Einsatz des Solar-Wechselrichters

« Herz der Photovoltaikanlage »

Eine PV-Anlage ist eine hervorragende Ergänzung der Heizungsanlage. Diese Kombination ermöglicht, es in großen Umfang Heizungsenergie und Elektroenergie einzusparen. Gleichzeitig wird die Emissionsbelastung der Umwelt gesenkt, denn es muss weniger Heizmaterial verbraucht werden. Größere Anlagen profitieren außerdem von einer sogenannten Einspeisungsvergütung für Solarstrom.

Aufbau vom Solar-Wechselrichter im Detail erklärt

Ein solches elektrisches Bauteil dient dazu, einen Gleichstrom, welcher durch die Photovoltaikanlage bereitgestellt wird, in allgemein nutzbaren Wechselstrom umzuwandeln. Das ganze System wird üblicherweise mit speziellen Solarbatterien gepuffert, um auch nachts Strom aus der PV-Anlage zur Verfügung zu stellen. Diese Solarbatterien werden tagsüber mit einen Solar-Laderegler aufgeladen, welcher eine optimale Ladecharakteristik zur schonenden Ladung der Akkus besitzt. Dieser ist zwischen den Solar-Wechselrichter und den Photovoltaikmodulen angeordnet. Der Solar-Wechselrichter besteht aus einem robusten Gehäuse, welches in den meisten Fällen gleichzeitig als Kühlkörper ausgelegt ist.

Im Gehäuse befinden sich die Anschlüsse für den Gleichstrom sowie der Ausgang für den Wechselstrom. Signallampen oder Messgeräte signalisieren meist den aktuellen Betriebszustand. Manche Modelle besitzen Messgeräte für Spannung und Strom. Bei der Strommessung wird der momentane Strom angezeigt, welcher der Photovoltaikanlage entnommen wird. Der erzeugte Ausgangsstrom kann ein- oder mehrphasig sein. Halbleiterbestückte Geräte erreichen einen Wirkungsgrad bis zu 99 %. Moderne Modelle sind fast ausschließlich in Halbleitertechnik ausgeführt. Früher gab es noch sogenannte Zerhacker und Motorgeneratoren, die den Phasenwechsel erzeugt haben. Heutzutage machen das Mosfets, Transistoren oder andere aktive elektronische Bauelemente.

Funktionsweise und Arbeitsprinzip der Solar-Wechselrichter

Es werden prinzipiell zwei Arten dieses Bauteils unterschieden. Ausschlaggebend ist die Steuerungsart. So gibt es die selbstgeführten Ausführungen und die Fremd- oder Netzgeführten Modelle. Die erste Ausführung wird meist in autarken Systemen ohne Netzeinspeisung verwendet. In Kombination mit leistungsfähigen Solarmodulen, einen guten Solarladeregler und zyklenfesten Akkus ergibt sich ein sehr leistungsfähiges System, welches bei entsprechender Dimensionierung bequem ein ganzes Haus samt Pumpen, Licht und anderen elektrischen Verbrauchern versorgen kann. Ein selbsterzeugter Takt steuert dabei im Gerät die erforderliche Spannung und Frequenz. Üblich sind bei uns 220-240V und 50 Hz. Garantiert wird das Ganze oftmals durch einen integrierten, präzise arbeitenden Schwingquarz, der die genaue Taktung für die Umschaltung übernimmt. Bei 50 Hz erfolgt diese somit 50 Mal pro Sekunde. In anderen Ländern kommen abweichende Spannungen und Frequenzen zum Einsatz. Die zweite Art wird Fremd- oder Netzgeführt. Der Schaltvorgang wird von Thyristoren oder Triacs ausgeführt. Diese benötigen eine feste Wechselspannung als Referenzspannungsquelle. Mit dieser Variante ist es möglich, erzeugte Gleichspannungen in das Wechselspannungsnetz des Energieversorgers einzuspeisen. Ebenso lassen sich im umgekehrten Fall Batterien aufladen. Bei Netzstörungen erfolgt normalerweise eine automatische Abschaltung, welche Überspannungen vermeidet. In dieser Ausführung ist es wichtig, dass bei der Einspeisung die Phasen von einzuspeisender Wechselspannung und Netzspannung präzise angeglichen werden. Andernfalls zerstört sich der Wechselrichter selbst, wenn der Angleich nicht korrekt ist. Gleichzeitig wird eine Überspannung oder Spannung im vom Versorger abgeschalteten Leitungsabschnitten verhindert, denn diese könnte Menschenleben gefährden.

Anwendungsgebiete der Wechselrichter in der Photovoltaikanlage

Bei der Anwendung wird unterschieden in zwei Ausführungen. Selbstgeführte Modelle kommen überall dort zum Einsatz, wo keine Netzanbindung beziehungsweise Autarkie besteht. Dies betrifft Berghütten, entlegene Wetterstationen, Wohnmobile sowie andere mobile Anwendungen. Eine weitere sehr wichtige Anwendung ist die unterbrechungsfreie Stromversorgung, wie sie in Krankenhäusern, Rechenzentren und Kraftwerken gewährleistet sein muss. Fremd geführte Wechselrichter werden eingesetzt für die einspeisefähige Photovoltaikanlage, wie sie beispielsweise bei Einfamilienhäusern oder beim Betrieb von Brennstoffzellen vorkommt. Ebenso ist eine Netzkopplung von Windkraftanlagen realisierbar.

