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Grundkenntnisse über Solar Wechselrichter

1. Was ist ein Solar Wechselrichter?

Der Wechselrichter ist das Herzstück jeder Solarstromanlage: Er wandelt den Gleichstrom der Solar-Module in netzüblichen Wechselstrom und speist diesen in das öffentliche Stromnetz. Gleichzeitig steuert und überwacht er die gesamte Anlage. So sorgt er einerseits dafür, dass die Solar-Module immer in ihrem einstrahlungs- und temperaturabhängigen Leistungsmaximum arbeiten. Andererseits überwacht er kontinuierlich das Stromnetz und ist für die Einhaltung diverser Sicherheitskriterien verantwortlich.

2.Technische Spezifikationen

Der Markt bietet eine breite Palette an Solar-Wechselrichtern, die sich jedoch anhand dreier wesentlicher Merkmale kategorisieren lassen: Leistung, DC-seitige Auslegung und Schaltungstopologie.

  1. Leistung
    Die verfügbare Leistung reicht von zwei Kilowatt bis in den Megawattbereich. Typische Leistungen sind 5 kW für private Hausdachanlagen, 10–20 kW für gewerbliche Anlagen (z. B. Hallen- oder Scheunendächer) und 500–800 kW für den Einsatz in Solar-Kraftwerken.
  2. DC-seitige Auslegung
    Bei der DC-seitigen Auslegung geht es um die Verschaltung der Solarmodule mit dem Wechselrichter. Es wird zwischen String-, Multistring- und Zentral-Wechselrichtern unterschieden, wobei “String” für eine Reihe von in Serie geschalteten Modulen steht. Multistring-Wechselrichter haben zwei oder mehr String-Eingänge mit jeweils eigenem MPP-Tracker (Maximum Power Point), was besonders nützlich ist, wenn der Solar-Generator aus unterschiedlich ausgerichteten Teilflächen besteht oder teilweise verschattet wird. Zentral-Wechselrichter verfügen trotz höherer Leistung nur über einen MPP-Tracker und sind ideal für Großanlagen mit homogenem Generator.
  3. Schaltungstopologie
    Die Schaltungstopologie unterscheidet sich in ein- und dreiphasige Wechselrichter sowie in Geräte mit und ohne Transformator. In kleinen Anlagen werden meist einphasige Wechselrichter verwendet, während in großen Solar-Anlagen aufgrund der Schieflastgrenze von 4,6 kVA entweder mehrere einphasige Wechselrichter kombiniert oder dreiphasige Wechselrichter eingesetzt werden müssen. Der Transformator sorgt für die galvanische Trennung (in einigen Ländern vorgeschrieben) und ermöglicht die Erdung der Solarmodule (bei bestimmten Modultypen notwendig). Wenn möglich, werden jedoch transformatorlose Wechselrichter bevorzugt, da sie kompakter und leichter sind und einen höheren Wirkungsgrad bieten.

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3.Vorteile
1.Verlustarm umwandeln

Ein wesentliches Merkmal eines Wechselrichters ist sein Umwandlungswirkungsgrad. Dieser gibt an, welcher Anteil der zugeführten Gleichstromenergie in Wechselstrom umgewandelt wird. Moderne Geräte erreichen Wirkungsgrade von etwa 98 %.

2.Leistung optimieren

Die Leistungskennlinie der Solarmodule hängt stark von der Einstrahlungsstärke und der Modultemperatur ab, die sich im Tagesverlauf ständig ändern. Der Wechselrichter muss daher den optimalen Arbeitspunkt auf der Kennlinie finden und halten, um stets die maximale Leistung der Solarmodule zu erzielen. Dieser Punkt wird Maximum Power Point (MPP) genannt, und der Prozess, diesen Punkt zu finden und zu halten, heißt MPP-Tracking. Dies ist entscheidend für den Energieertrag einer Solaranlage.

3.Überwachen und sichern

Der Wechselrichter überwacht den Energieertrag der PV-Anlage und meldet Störungen. Zudem überwacht er das Versorgungsnetz und trennt die Anlage bei Netzstörungen aus Sicherheitsgründen unverzüglich vom Netz oder unterstützt das Netz je nach den Anforderungen des lokalen Netzbetreibers. Er verfügt auch über eine Vorrichtung, die den Stromfluss von den Solarmodulen sicher unterbrechen kann, um gefährliche Lichtbögen beim Trennen der Kabelverbindung zu vermeiden.

4.Kommunizieren

Kommunikationsschnittstellen ermöglichen die Überwachung und Steuerung sämtlicher Parameter, Betriebsdaten und Erträge des Wechselrichters. Über einen Netzwerkanschluss, Industrie-Feldbus wie RS485 oder drahtlos über SMA Bluetooth® können die Daten abgerufen und der Wechselrichter konfiguriert werden. Ein Datenlogger sammelt, verarbeitet und überträgt die Daten mehrerer Wechselrichter an ein Online-Datenportal wie das Sunny Portal von SMA.

5.Temperatur managen

Die Temperatur im Wechselrichtergehäuse beeinflusst den Umwandlungswirkungsgrad. Steigt sie zu stark an, muss der Wechselrichter seine Leistung reduzieren. Daher ist eine effiziente Kühlung wichtig. Zum Beispiel ermöglicht das „OptiCool“-Kühlkonzept von SMA, dass thermisch optimal angeordnete Komponenten ihre Wärme direkt an die Umgebung abgeben. So können Wechselrichter selbst bei Umgebungstemperaturen bis zu 50 °C mit voller Nennleistung arbeiten.

6.Schützen

Ein wetterfestes Gehäuse, idealerweise nach Schutzart IP65, ermöglicht die Außenmontage des Wechselrichters an beliebigen Orten. Der Vorteil: Je näher der Wechselrichter an den Modulen installiert wird, desto geringer ist der Aufwand für die vergleichsweise teure DC-Verkabelung.

4.Zukunftsaussichten

Die fortlaufende Entwicklung und Integration von Solar Wechselrichtern wird die Energiewirtschaft revolutionieren. Mit weiter sinkenden Kosten und steigender Effizienz wird Solarenergie zunehmend zur bevorzugten Energiequelle werden. Dies ist nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht vorteilhaft, sondern auch ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz und zur Bekämpfung des Klimawandels.

Möchten Sie mehr über Wechselrichter erfahren? Sie können dieses Video ansehen

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