So wählen Sie den richtigen Photovoltaik-Wechselrichter für jede Anlage aus

Die Wahl eines Photovoltaik-Wechselrichters kann zunächst einfach erscheinen: Man betrachtet die Leistung der Solarmodule, sucht einen Wechselrichter mit einer ähnlichen Leistung aus und fertig.

In Wirklichkeit müssen jedoch noch einige weitere Aspekte geprüft werden.

Der Wechselrichter muss mit der Leistung der Anlage kompatibel sein, aber auch mit der Spannung und dem Strom der Module, der Anzahl der angeschlossenen Module pro String, den verschiedenen Ausrichtungen der Dachflächen und gegebenenfalls mit der Batterie.

Für eine erste Auswahl muss man nicht alle auf dem Markt verfügbaren Modelle kennen. Entscheidend ist, einige grundlegende Fragen richtig zu beantworten.

Welche Aufgabe hat ein Photovoltaik-Wechselrichter tatsächlich?

Solarmodule erzeugen elektrische Energie in Form von Gleichstrom (DC). Wohngebäude, Gewerbebetriebe, Fabriken und das öffentliche Stromnetz arbeiten jedoch überwiegend mit Wechselstrom (AC).

Der Wechselrichter übernimmt diese Umwandlung.

Moderne Wechselrichter können jedoch noch wesentlich mehr. Je nach Modell können sie außerdem:

• Die Leistung der Solarmodule überwachen.
• Eine Batterie steuern.
• Die in das Netz eingespeiste Energie begrenzen.
• Bestimmte Verbraucher während eines Stromausfalls weiter versorgen.
• Fehler in der Anlage erkennen.
• Erzeugungsdaten an eine Monitoring-Plattform übertragen.
• Mehrere Wechselrichter innerhalb derselben Anlage koordinieren.

Der Wechselrichter kann daher als Steuerzentrale der Photovoltaikanlage betrachtet werden.

Erste Frage: Welche Art von Anlage soll realisiert werden?

Die Art des Projekts hilft dabei, die Auswahlmöglichkeiten schnell einzugrenzen.

Ein Wohngebäude mit 5 kW benötigt nicht denselben Wechselrichter wie eine Industriehalle mit 500 kW oder eine Photovoltaikanlage im Megawattbereich.

Wohngebäude

In Wohngebäuden werden in der Regel Wechselrichter mit geringerer Leistung eingesetzt. Je nach Netzanschluss des Gebäudes können sie einphasig oder dreiphasig sein.

Wenn eine Batterie installiert werden soll, wird normalerweise ein Hybrid-Wechselrichter in Betracht gezogen.

Gewerbebetrieb oder kleines Unternehmen

In Geschäften, Büros, landwirtschaftlichen Betrieben und kleineren Gewerbe- oder Industriehallen können leistungsstärkere dreiphasige Wechselrichter eingesetzt werden.

Wenn die Solarenergie während der Betriebszeiten direkt verbraucht werden soll, kann ein Netzwechselrichter ausreichend sein. Soll die Energie zusätzlich gespeichert werden, muss eine Hybridlösung geprüft werden.

Industrieanlage

Industriedächer sind häufig in verschiedene Bereiche oder Modulfelder unterteilt. Daher werden üblicherweise dreiphasige Stringwechselrichter mit mehreren MPPT eingesetzt.

Mit dieser Architektur kann die Anlage auf mehrere Geräte verteilt werden, sodass unterschiedliche Dachbereiche unabhängig voneinander geregelt werden können.

Photovoltaik-Großanlage

Bei Utility-Scale-Projekten kommen leistungsstarke Wechselrichter zum Einsatz, die für große PV-Generatorfelder, Mittelspannungsstationen und moderne Anlagensteuerungssysteme ausgelegt sind.

Sungrow unterscheidet seine Lösungen derzeit nach Anwendungen für Wohngebäude, Gewerbe und Industrie sowie für Großprojekte.

Zweite Frage: Wird die Anlage über eine Batterie verfügen?

