Einführung in die Wechselrichter Thematik

9. November 2020
Die korrekte Bezeichnung für einen Wechselrichter ist "Netzeinspeise­gerät". Ein Wechselrichter sorgt nur für die Umwandlung von Gleich­strom in Wechselstrom, während ein Netzeinspeisegerät zusätzlich den Netzanschluss der Photovoltaikanlage überwacht. Ein reiner Wechselrichter wäre also nur für Inselanlagen konzipiert. Da sich der Sprachgebrauch "Wechselrichter" auch für Netzanlagen eingebürgert hat, werde ich diesen Begriff weiterhin für alle Geräte, auch NEG's benutzen.
Dieser Artikel wurde erstellt von:
Christian Märtel, Redakteur www.Photovoltaik-Web.de
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PhotovoltaikKomponenten: Wechselrichter

Funktionsweise

Die Wechselrichter Technik ist relativ einfach zu erklären, die optimale Umsetzung ist dafür umso schwieriger. Der Photovoltaik Wechselrichter ist dafür zuständig, den Gleichstrom in Wechselstrom, bzw. Gleichspannung in Wechselspannung umzuformen. Das, was die Solarmodule generieren, ist Gleichstrom und Gleichspannung. Damit der Strom ins öffentliche Netz eingespeist werden kann, muss er zuvor umgewandelt werden. Bei der notwendigen Transformation sollten die Verluste so gering wie möglich gehalten werden.

Der Solar Wechselrichter überwacht zudem die Einspeisung ins öffentliche Netz und trennt diese bei Netzstörungen oder Netzausfall. Diese Aufgabe übernimmt bei den meisten Wechselrichtern die sogenannte ENS, "zwei voneinander unabhängige Einrichtungen zur Netzüberwachung mit jeweils zugeordnetem Schaltorgan in Reihe". Der Wechselrichter speichert alle relevanten Daten, seien es langfristig aufsummierte Ertragsdaten oder kurzzeitig Fehlerprotokolle. Neuere Modelle bieten auch eine kleine Datenvisualisierung.

Planung

Die richtige Auswahl und optimale Auslegung des oder der PV Wechselrichter in Abhängigkeit der Module und des Standortes der Anlage sind maßgeblich für eine optimale Ertragsausbeute. Der Wechselrichter kann als "Herz" der Anlage bezeichnet werden. Ist die Auslegung nicht optimal, können auch die besten Module nicht ihre Leistung ins Netz einspeisen.

Fachbetriebe für Photovoltaik Anlagen sind hier die richtigen Ansprechpartner. Sollten Sie sich mit Elektrotechnik auskennen, habe ich hier die manuelle Berechnung der Modul-Wechselrichter-Kombination anhand meiner Photovoltaik Anlage beschrieben.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad des Wechselrichters sagt aus, wieviel der von den Modulen erzeugten Leistung nach der Umwandlung in Wechselstrom noch in das Netz eingespeist wird. Hier wirken sich geringe Unterschiede über die Laufzeit der Anlage extrem aus. Man unterscheidet folgende Wirkungsgrade:

  • Maximaler Wirkungsgrad
    Der maximale Wirkungsgrad ist wenig aussagekräftig, da sich ein Wechselrichter die meiste Zeit im Teillastbereich befindet.
  •  
  • Europäischer Wirkungsgrad
    Hier wird der Wirkungsgrad anhand der verschiedenen Teillastbereiche gemäß des zeitlichen Anteils an der gesamten Betriebszeit des Wechselrichters gewichtet, die dem durchschnittlichen Betrieb in Europa entsprechen. Dieser Wirkungsgrad liegt immer etwas unter dem maximalen Wirkungsgrad und spiegelt die Realität schon sehr viel besser wider.

Ausführungen

Folgende Wechselrichterarten werden unterschieden:

1.) Trafolose Wechselrichter

Trafolose Wechselrichter arbeiten in einem höheren Spannungsbereich als Wechselrichter mit Trafo. Sie sind in den meisten Fällen bei gleicher Nennleistung leichter als die Trafogeräte und auch der Wirkungsgrad ist meistens besser. Es gibt aber auch wenige Ausnahmen, bei denen es genau umgekehrt ist!

Trafolose Wechselrichter sollten bei amorphen Modulen nicht zum Einsatz kommen, die Module können zerstört werden. Es gibt aber Dünnschichtmodule (z.B. CIS-Module) bei denen trafolose Wechselrichter eingesetzt werden können. Die Technik schreitet hier schnell voran, jede Modul-Wechselrichterkombination muss auf Herz und Nieren untersucht werden!

