Was sind PV-Wechselrichter und wie funktionieren sie? Photovoltaik Wechselrichter - Funktion, Aufgaben & Arten

Der Wechselrichter ist ein wesentlicher Teil jeder Photovoltaikanlage. Solarmodule erzeugen Gleichstrom, aber die meisten Verbraucher benötigen Wechselstrom. Der Wechselrichter wandelt den Solarstrom entsprechend um, damit er im Haushalt nutzbar ist. Welche weiteren Aufgaben ein Wechselrichter hat und mit welchen Kosten er verbunden ist, zeigen wir hier.

Ein Photovoltaik Wechselrichter an einer großen Solaranlage

Photovoltaik Wechselrichter - Das wichtigste in Kürze

Solar-Wechselrichter sind das Herzstück einer Photovoltaikanlage. Ohne sie ist die Nutzung von erzeugten Solarstrom nicht möglich.

  • Funktion: Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom.
  • Kosten: Der Preis liegt bei rund 200 Euro pro kWp Anlage.
  • Wechselrichter-Typ: Am häufigsten werden String-Wechselrichter eingesetzt. Weitere gängige Typen sind Multistring-, Zentral- und Hybrid-Wechselrichter.

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Was ist ein Photovoltaik-Wechselrichter?

Ein Photovoltaik-Wechselrichter ist ein elektronisches Bauteil, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Er gilt als Herzstück einer Photovoltaikanlage, weil ohne die Stromumwandlung der selbst erzeugte Solarstrom nicht nutzbar ist. Damit ist der Solar-Wechselrichter dafür verantwortlich, dass photovoltaischer Strom sowohl im Haushalt einsetzbar als auch ins öffentliche Stromnetz einspeisbar ist.

Photovoltaik Wechselrichter: so funktioniert er

Solarmodule erzeugen Gleichstrom. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, und zwar in 3-Phasen-Wechselstrom, der für höhere Leistungsbereiche geeignet ist. Aber wie wird aus Gleichstrom Wechselstrom?

Die Grundlage für die Umwandlung ist eine H-Brücke, auch als H-Brückenschaltung bekannt. Sie besteht aus vier Schalter. Zwei Schalter sind abwechselnd geschlossen. Die Richtung des Stromflusses kehrt sich beim Schalten um. Wird die Brücke 100 Mal pro Sekunde geschaltet, entsteht Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz - die Frequenz des Netzstroms.

Was passiert, wenn Wechselrichter zu viel Strom bekommen?

Unter normalen Bedingungen beschädigen sich Wechselrichter, wenn sie zu viel Strom bekommen. Das ist der Fall, wenn es zu einem Kurzschluss in der Solaranlage kommt. In solchen Fällen muss der Solar-Wechselrichter ausgetauscht werden. Allerdings muss nicht immer ein Schaden entstehen.

Manche Wechselrichter verfügen über einen Schutzmodus, um Schäden zu vermeiden. Hier schaltet der Wechselrichter die Stromversorgung der Solaranlage bei Überlastung ab. Bei integrierter Kommunikationsschnittstelle, kommunizieren sie dem Benutzer eine Störmeldung.

Um einen Kurzschluss zu vermeiden, beauftragen Sie einen qualifizierten Elektriker mit der Installation der Solaranlage. Der Photovoltaik Elektriker installiert die Anlage ordnungsgemäß und stellt sicher, dass alle Komponenten richtig angeschlossen sind. Eine regelmäßige Wartung der Solaranlage ist wichtig, um die ordnungsgemäße Funktion zu erhalten und sicherzustellen, dass alle Komponenten in gutem Zustand sind.

Was macht der Wechselrichter bei Stromausfall?

Bei einem Stromausfall schaltet sich der Solar-Wechselrichter der Solaranlage ab und liefert keinen Strom mehr. Um während eines Stromausfalls weiterhin Strom zu beziehen, braucht es einen Stromspeicher, der als Notstromaggregat fungiert.

Aufgaben des Photovoltaik Wechselrichters

Der Solar-Wechselrichter ist ein wesentlicher Bestandteil jeder Solaranlage. Neben der Stromumwandlung übernimmt es noch weitere Aufgaben wie die Leistungsoptimierung oder Netzüberwachung.

Leistungsoptimierung

Jede Photovoltaikanlage hat einen Maximum Power Point (MPP). Der MPP ist die optimale Kombination aus Strom- und Spannungswerten, die es der Anlage ermöglicht, die maximale Leistung zu erzeugen. Der Wechselrichter passt den Innenwiderstand der Solarmodule kontinuierlich an, um sie im MPP zu halten. Dadurch wird sichergestellt, dass die PV-Anlage zu jeder Zeit die bestmögliche Leistung erbringt.