Dies ist eine der wichtigsten Entscheidungen.

Anlage ohne Batterie

Wenn die Anlage ausschließlich Energie für den direkten Eigenverbrauch oder für die Einspeisung in das Stromnetz erzeugen soll, kann ein Netzwechselrichter verwendet werden.

Tagsüber wandelt der Wechselrichter die von den Modulen erzeugte Energie um und stellt sie den Verbrauchern des Gebäudes zur Verfügung. Nicht verbrauchte Energie kann in das Netz eingespeist werden, sofern die Anlage und der Stromvertrag dies zulassen.

Anlage mit Batterie

Wenn überschüssige Energie gespeichert und später genutzt werden soll, muss ein Energiespeichersystem integriert werden.

Bei Wohnanlagen und kleineren Gewerbeprojekten wird häufig ein Hybrid-Wechselrichter eingesetzt. Dieses Gerät steuert gleichzeitig die Solarmodule, die Batterie, den Verbrauch des Gebäudes und die Netzverbindung.

Ein Beispiel ist die Produktreihe Sungrow SH3.0/3.6/4.0/5.0/6.0RS. Sie besteht aus einphasigen Hybrid-Wechselrichtern mit Leistungen von 3 bis 6 kW. Die Serie verfügt über zwei MPPT, zwei Stringeingänge, einen maximalen PV-Eingangsstrom von 16 A pro MPPT und insgesamt 32 A sowie über Monitoring mit iSolarCloud.

Für leistungsstärkere dreiphasige Anlagen kann die Produktreihe Sungrow SH15/20/25T geprüft werden. Diese Serie bietet Leistungen von 15, 20 und 25 kW, drei MPPT, fünf Stringeingänge und Kompatibilität mit den Sungrow-Batterien SBR und SBH.

In jedem Fall darf nicht davon ausgegangen werden, dass eine Batterie allein deshalb mit einem Wechselrichter kompatibel ist, weil beide mit Hochspannung arbeiten. Der Hersteller muss die Kompatibilität der beiden Geräte ausdrücklich bestätigen.

Dritte Frage: Ist die Anlage einphasig oder dreiphasig?

Die Antwort hängt von der Art des elektrischen Netzanschlusses des Gebäudes ab.

Einphasiger Anschluss

Einphasige Anschlüsse sind in Wohngebäuden und bei kleineren Stromanschlüssen üblich. In diesen Fällen muss ein einphasiger Wechselrichter gewählt werden, der mit der Leistung der Anlage kompatibel ist.

Dreiphasiger Anschluss

Dreiphasige Anschlüsse sind häufig in Unternehmen, Industriebetrieben, landwirtschaftlichen Anlagen und Wohngebäuden mit hohem Stromverbrauch zu finden.

In einem dreiphasigen Netz wird die Energie auf drei Phasen verteilt. Der Wechselrichter muss für den Betrieb mit dieser Anschlussart ausgelegt sein.

Vor der Auswahl des Geräts sollten folgende Punkte geprüft werden:

• Art des Stromanschlusses des Gebäudes.
• Vertraglich vereinbarte Anschlussleistung.
• Maximal zulässige Leistung am Netzanschlusspunkt.
• Vorhandensein einphasiger oder dreiphasiger Verbraucher.
• Notwendigkeit, Verbraucher während eines Netzausfalls zu versorgen.

Eine höhere Wechselrichterleistung bedeutet nicht, dass das Gerät an jedem beliebigen Netzanschluss installiert werden kann. Die Netzart muss kompatibel sein.

Vierte Frage: Ist das Dach einfach aufgebaut oder weist es mehrere Ausrichtungen auf?

Hier kommt eines der Konzepte ins Spiel, das besonders häufig Fragen aufwirft: die MPPT.

Was ist ein MPPT – einfach erklärt?

Ein MPPT ist ein System im Wechselrichter, das den Betriebspunkt ermittelt, an dem die Solarmodule die größtmögliche Energiemenge erzeugen können.