2.) Multistring-Wechselrichter

Multistringwechselrichter besitzen mehr als einen MPP-Tracker (MPP = Maximum Power Point). Das ist der Punkt aus Strom und Spannung, bei dem der Wechselrichter die maximale Leistung generiert. Durch das MPP-Tracking wird dieser Punkt bei jedem Arbeitszustand gefunden.

Sowohl Trafo- wie auch trafolose Wechselrichter werden als Multistringausführung angeboten. Multistringwechselrichter sollten immer mit in die Planung einbezogen werden, wenn sich Verschattungssituationen ergeben!

3.) Zentral-Wechselrichter

Zentralwechselrichter werden für Anlagen mit großer Leistung eingesetzt. Oft sind sie in einem eigenen Raum untergebracht. Der Vorteil ist ein guter Wirkungsgrad und die bessere Wartbarkeit.

Beispiel: Wenn eine Anlage 50 Wechselrichter hat und alle vier Jahre muss einer ausgewechselt werden, dann muss ich praktisch im Schnitt monatlich mit einem Ausfall rechnen, für Ersatz sorgen sowie ab- und anmontieren. Der Nachteil des Zentralwechselrichters liegt auf der Hand, wenn er ausfällt geht gar nichts mehr! Daher werden große Zentralwechselrichter oft in Verbindung mit einem Wartungsvertrag angeboten.

4.) Modul-Wechselrichter

Hier wird quasi für jedes Modul ein Wechselrichter verwendet. Was auf den ersten Blick genial erscheint, relativiert sich aber sehr schnell. Es gibt einige Vor- aber momentan noch mehr Nachteile die für bzw. gegen diese Technik sprechen.

Die Vorteile:

  • Da keine Modulstränge in Serienschaltung gebildet werden erübrigt sich das Problem, dass nur ein Modul durch Verschattung den ganzen Strang leistungsmäßig nach unten zieht.
  • Keine Verluste bei hohen Leistungsunterschieden der Module.
  • Geringe Gleichspannungen, damit ist das Gefährdungspotential bei Montage- und Reparaturarbeiten sowie bei Löscheinsätzen der Feuerwehr um ein Vielfaches geringer.
  • Modulare Anpassung an Anlagengröße, Anzahl der Module ist optimal der verfügbaren Fläche anzupassen

Die Nachteile:

  • Der Preis! Die Kosten für Modulwechselrichter liegen auf's kWp umgerechnet um ein Vielfaches über denen von normalen Strangwechselrichtern.
  • Der Wirkungsgrad ist mit 89% bis 95% äußerst bescheiden.
  • Die Verkabelung ist schwierig und störanfällig.
  • Störungssuche und Störungsbehebung sind äußerst schwierig.
  • Unterbringung der Wechselrichter. Wohin damit? Der kleinste Modul-Wechselrichter der Fa. Dorfmueller hat bereits ein Gewicht von 2,8 kg und die Abmessungen 100x200x80 mm. Die Wechselrichter müssen bei Wind, Regen und Schnee auf dem Dach untergebracht werden!
  • Geringe Lebensdauer der Modulwechselrichter, zumindest bei älteren Gerätegenerationen.

Ich sehe derzeit realistische Anwendungen nur für eine kleine Anzahl an Anlagen, bei denen äußerst schwierige Verschattungssituationen bestehen. Sollte die Technik vermehrt Anwendung finden und durch höhere Stückzahlen die Kosten reduziert werden können, dann könnte der Einsatz von Modulwechselrichtern auch für normale Anwendungsfälle interessanter werden. Interessant wird der Einsatz erst, wenn der Preis und die Lebenserwartung der Geräte stimmt.

Die Firma Enphase Inc. bietet seit neuestem Modulwechselrichter (Enphase Microinverter M190) mit einem Wirkungsgrad von 95 Prozent und einer Garantie von 15 Jahren an. Dieser Modulwechselrichter wird aber momentan, so wie ich das herauslesen konnte, nur für den nordamerikanischen Markt mit 60 Hz vertrieben.

Aus der Praxis: Wechselrichter meiner PV-Anlage "High-Light"

Bei meiner Anlage sind zwei trafolose Multistringwechselrichter der Firma SMA verbaut: Sunny Boy 4200 TL HC sowie Sunny Boy 5000 TL HC.

Wechselrichter der Photovoltaik Anlage High Light

 

Hier habe ich mal die Daten der Geräte aufgelistet.