Was sind die charakteristischen Eigenschaften bezüglich reiner Sinusspannung

Prinzipiell lässt sich eine solche Wechselspannung einfach oder aber aufwendiger erzeugen. Im Ergebnis gibt es somit verschiedene Ausgangsspannungsformen bei selbstgeführten Wechselrichtern in der Anlage. Die preiswerte Ausführung bedient sich der sogenannten Rechteck- oder Trapezform. Sogenannte Rechteckwechselrichter erzeugen eine Rechteckspannung. Trapezwechselrichter, auch als modifizierte Sinuswechselrichter bezeichnet, bilden am Ausgang ebenfalls eine Rechteckspannung aus. Zwischen positiven und negativen Rechteck liegt allerdings eine Pause. Schaltungstechnisch entfällt bei diesen Varianten die aufwendige Pulsweitenmodulation. Somit ist eine Herstellung dieser Geräte günstiger als diese mit reiner Sinuswelle. Ohmsche Verbraucher können bedenkenlos mit solchen Wechselrichtern betrieben werden. Empfindlichere Geräte wie Computer, Fernseher sowie alle elektronisch gesteuerten Geräte sollten Sie lieber mit einer reinen Sinuswelle betreiben. So werden zum Beispiel mit Triac gesteuerte Schaltnetzteile mit einer Trapezspannung extrem warm, da die Bauteile wegen der Spannungsspitzen überlastet werden.

Ebenso ist für alle elektronisch gesteuerten Kühlschränke und andere Motoren eine reine Sinuswelle als Spannungscharakteristik einzusetzen. Die Sinuswechselrichter erzeugen eine reine Sinuswelle, die der Netzspannung des Versorgers in etwa entspricht. Diese Sinuswechselspannung eignet sich für alle Geräte mit kapazitiven und induktiven Verhalten hervorragend. Die erzeugten Störungen sind beim Sinuswechselrichter gering. Das rührt daher, das die Sinusspannung mittels Pulsweitenmodulation aus einer Rechteckspannung erzeugt wird. Ein Problem bei induktiven Lasten stellt der hohe Anlaufstrom beim Einschalten dar. Somit muss ein Solar-Wechselrichter zum Betreiben induktiver Lasten oftmals die zehnfache Leistung erbringen, wie auf dem Typenschild aufgedruckt. Wenn der Kompressor oder Motor angelaufen ist, dann gibt es keine Probleme mehr und der Verbrauch entspricht anschließend den angegebenen Werten. Diese Einschaltphase dauert oftmals nur Millisekunden. Gute Solar-Wechselrichter garantieren diese kurzzeitige Überlastung durch einen entsprechenden Aufbau der elektronischen Schaltung.

Wichtige Kriterien für die Auswahl guter Solar-Wechselrichter

Um eine Anlage für Photovoltaik optimal zu betreiben und eine saubere Netzeinspeisung zu garantieren, sind die einzelnen Komponenten sorgfältig auszuwählen. Die Leistung der einzelnen Modelle für Photovoltaik ist dabei zwischen 2 kW und 20 kW auswählbar. Beim Einfamilienhaus sind Leistungen bis 5 kW üblich. Die Modulverschaltung der Photovoltaikanlage ergibt eine entsprechende Solar-Gleichspannung, welche bei der Auswahl des Wechselrichters zu berücksichtigen ist. So werden beispielsweise Stringwechselrichter für einzelne Abschnitte verwendet. Von der Schaltungstopologie wird in einphasige und dreiphasige Ausführungen unterschieden. Kleinere Anlagen sind meist einphasig ausgeführt. In einigen Ländern ist ein Transformator zur galvanischen Trennung vorgeschrieben. Trafolose Wechselrichter sind kleiner und leichter. Sie arbeiten auch mit einem besseren Wirkungsgrad.

Weiterhin ist darauf zu achten, dass der jeweilige Wechselrichter über umfangreiche Kontroll- und Sicherheitsfunktionen verfügt. Neben der Überwachung des Versorgungsnetzes wird ebenso der Photovoltaikertrag der Solar-Anlage überwacht und beeinflusst. Trennvorrichtungen sollen eine sichere Abschaltung bei Störungen sowie für Wartungszwecke gewährleisten. Richten Sie beim Kauf ihr Hauptaugenmerk darauf, ein Wechselrichtermodell mit reiner Sinuswelle zu erwerben. Dies schont ihre elektrischen Geräte im Haushalt. Kaufen Sie die Geräte am besten gleich mit passend zur Heizung. Viessmann und Buderus bieten entsprechend auf die Heizung angepasste Wechselrichtermodelle an, die ein reibungsloses Zusammenwirken der einzelnen Komponenten garantieren. Solarstrom und Photovoltaik kann Ihnen helfen, mittels Solar-Wechselrichtern wie von Viessmann, Buderus oder anderen namhaften Anbietern den Solarstrom der Photovoltaikanlage optimal zu nutzen. Eine Solaranlage mit Netzeinspeisung erzeugt aus dem Gleichstrom einen einspeisungsfähigen Wechselstrom. Solarstrom ist eine sehr effiziente und ökologisch sinnvolle Art, Elektroenergie zur Nutzung im eigenen Haus zu erzeugen. Eine PV-Anlage oder Solaranlage hilft somit, im laufenden Betrieb beträchtliche Kosten zu sparen.