Solar Wechselrichter: Funktion & Verbund mit der Heizung

Solarmodule fangen das Sonnenlicht ein und erzeugen mittels physikalischer Reaktionen Strom. Diese Stromart entspricht dem Gleichstrom aus Batterien.

Solar Wechselrichter Frontansicht
Elektrische Haushaltsgeräte wie die Waschmaschine oder auch Elektroheizungen benötigen jedoch Wechselstrom für den Betrieb. Die Umwandlung übernimmt der Solar Wechselrichter. Das auch als Inverter bezeichnete Bauteil nimmt den Gleichstrom auf und wandelt ihn mittels Aufsplittung und sogenannter Zerhackung in ein- oder dreiphasigen Wechselstrom um. Der Solar Wechselrichter ist damit ein unverzichtbarer Bestandteil einer photovoltaischen Anlage. Denn er stellt die Nutzbarkeit des solaren Stroms im Haushalt sicher. So lässt sich der ausfließende Wechselstrom  direkt in einen bestehenden Stromkreislauf einspeisen. Frequenz und „Umschlagintervalle“ passen sich automatisch aneinander an und synchronisieren sich.

Hohe Umwandlungsrate durch dynamische Anpassung

Entscheidendes Kriterium für die Auslegung ist das Transportvolumen, in welchem der Solar Wechselrichter Gleich- zu Wechselstrom umwandelt. Neben Ausrichtung und Lage ist die Größe der Fläche ausschlaggebend für die Stromausbeute des Solarmoduls. Ein Wechselrichter verfolgt das Ziel den Batteriestrom mit geringstmöglichem Verlust als nutzbaren Wechselstrom auszuliefern.

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Die Funktionsweise eines Wechselrichters erlaubt bei optimierter Dimensionierung eine nahezu verlustfreie Umwandlung. So erreicht er bei perfekter Leistungsstärke Wirkungsgrade zwischen 95 und 99 Prozent.

Weiterhin stellt der solare Stromumwandler eine ständige technische Reaktionsfähigkeit auf schwankende Gleichstrommengen aus der Photovoltaikanlage sicher und sorgt auf diese Weise für den hohen Wirkungsgrad. Denn die Menge der Sonnenstrahlen und die Temperaturen verändern permanent die Strommenge.

Solar Wechselrichter Infografik

Spannung und Stärke variabel erkennen

Die zentrale Aufgabe des Solar Wechselrichters liegt im Erkennen der jeweils effektivsten Kombination von:

  1. der Stärke des Gleichstroms und 
  2. der Spannung des Gleichstroms

Der Wechselrichter arbeitet dynamisch. Das bedeutet, er ermittelt ständig die Kombinationsvariante, die ihm technisch erlaubt, die maximale Gleichstrommenge einzufangen. Dieser Punkt ist unter dem Begriff „Maximum Power Point“ (MPP) bekannt. Ein im Solar Wechselrichter integrierter Tracker verfolgt die Schwankungen und variiert seinen Abgreifpunkt entsprechend.

Entscheidende Leistungswerte sind:

  1. Die maximal aufnehmbare Strommenge
  2. Die Größe beziehungsweise der Umfang des Spannungsbereichs

Die Solarmodule und der Inverter müssen zusammenpassen. Wenn die Module in der Spitze die Eingangsleistung des Wechselrichters übertreffen, sind diese in zwei Gruppen mit angepassten Wechselrichtern zu betreiben.

Effektivität durch optimierte Wahl

Ein Solar Wechselrichter besteht in der Praxis aus einem kompakten feinmechanischen Gerät mit Mikroprozessorschaltung. Der Elektriker montiert ihn als geschlossenes Element mit Ein- und Ausgangsanschlüssen. Diese sind in wetterfesten Kunststoffgehäusen untergebracht, welche etwa der Größe eines Schuhkartons entsprechen.

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Beim Kauf sind die Nennleistungen der Gleichstromaufnahme, die Abgabeleistung in Wechselstrom und die Spannungsweite entscheidende Kennzahlen.

Wechselrichter können schon bei kleinsten Abweichungen der optimalen Auslegung, auf Dauer große Defizite in der Effektivität erzeugen.

Die Konsequenzen sind:

  • Kein vollständiges Ausschöpfen der Modul-Leistungsfähigkeit
  • Minderung der umgewandelten, nutzbaren Strommenge, durch verringerte Ausbeute- und Umwandlungsquote
  • Probleme der Erkennung von umwandelbarem „Strom“ in Dämmerungs- und Beschattungssituationen, aufgrund zu kleiner Spannungsweiten

Solar Wechselrichter und Heizung – Wie kann die Kopplung aussehen?

Die Verknüpfung von Wärmepumpe und Wechselrichter erfolgt über eine Smart Grid Ready Schnittstelle an der Heizung. Sie dient als Kommunikationsstandard, um den eigenen Wärmeerzeuger in ein Energienetz basierend auf erneuerbaren Energiequellen einzubinden. Der Inverter ist hingegen vielfach mit einem Relais ausgestattet. Hierbei handelt es sich um einen elektronischen Schalter. Eine Leitung verbindet das Relais mit dem Smart Grid Ready Eingang der Wärmepumpe. Am Wechselrichter selbst stellt der Verbraucher eine gewisse Strommenge bzw. einen Schwellenwert ein. Ist dieser erreicht, kommuniziert das Relais die Strommenge über Empfangssignale an den SG-Ready Eingang der Wärmepumpe. Letztere nimmt dieses Angebot entgegen und nutzt dies für den Antrieb ihres Kompressors.

Wichtig ist hier, dass alle Anlagenkomponenten exakt aufeinander abgestimmt sind. In der Regel erfolgt auch die Einbindung eines Energiemanagers, der alle erzeugten und verbrauchten Strommengen erfasst und bedarfsgerecht für die Nutzung der Haushaltsgeräte oder der Elektroheizung zur Verfügung stellt.

Kaufkriterien und Preis

Auch wenn ein unmittelbarer Verschleiß nicht gegeben ist, müssen Stromumwandler im Betrieb möglichst wenig Wärme entwickeln. Hochwertige Ausführungen verfügen über eine zusätzliche ausgeklügelte Abwärmeabführung. Wichtigste Kaufentscheidung ist die Anzahl und daraus entstehende Leistungsfähigkeit der Solarmodule. Hohe Spannungsbereiche erlauben bei Standorten mit sehr wechselhaften Außenbedingungen einen höheren Ausnutzungsgrad, beziehungsweise zeitlich ausgedehnteren Umwandlungsbetrieb.

Bei einem Photovoltaik Wechselrichter für die Solaranlage eines Einfamilienhauses ist ein Preis zwischen 800 und 2.500 Euro üblich. Autarke Systeme oder Anschlüsse an das öffentliche Stromnetz für Stromeinspeisungen müssen passend ausgewählt werden. Hier empfiehlt sich das Einholen fachmännisches Rats durch einen Elektriker oder Solaranbieter.