Photovoltaik ganz einfach

1. Strom umwandeln

Ein Wechselrichter ist ein Teil jeder netzgekoppelten PV-Anlage, einem umweltfreundlichen Stromerzeugungssystem, das nach dem Prinzip der Photovoltaik arbeitet und aus Sonnenlicht Strom erzeugt (keine Wärme, das wäre nämlich Solarthermie). Wie der Name schon andeutet, besteht die Hauptaufgabe eines Wechselrichters darin, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Denn die PV-Module erzeugen aus Sonnenlicht Gleichstrom, während das öffentliche Versorgungsnetz aus guten Gründen auf Wechselstrom basiert. Wechselrichter arbeiten recht verlustarm, die besten Geräte erreichen inzwischen einen Wirkungsgrad von 99 Prozent. Das heißt: Nur ein Hundertstel der Gleichstrom-Leistung geht bei der Umwandlung verloren, was ein ziemlich guter Wert ist (zum Vergleich: moderne Dieselmotoren haben Wirkungsgrade bis 45 Prozent).

2. Leistung optimieren

Eine wichtige Aufgabe des Wechselrichters besteht aber auch darin, die PV-Module ständig in ihrem Leistungsoptimum zu betreiben. Denn abhängig von Temperatur und Einstrahlungsintensität gibt es immer genau eine Kombination aus Stromstärke und Spannung, bei der ein PV-Modul die maximale Leistung abgibt – der sogenannte Maximum Power Point (kurz: MPP). Da sich Temperatur und Einstrahlungsintensität ständig ändern (beim Durchzug von Wolken auch sehr schnell…), muss der Wechselrichter den MPP kontinuierlich verfolgen, um das verfügbare Leistungsangebot der PV-Module vollständig auszuschöpfen. Die entsprechende Betriebsführungssoftware im Wechselrichter heißt „MPP-Tracker“. Manche Wechselrichter besitzen mehrere MPP-Tracker, so dass sich unterschiedlich ausgerichtete Teilgeneratoren auch unabhängig voneinander betreiben lassen (mehrere zusammengeschaltete PV-Module bezeichnet man als PV-Generator).

3. Überwachen und schützen

Der Wechselrichter sammelt alle Daten zum Energieertrag der Photovoltaikanlage, überwacht die elektrische Funktion des PV-Generators und zeigt eventuelle Störungen an. Die Ertragsdaten können entweder direkt am Gerät ausgelesen oder an einem anderen Ort mit geeigneter Kommunikationstechnik bzw. -software und entsprechenden Online-Diensten ausgewertet werden. Gleichzeitig überwacht der Wechselrichter aber auch das Stromnetz, in das er einspeisen soll: Werden vorgeschriebene Grenzwerte für Spannung und Frequenz über- oder unterschritten, trennt er die Anlage aus Sicherheitsgründen unverzüglich vom Netz. Bei einem leichten Frequenzanstieg muss er seine Leistung dagegen stufenlos reduzieren, um so die Netzregelung zu unterstützen.

4. Zuverlässig funktionieren

PV-Anlagen sind auf mindestens zwanzig Jahre Betriebsdauer ausgelegt, ihre Komponenten müssen daher langlebig und robust sein. Zwar besteht ein großer Vorteil der Photovoltaik darin, dass sie ohne bewegte Teile auskommt und daher kaum Verschleiß unterliegt. Doch ein Wechselrichter ist ein High-Tech-Gerät mit empfindlibcher Elektronik im Inneren, das auch unter freiem Himmel und bei jedem Wetter zuverlässig funktionieren muss. Besonders wichtig in diesem Zusammenhang ist die zuverlässige Wärmeabfuhr aus dem wasserdichten Gehäuse. Neen einem intelligenten Kühlkonzept hilft hier auch ein guter Umwandlungswirkungsgrad: Bei einem Wechselrichter mit 99 Prozent Wirkungsgrad fällt z. B. nur halb so viel Verlustwärme an wie bei einem 98 Prozent-Modell.

5. Die Energiewende voranbringen

Photovoltaikanlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Umstellung der Energieversorgung auf regenerative und dezentrale Quellen: Selbst an einem bewölkten Wintertag leisten die in Deutschland installierten PVnlagen meist so viel wie ein bis zwei große Atomkraftwerke (an einem wolkenlosen Frühlingstag entspricht die gesammelte PV-Leistung gut einem Dutzend AKWs…). Als Bindeglied zwischen Solargenerator und Netz sind Weachselrichter die zentrale Komponente jeder PV-Anlage und beteiligen sich auch zunehmend am Netzmanagement. So korrigieren sie die Spannung am Netzanschluss durch zusätzlich bereitgestellte Blindleistung und stützen das Netz bei kurzzeitigen Störungen (z. B. Spannungseinbrüchen). Und auch beim wichtigen Zukunftsthema „Stromspeicher“ läuft kaum etwas ohne Wechselrichter: Batterien können grundsätzlich nur Gleichstrom speichern, so dass bei jedem Lade- und Endladevorgang eine Energieumwandlung ansteht. PV- und Batteriewechselrichter sind daher wichtige Komponenten für den Aufbau des künftigen Smart Grid, das schwankende Energiemengen verlustarm in alle Richtungen verteilen kann und auch Elektrofahrzeuge einbindet.

Quelle: SUNNY. DER SMA CORPORATE BLOG, Was macht eigentlich ein Solar-Wechselrichter?, 18 Jan 2012,author//Felix Kever