Netzüberwachung

Das deutsche Stromnetz ist ein empfindliches System. Vorgegebene Parameter sind bei der Einspeisung ins öffentliche Netz einzuhalten, um einen Zusammenbruch des Netzes zu verhindern. Die Frequenz muss aus Stabilitätsgründen konstant bei etwa 50 Hertz liegen. Der Wechselrichter überwacht Spannung, Frequenz und Impedanz. Bei einem alarmierenden Anstieg reduziert der Wechselrichter die Leistung oder trennt sich vom Netz.

Anlagen- und Ertragsüberwachung

Jeder Solar-Wechselrichter verfügt über eine Kommunikationsschnittstelle zur Photovoltaikanlage. Die Leistung der PV-Anlage wird ständig überwacht. Dies ermöglicht eine sofortige Identifizierung von Störungen oder Fehlern. Dadurch lassen sich Störungen schnell ermitteln und beheben.

Sicherheit bei Wartungsarbeiten

Der Solar-Wechselrichter verfügt über Sicherheitsvorrichtungen. Eine davon ist der Trennschalter. Dieser schaltet die Gleichstromseite sicher ab, was bei der Wartung hilft. Außerdem bietet er Sicherheit im Falle eines Brandes.

Was kostet ein Photovoltaik Wechselrichter?

Ein Photovoltaik-Wechselrichter kostet zwischen 1.000 und 2.000 Euro. Das entspricht etwa 15 % der Gesamtkosten einer PV-Anlage. Für die Installation kommen 500 bis 1.500 Euro hinzu. Ausschlaggebend für den Preis eines Wechselrichters ist die Nennleistung der PV-Anlage. Im Durchschnitt kostet ein Wechselrichter 200 Euro pro installiertem Kilowatt Peak.

Leistungsbereich PV-AnlagePreis pro kWpKosten Wechselrichter
unter 5 kWp250 €bis 1.250 €
5 bis 10 kWp200 €1.000 - 2.000 €
11 bis 30 kWp150 €1.650 - 4.500 €
31 bis 100 kWp100 €3.000 - 10.000 €

Die Kosten für Wechselrichter sinken mit zunehmender Leistung oder Größe der Photovoltaikanlage. Es ist praktisch, das Dach eines Einfamilienhauses vollständig mit PV-Modulen zu bedecken. Das senkt die Wechselrichterkosten und bringt zusätzliche Preisvorteile.

Welche Arten von Wechselrichtern gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von PV-Wechselrichtern: String-Wechselrichter, Modul-Wechselrichter, Hybrid-Wechselrichter, etc. Jede Variante ist für einen bestimmten Zweck konzipiert und hat ihre eigenen Vorteile.

String-Wechselrichter

Der am häufigsten verwendete Wechselrichter ist der String-Wechselrichter. Er betreibt mehrere in Reihe geschaltete Solarmodule. In einem String sind Module mit gleicher Ausrichtung, Neigung und Verschattung zusammengefasst. Ein String-Wechselrichter verfügt nur über einen MPP-Tracker und erfüllt die spezifischen Anforderungen einzelner Module nicht. String-Wechselrichter sind einfach zu installieren, effizient und erfordern weniger Wartung.

Multistring-Wechselrichter

Multistring-Wechselrichter verfügen über mehrere MPP-Tracker und bedienen Strings mit unterschiedlichen Ausrichtungen. Diese Technik eignet sich gut für Situationen, in denen weniger Installationsfläche vorhanden ist oder wenn die Solarmodule in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind, z. B. bei einer Ost-West-Ausrichtung.

Modulwechselrichter

Modulwechselrichter, auch Mikrowechselrichter genannt, wandeln den Strom der Solarmodule in Wechselstrom um. Sie sind kleiner und maximieren die Leistung der einzelnen PV-Module mithilfe eines MPP-Trackers.

Modulwechselrichter haben Vorteile, aber auch Nachteile. Sie werden direkt an jedes PV-Modul angeschlossen, weswegen sie aufgrund der vielen Einzelgeräte störanfällig sind. Auch die Wartung wird dadurch deutlich erschwert. Sie haben einen geringeren Wirkungsgrad und sind in Relation teurer als größere Wechselrichter.

Mikrowechselrichter werden in Anlagen eingesetzt, in denen String-Wechselrichter nicht sinnvoll sind. Dazu gehören Balkonkraftwerke und "abgewinkelte" PV-Anlagen mit unterschiedlich ausgerichteten Solarmodulen.