Sunny Boy 4200 TL HC
Nennleistung DC 4.200 Watt
Nennspannung DC 520 V
MPP-Bereich DC von 125 V
MPP-Bereich DC bis 600 V
MaxSpannung DC 750 V
Umin für Pnenn 240 V
Nennstrom DC 8 A
MaxStrom DC 22 A
Anzahl DC-Eingänge 3
Anzahl MPP-Regler 2
Nennleistung AC 4.000 W
MaxLeistung AC 4.200 W
Nennstrom AC 17,5 A
Maxstrom AC 19 A
Spannung AC von 180 V
Spannung AC bis 260 V

 

Sunny Boy 5000 TL HC
Nennleistung DC 4.800 Watt
Nennspannung DC 520 V
MPP-Bereich DC von 125 V
MPP-Bereich DC bis 600 V
MaxSpannung DC 750 V
Umin für Pnenn 240 V
Nennstrom DC 9,2 A
MaxStrom DC 22 A
Anzahl DC-Eingänge 3
Anzahl MPP-Regler 2
Nennleistung AC 4.600 W
MaxLeistung AC 5.000 W
Nennstrom AC 20 A
Maxstrom AC 22 A
Spannung AC von 180 V
Spannung AC bis 240 V

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Erfahrungen & Fragen zum Thema Photovoltaik

Kombination von Nachtspeicherheizung und Solaranlage

Ist eine Solaranlage bei Nachtstromspeicherheizung möglich und sinnvoll bei ca. 10.000 KWh Stromverbrauch?
Antwort eines Haus&Co Experten

Ja, das kann eine sinnvolle Kombination sein - besonders, wenn Sie bei der Elektroheizung bleiben wollen. Sie benötigen auf jeden Fall einen Solarstromspeicher - da Sie den Strom dann tagsüber erzeugen, wenn die Nachtspeicherheizung gerade nicht vorheizt. Generell ist der Eigenverbrauch - dank sinkender Einspeisevergütung - stark in den Fokus gerückt. Da Solarstromspeicher auch aktuell noch von der KfW gefördert werden, würde ich da auf jeden Fall einmal ein Angebot anfragen.

Sie können sich das hier einmal kalkulieren (da ich keine Angaben zur verfügbaren Dachfläche habe): https://www.solaranlagen-portal.com/photovoltaik/kosten

Einphasiger oder dreiphasiger Wechselrichter? Welche Vor- und Nachteile gibt es? Was passt du meiner Anlage?

"Einphasiger-", oder "Dreiphasiger-Wechselrichter"? Klar ist die Berechnung der Einspeisung mittels einem saldierendem Zähler gewährleistet. Aber wie verhält es sich mit der Auslastung der Phasen? Eine einphasige Einspeisung bei eine dreiphasigen Verteilung (Ph1: Keller, Ph2: Erdgeschoss, Ph3: Obergeschoss. Da die Einspeisung nur auf die Phase "Obergeschoss" mit wenigen Verbrauchern angeschlossen ist? Habe ich noch einen Vorteil, da die weiteren Phasen ja nicht von der PV-Anlage bedient werden. Einspeisevergütung (nur 12,4): Ja, aber ich will maximalen Eigennutz bei 24,8 ct/kwh.
Antwort von Elektrotechnik Tim Frischling

Es ist nur eine maximale Schieflast von 4,6kW zu gewährleisten.
Wo die PV-Anlage angschlossen ist, ist "relativ egal", da, wie bereits richtig erwähnt die Zähler saldieren.

Auf den gemessenen Eigenverbrauch hat dies keine Auswirkung.

Photovoltaik Freiflächenanlage: Kosten, Förderung und Rentabilität?

Als Erbengemeinschaft von 3 Geschwistern besitzen wir in der Gemarkung Hösbach eine ebene Fläche Agrarland von 10 700 Quadratmetern mit einer erweiterbaren Fläche von weiteren 5 000 Quadratmetern Ackerland unmittelbar parallel im direkten Anschluss. Diese zusätzlichen 5 000 Quadratmeter sind im Besitz von zwei unserer Cousinen. Auf unserem Gelände befindet sich auch ein Hochspannungsmast . Derzeit werden die Grundstücke aufgefüllt mit Erdaushub (fast beendet) bedingt durch vorherigen Kalkabbau. Sowohl die Erbengemeinschaft als auch unsere Cousinen ( zusammen dann als Interessengemeinschaft), sind interessiert an einem Angebot für eine Photovoltaikanlage auf dieser Freifläche von insgesamt 1, 5 Hektar Land . Meine Fragen sind : 1) Was sind die Investitionskosten für eine solche Anlage ? 2) Welche Fördermittel (falls zutreffend) gibt es möglicherweise für solche Projekte. 3) Was wäre die Rentabilität und die Dauer für das Amortisieren einer solchen Investition? Für eine Antwort und Kontaktaufnahme wäre ich Ihnen dankbar. Mit freundlichen Grüßen Peter Hufgard
Antwort von PV Montagen G. Vijayakumar

Es werden mehr Daten Benötigt, daß ist das erste. Denn es steht zum Beispiel die Frage im Raum ob das Erdreich welches grad aufgefüllt wird auch verdichtet wird. Und wie sehr es verdichtet wird. Und nun zur Puntuellen Beantwortung Ihrer Fragen.

