiert Verschattungseinbußen und Mismatching-Verluste. Kommen Multistringwechselrichter zum Einsatz, verfügt der Stringwechselrichter über mehrere MPP-Tracker. Die ermöglicht es, mehrere Strings mit verschiedener Ausrichtung und Modulneigung in einem Umrichter zu integrieren.
Gegenüber Modulwechselrichtern haben Stringwechselrichter einen höheren Wirkungsgrad. Da der Umrichter nun beispielsweise im Haustechnikraum und nicht mehr auf dem Dach untergebracht ist, ist die Wartung einfacher. Bei Hausdachanlagen zwischen 2 und 30 kW führt dies zu einem besseren Preis-Leistungs-Verhältnis und einer höheren Effektivität.
Modulwechselrichter
Der Modulwechselrichter ist direkt an dem einzelnen Photovoltaikmodul installiert. Da er jedoch einen geringeren Wirkungsgrad hat, spielt er nur eine untergeordnete Rolle. Zudem sind diese Wechselrichter für große Anlagen auch recht teuer. Aufgrund der Vielzahl der Geräte besteht bei diesem Umrichter bei großen Photovoltaikanlagen eine hohe Störanfälligkeit. Nicht zuletzt sind aufgrund der Anbringung am Modul der Austausch und die Wartung des Umrichters sehr aufwendig.
Bei mobilen kleinen Photovoltaikanlagen, bei denen die Schatten- und Lichtverhältnisse häufiger wechseln, ist solch ein Umrichter vorteilhaft. Andere Umrichter sind nicht in der Lage, entsprechend schnell zu reagieren, sodass die Module nicht mehr in der Lage sind, eine optimale Leistung abzuliefern. Diese Art Umrichter müssen nicht über Gleichstrom verkabelt werden und verbrauchen, verglichen mit herkömmlichen Photovoltaikanlagen, 50 Prozent weniger Kabel.
Zentralwechselrichter
Bei sehr großen Freiland- oder Dachanlagen ab 30 kWp kommen meist Zentralwechselrichter zum Einsatz. Die Module unterliegen hier normalerweise ähnlichen Einstrahlungs- und Neigungsverhältnissen. Aus diesem Grund lassen sich die Modulstränge zentral über einen Generatoranschlusskasten zusammenführen. Die Wartung ist, da nur ein Umrichter existiert, wesentlich einfacher. Überwiegend gibt es Fernwartungsverträge. Diese ermöglichen ein permanentes digitales Überwachen der Anlage aus der Ferne. Der Strom aus diesem Umrichter lässt sich zum Teil direkt in das Mittelspannungsnetz einspeisen.
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