Zentral-Wechselrichter

Zentralwechselrichter funktionieren als einziger Wechselrichter für die gesamte Anlage, so dass es nur einen Maximum Power Point Tracker für alle Module gibt. Für Haushalte ist das nicht ideal. Bei großen Solarkraftwerken auf Freiflächen ist die Situation jedoch anders. 

Die Flächen sind sehr gleichmäßig und weisen keine Abschattung durch Bäume oder ähnliche Hindernisse auf. In diesem Fall hat der Zentralwechselrichter zwei Vorteile: geringere Kosten im Vergleich zu vielen String-Wechselrichtern und weniger Leistungsverluste, da nur ein Wechselrichter betrieben wird.

Hybrid-Wechselrichter

Hybrid-Wechselrichter haben die besondere Eigenschaft, einen Batteriespeicher zu integrieren. Ohne ihn sind für den Betrieb eines Stromspeichers zwei separate Wechselrichter notwendig. 

  • Der Photovoltaik-Wechselrichter wandelt den Strom zwischen der PV-Anlage und den elektrischen Verbrauchern um. 
  • Der Batteriewechselrichter lädt den Speicher mit Gleichstrom und speist ihn beim Entladen in das Haushaltsnetz ein.

Inselwechselrichter

Inselwechselrichter sind für Inselanlagen konzipiert, die den Solarstrom ausschließlich zum Eigenverbrauch nutzen. Sie haben einen einfachen Aufbau, da keine Einspeisung ins öffentliche Stromnetz erfolgt.

Das ist beim Kauf eines Photovoltaik Wechselrichters zu beachten

Beim Kauf eines Photovoltaik Wechselrichters gibt es einige Punkte zu beachten. Zum einen braucht es den richtigen Typen von Wechselrichtern, zum anderen die richtige Leistung. Im Folgenden gehen wir auf die verschiedenen Kriterien, die bei der Auswahl zu beachten sind.

Leistung

Die Leistung des Wechselrichters sollte zwischen 90 und 110 Prozent der Nennleistung der Solaranlage haben. Das heißt, eine PV-Anlage mit einer Leistung von 10 Kilowatt Peak braucht einen Wechselrichter mit 9 bis 11 Kilowattstunden. In den meisten Fällen ist die Nennleistung des Wechselrichters ungefähr gleich der Gesamtleistung der Module.

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Namhafte Photovoltaik Anbieter bieten auf ihren Websites kostenlose Planungssoftware an. Sie dient dazu, die optimale Dimensionierung von Wechselrichtern zu ermitteln. Diese Software wird von Fachbetrieben für die Anlagenplanung eingesetzt. Photovoltaikanlagen sind höchst komplexe Systeme, deren Auslegung und Installation durch zertifizierte Fachunternehmen erfolgen sollte. 

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad ist der wichtigste Faktor bei einem Wechselrichter. Moderne Wechselrichter haben einen hohen Wirkungsgrad von etwa 96 bis 98 Prozent.

  • Wechselrichter ohne Transformator haben einen Wirkungsgrad von etwa 98 Prozent.
  • Wechselrichter mit Transformator haben einen Wirkungsgrad von etwa 96 Prozent. 

Lebensdauer und Garantie

Mit einer Lebensdauer von nur 20 Jahren, ist der Wechselrichter die kurzlebigste Komponente einer Photovoltaikanlage. Die Lebensdauer des Wechselrichters ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl, denn er sollte während der Betriebszeit der Anlage, die heutzutage bereits mehr als 30 Jahre beträgt, nur einmal ausgetauscht werden. Die Unterbringung des Wechselrichters an einem kühlen Ort hilft ebenfalls, seine Lebensdauer zu verlängern.

Ein gutes Qualitätsmerkmal ist die Garantiezeit. Diese liegt bei den meisten Herstellern bei 5 bis 10 Jahren. Hersteller, die hochwertige Wechselrichter anbieten, bieten Garantiezeiten bis zu 15 und sogar 20 Jahren. Die meisten Hersteller bieten gegen einen Aufpreis eine Garantieverlängerung an.

Ist eine Garantieverlängerung sinnvoll?

Die Garantieverlängerung lohnt sich wegen der hohen Zusatzkosten finanziell oft nicht. Die Hersteller von Wechselrichtern werden dafür gut entschädigt. Selbst wenn die Lebensdauer des Wechselrichters kürzer ist als erwartet, ist ein Austausch oder eine Reparatur immer noch günstiger. Es empfiehlt sich den zu erwartenden Defekte mit zu kalkulieren und eine kleine jährliche Reserve zurückzulegen.