1) Die Investitionskosten für solch eine Anlage müssen vorab (nach Inaugenscheinnahme des Geländes sowie Geologisches Gutachten (z.B) erst Berechnet werden wenn mehr Details vorliegen würden.

2) Fördermittel gibt es von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) in dem Maße das es sich, so gesehen um Geldtauscherei handelt.

3) Die Rentabilität einer Anlage von dieser Größe steht ausser Frage. Denn die Energiepreise werden nicht sinken von Jahr zu Jahr sondern eher wird das Gegenteil der Fall sein. Unter Bezugnahme auf das Vorgenannte ergibt sich auch keine Haltbare Aussage über die Dauer der Amortisierung der Anlage.

Nun konnte ich Ihnen leider nicht wirklich weiterhelfen, stelle es Ihnen jedoch anheim mich zu Kontaktieren. Denn die Thematik einer solchen Anlage ist komplexer als das es sich darstellt. Eine reine Angabe der Verfügbaren Fläche ist Dahingehend nicht wirklich Ausreichend.

Viele Grüße

Holger Gerhardt

Neuer Zählerschrank bei Installation einer Photovoltaikanlage?

Liebe Experten, ich denke darüber nach mir eine PV-Anlage aufs Dach zu setzen. Ein Bekannter meinte aber, dass ich dazu auch einen neuen Zählerschrank installieren lassen müsste und, dass das teuer würde. Stimmt das? Muss ein neuer Zählerschrank installiert werden? Und wenn ja was kostet das?
Antwort von Arnold Dach und Solar GmbH

Es muss nicht generell ein neuer Zählerschrank installiert werden.
Nur wenn der vorhandene Zählerschrank nicht mehr den aktuellen Richtlinien entspricht, oder wenn keine neue Messeinrichtung (z.Bsp. digitaler Stromzähler) mehr eingebaut werden kann, weil eine fachgerechte Nachrüstung (z.Bsp. Zählertafel) nicht mehr möglich ist.
Genaue Auskunft kann man beim zuständigen Netzbetreiber erfragen.

Kann ich zwei Strings mit verschiedener Anzahl von Modulen und unterschiedlicher Dachausrichtung an einen Wechselrichter anschließen?

Kann ich zwei Strings mit verschiedener Anzahl von Modulen und unterschiedlicher Dachausrichtung (einmal Süd und einmal Ost) an einen Wechselrichter, kein Multiwechselrichter anschließen?
Antwort von MICO-Energieberatung

Wenn Sie einen Wechselrichter mit zwei MPP-Trackern haben, ist das kein Problem.
Der Maximum Power Point (MPP) eines Solarmoduls beziehungsweise eines Strings ist der Punkt der Strom-Spannungs-Kennlinie, an dem das Solarmodul die höchste Leistung erbringt. Der MPP-Tracker hat nun die Aufgabe, den Maximum Power Point zu ermitteln, da dieser von der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und individuellen Moduleigenschaften abhängig ist und sich somit ständig ändert.
Ich hoffe, ich konnte Ihnen damit helfen, sonst melden Sie sich einfach.

Smart Grid ready Funktion: Was bedeutet das?

Kann mir hier jemand den Begriff "Smart Grid ready Funktion" für die Speicherung von Energie mit intelligenter Steuerung erklären? Vielen Dank für die Hilfe!
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Smart Grid-Geräte eröffnen interessante Vernetzungsmöglichkeiten. Beispielsweise können Smart Grid-fähige Wärmepumpen über eine Schnittstelle auf einen Überschuss an Solarstrom reagieren. Stromnetzbetreiber können über die integrierte Smart Grid-Schnittstelle den Stromspeicher direkt ansteuern und die Stromnetze stabilisieren und entlasten. Mit einem solchen Schwärmenetz können Erzeugung und Verbrauch noch weiter entkoppelt werden: Überschüsse, die im Sommer erzeugt werden, können im Winter genutzt werden. Dazu finden Sie auch Infos hier: https://www.solaranlagen-portal.com/photovoltaik/stromspeicher

Lohnt sich eine PV-Anlage bei Ost-West-Ausrichtung des Hauses?