MPPT können als voneinander unabhängige Spuren betrachtet werden.

Wenn alle Module nach Süden ausgerichtet sind, dieselbe Neigung haben und nahezu die gleiche Sonneneinstrahlung erhalten, können sie innerhalb derselben Gruppe betrieben werden.

Ist jedoch ein Teil der Module nach Osten und ein anderer Teil nach Westen ausgerichtet, erhalten sie nicht zur gleichen Zeit dieselbe Einstrahlung. In diesem Fall sollten sie an unterschiedliche MPPT angeschlossen werden.

MPPT sind insbesondere dann nützlich, wenn folgende Bedingungen vorliegen:

• Mehrere Ausrichtungen.
• Unterschiedliche Neigungswinkel.
• Bereiche mit unterschiedlichen Verschattungsbedingungen, die an unabhängige MPPT angeschlossen werden können.
• Getrennte Gebäudebereiche.
• Unterschiedliche Modulanzahl pro Generatorfeld.
• Erweiterungen, die in verschiedenen Bauphasen durchgeführt wurden.

Mehrere MPPT sind hilfreich, wenn Bereiche mit unterschiedlichen Ausrichtungen, Neigungen oder Verschattungsbedingungen an unabhängige Tracker angeschlossen werden können. Sie beseitigen jedoch nicht automatisch die Verluste, die durch Verschattung innerhalb desselben Strings entstehen.

MPPT und Stringeingänge sind nicht dasselbe

Diese beiden Begriffe werden häufig verwechselt.

Ein Wechselrichter kann beispielsweise über drei MPPT und fünf Stringeingänge verfügen. Das bedeutet, dass fünf physische Anschlüsse für Strings vorhanden sind, einige davon jedoch denselben MPPT gemeinsam nutzen.

Wenn mehrere Strings an denselben MPPT angeschlossen werden, müssen die vom Hersteller vorgegebenen Bedingungen eingehalten werden. In der Regel sollten die Strings dasselbe Modulmodell und dieselbe Modulanzahl sowie eine vergleichbare Ausrichtung, Neigung und Sonneneinstrahlung aufweisen.

Was ist ein String?

Ein String ist eine Gruppe von Solarmodulen, die in Reihe geschaltet sind.

Der Strom fließt von einem Modul zum nächsten, während sich die Spannungen addieren.

Werden beispielsweise 20 Module in Reihe geschaltet, erhält der Wechselrichter nicht die Spannung eines einzelnen Moduls, sondern die Summe der Spannungen aller 20 Module.

Die Anzahl der Module pro String darf daher nicht grob geschätzt werden. Sie muss berechnet werden.

Warum muss die Spannung geprüft werden?

Jeder Wechselrichter besitzt eine maximal zulässige Eingangsspannung.

Die Spannung der Solarmodule verändert sich mit der Temperatur. Bei niedrigen Temperaturen steigt die Leerlaufspannung.

Das bedeutet, dass ein String, der auf Grundlage der Standarddaten des Moduls geeignet erscheint, an einem besonders kalten Tag die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters überschreiten könnte.

Um dies zu vermeiden, müssen folgende Werte geprüft werden:

• Leerlaufspannung des Moduls.
• Anzahl der in Reihe geschalteten Module.
• Temperaturkoeffizient.
• Voraussichtliche Mindesttemperatur am Installationsort.
• Maximal zulässige Eingangsspannung des Wechselrichters.
• MPPT-Betriebsspannungsbereich.

Die berechnete maximale Stringspannung darf den vom Wechselrichterhersteller angegebenen Grenzwert niemals überschreiten.

Warum muss auch der Strom geprüft werden?

Die Spannung ist nicht die einzige elektrische Grenze.

Moderne Module können mit hohen Strömen arbeiten. Deshalb muss geprüft werden, ob der Wechselrichter sowohl den Modulstrom als auch den resultierenden Strom aufnehmen kann, wenn mehrere Strings parallel geschaltet werden.