Aufstellungsort

Wechselrichter sind an einem kühlen und gut belüfteten Ort zu montieren. Bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung wird Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss. Beim Kauf ist der Aufstellungsort insofern zu beachten, dass je nach Umgebungstemperatur die Kühlung durch Kühlrippen ausreicht oder ein integrierter Lüfter notwendig ist.

Wo platziert man den Wechselrichter?

Geeignet sind Aufstellungsorte wie Kellerräume oder kühle Garagen. Zu vermeiden sind Standorte wie Räume unter dem Dach, warme Heizungsräume oder Orte mit direkter Sonneneinstrahlung.

Zertifizierungen

Wechselrichter müssen obligatorische Leistungstests durchlaufen und Prüfnormen erfüllen. Zu diesen Tests gehören elektrische Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit. Auch der Wirkungsgrad, die Umweltanforderungen, die Zuverlässigkeit und andere Faktoren werden geprüft. In Deutschland ist für Wechselrichter eine TÜV-Zertifizierung erforderlich. Wichtig beim Kauf ist, dass der Solar-Wechselrichter in Deutschland zugelassen ist. Seriöse Händler bieten nur Wechselrichter an, die diese Anforderungen erfüllen. Zusätzliche Zertifikate können Vorteile bringen, zum Beispiel einen hohen Wirkungsgrad.

IP-Schutzart von Wechselrichtern

Die IP-Schutzart gibt Auskunft über die Umgebungsbedingungen für die Verwendung eines elektrischen Geräts. Sie wird durch zwei Ziffern dargestellt.

  • Die erste Ziffer gibt an, wie gut das Gerät gegen Feststoffe (Staub) geschützt ist,
  • Die zweite Ziffer zeigt den Schutz gegen Feuchtigkeit an.

Eine höhere Ziffer bedeutet einen besseren Schutz. Wechselrichter haben in der Regel die Schutzart IP65, d. h. sie sind vollständig gegen Staub und Niederdruckwasser geschützt.

Wo wird der PV Wechselrichter installiert?

Die Positionierung des Wechselrichters in der Nähe der PV-Module verringert die Leistungsverluste. Der Solar-Wechselrichter sollte leicht zugänglich sein und nicht in einem Wohn- oder Schlafzimmer installiert werden, da er im Betrieb laut sein kann.

Wie weit darf der Wechselrichter von der PV-Anlage entfernt sein?

Grundsätzlich besteht kein Maximalabstand zwischen Photovoltaik Anlage und Wechselrichter. Wie bereits erwähnt, je weiter entfernt der PV-Wechselrichter von der Photovoltaik Anlage ist, desto höher die Übertragungsverluste. Genaue Empfehlungen lassen sich in den Handbüchern der einzelnen Hersteller finden.

Am besten ist es, die Planung und Installation der Solaranlage einem Fachbetrieb zu überlassen. Diese verfügen sowohl über Fachkenntnisse als auch Erfahrungswerte und können am besten einschätzen, wie weit der Wechselrichter von der Solaranlage entfernt sein darf.

Kann der Wechselrichter auch außerhalb vom Haus installiert werden?

Solar-Wechselrichter lassen sich auch außerhalb des Hauses installieren. Dabei ist auf genügend Schatten und ausreichend Belüftung zu achten. In diesem Fall empfiehlt es sich, ein Modell mit Lüfter zu kaufen.

Wann machen 2 Wechselrichter Sinn?

Ein weiterer Solar-Wechselrichter ist erforderlich, wenn die Anzahl der Solarmodule die für den vorhandenen Wechselrichter zulässige Grenze überschreitet. Wird die Photovoltaikanlage auf einer anderen Fläche wie einem Carport erweitert, ist auch ein separater Solar-Wechselrichter erforderlich. 

In manchen Situationen ist ein zweiter Solar-Wechselrichter zwar nicht unbedingt erforderlich, kann aber dennoch von Vorteil sein. Dies ist der Fall, wenn die Solarmodule unterschiedlich ausgerichtet sind oder teilweise verschattet werden. Durch den Anschluss der Module in getrennten Strings mit jeweils einem PV-Wechselrichter lässt sich die Effizienz des Systems verbessern.

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Stefano Fonseca

Stefano Fonseca ist erfahrener Ingenieur für Energie und Umwelt, der seine Leidenschaft für das Schreiben zum Beruf machte. Seine Leidenschaft sind Photovoltaik und Wärmepumpen Themen. Sein Ziel ist es, technische Informationen in verständliche Texte zu verwandeln.

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