Ich interessiere mich für die Inbetriebnahme einer eigenen Solaranlage. Nun frage ich mich aber, ob sich eine PV-Anlage bei Ost-West-Ausrichtung des Hauses überhaupt lohnt? (Satteldach, ca. 45°)
Antwort von ELEKTRO-HAUSMANN

Hallo,

kann ich nur empfehlen. Wir erhöhen damit die Sonnenstunden für die PV-Anlage und können
damit den Eigenverbrauch, über den sich die PV-Anlage zuerst rechnet optimieren. Gleichzeitig
können wir mit der 70% Regel zusätzliche Kosten für einen Rundsteuerempfänger sparen.
Deshalb Ost-West.

Gruß
G.Hausmann

Muss ich meinen selbst erzeugten und verbrauchten Strom versteuern?

Ich habe im Febr. 2016 eine Photovoltaikanlage (7,1 Kwp) mit Speicher installiert. Von der Kleinunternehmerregelung habe ich keinen Gebrauch gemacht, also die gezahlte Mwst. rückerstattet bekommen und monatlich eine Umsatzsteuervoranmeldung gemacht. Muss ich nun den selbst verbrauchten Strom versteuern und wenn ja, zu welchem Kw/h-Preis?
Antwort von Greentec-Solar GmbH

Hallo,

Eigenverbrauch ermitteln und mit dem Stromtarif der aktuellen Stromrechnung multiplizieren.
Aus diesem Betrag den Anteil der MwSt ermitteln und bei der Umsatzsteuererklärung anzeigen.
Den Netto-Betrag aus dem
Eigenverbrauch als Einnahme der PV-Anlage bei der Gewinn-Verlustrechnung einbeziehen
und den Gewinn aus der PV-Anlage bei der Einkommensteuererklärung angeben.

das nur als grobe Aussage, genaues sagt der Steuerberater oder das Finanzamt.
Alle Angaben nach besten Wissen, ohne Gewähr.

Hoher Stromverbrauch trotz PV und Einspeisung: Wo liegt die Ursache?

Wir haben ein Einfamilienhaus mit 4 Personen. Nach unseren Zählern verbrauchen wir 5000kWh/Jahr Strombezug aus Netz, wir speisen ca. 6000-7000kWh ein und haben laut Ertragszähler ca. 9500-10000kWh Gesamt PV Ertrag. Nach dieser Rechnung hätten wir einen Gesamt-Stromverbrauch von fast 8000 kWh/Jahr. Ich kann das fast nicht glauben. Es sind jedoch seit unserem Einzug seit 3 Jahren die ungefähr gleichen Messwerte. Wo liegt hier das Problem? Wir hatten auch davor in unserer Wohnung nie einen solch hohen Wert. Ich vermute mittlerweile, dass es ein Problem mit den Zählern ist? Wir haben einen kombinierten Zähler für Bezug/Einspeisung der Netze mit wechselnder Anzeige (elektronisch). Der PV Zähler sitzt auch im Kasten, ist aber separat.
Antwort von Ingenieurbüro Energieexperten-Südwest

Ich vermute mal, dass Sie schlicht und ergreifend große Stromverbraucher haben. Da müssen Sie schon auf die Suche gehen. Was ist anders als in der früheren Wohnung? Zusätzliche Geräte? Gefriertruhe? Computer im Dauerlauf?
Wie wird das Haus denn eigentlich beheizt (Wärmepumpe mit el. Heizstab?) und wie wird warmes Wasser erzeugt?

Solaranlage bei Ost-West-Dach sinnvoll?

Mein Hausdach hat eine Ost-West Ausrichtung. Lohnt sich da eine Solaranlage? Außerdem läuft der Länge nach eine Stromleitung übers Dach, die stören könnte.
Antwort von Teck Solar E.k

Für die Nutzung PV-Anlage für Eigenbedarf finde ich Ost-West Dächer sogar besser, da man auf den ganzen Tag verteilt kontinuierlicherer Stromerzeugung hat. Es gibt keine Spitzen in der Mittagszeit, dafür aber Früh und Abend bessere Ausbeutung. Bezüglich Stromleitung: man kann die Erträge optimieren wenn man SolarEdge Wechselrichter und Optimierer einsetzt. In dem Fall arbeiten nur die Module schlechter die wirklich vom Schatten getroffen sind.

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