Im Datenblatt des Wechselrichters wird in der Regel unterschieden zwischen:

• Maximalem Strom pro String.
• Maximalem Strom pro MPPT.
• Maximalem Kurzschlussstrom.
• Anzahl der verfügbaren Eingänge.

Ein Hochleistungsmodul ist nicht automatisch mit jedem Wechselrichter kompatibel. Sowohl die Spannung als auch der Strom müssen geprüft werden.

Muss die Leistung der Solarmodule der Wechselrichterleistung entsprechen?

Nicht unbedingt.

Eine Photovoltaikanlage kann eine höhere installierte Modulleistung als die Nennleistung des Wechselrichters aufweisen. Dieses Verhältnis wird als DC/AC-Verhältnis bezeichnet.

Beispiel:

• Installierte Modulleistung: 120 kWp.
• Wechselrichterleistung: 100 kW.
• DC/AC-Verhältnis: 1,20.

Diese Überdimensionierung kann dazu führen, dass der Wechselrichter über mehr Stunden hinweg nahe seiner Nennleistung arbeitet.

Die Modulleistung darf jedoch nicht ohne entsprechende Berechnungen erhöht werden. Eine übermäßige Überdimensionierung kann zu höheren Clipping-Verlusten führen und die Eingangsgrenzen des Geräts überschreiten.

Der Hersteller legt für jedes Modell die elektrischen Grenzwerte sowie die maximal zulässige oder empfohlene PV-Leistung fest. Innerhalb dieser Grenzen muss das geeignete DC/AC-Verhältnis für jedes Projekt individuell berechnet werden.

Was bedeutet Clipping?

Clipping tritt auf, wenn die Solarmodule mehr Leistung erzeugen könnten, als der Wechselrichter umwandeln kann.

Nehmen wir eine Anlage mit 120 kWp Modulleistung und einem auf 100 kW begrenzten Wechselrichter.

Zu bestimmten Zeiten könnten die Module versuchen, mehr als 100 kW bereitzustellen. Der Wechselrichter begrenzt seine Ausgangsleistung auf den maximalen Wert, sodass die darüber hinausgehende Energie nicht umgewandelt wird.

Ein gewisser Clipping-Anteil kann Bestandteil der Anlagenplanung sein. Er muss jedoch berechnet werden, um sicherzustellen, dass das DC/AC-Verhältnis geeignet und die daraus resultierenden Verluste vertretbar sind.

Bei einer herkömmlichen netzgekoppelten Anlage wird die Energie, die die momentane Umwandlungskapazität des Wechselrichters übersteigt, nicht genutzt. Bei Hybridsystemen oder Systemen mit DC-gekoppeltem Speicher kann das Verhalten je nach Architektur und verfügbarer Ladeleistung unterschiedlich sein.

Wann wird ein Wechselrichter mit höherer Leistung benötigt?

Mit zunehmender Projektgröße verändern sich auch die Anforderungen an den Wechselrichter.

Gewerbliche und industrielle Projekte

Auf einem Industriedach können unterschiedliche Ausrichtungen, Verschattungen, Oberlichter oder getrennte Dachbereiche vorhanden sein. In solchen Fällen ist eine größere Anzahl an MPPT häufig von Vorteil.

Der Sungrow SG125CX-P2 ist ein dreiphasiger Stringwechselrichter mit 125 kW. Laut offizieller Dokumentation verfügt er über 12 MPPT, zwei Stringeingänge pro MPPT und einen maximalen Eingangsstrom von 30 A pro MPPT. Darüber hinaus besitzt er die Schutzart IP66, die Korrosionsschutzklasse C5 und kann über die entsprechende Kommunikationslösung in iSolarCloud integriert werden.

Die 12 MPPT ermöglichen es, ein Dach in verschiedene Generatorfelder zu unterteilen. Die Anzahl der Strings, die Anzahl der Module pro String und die Verteilung auf die MPPT müssen jedoch für jede Anlage individuell berechnet werden.

Photovoltaik-Großanlagen

In Utility-Scale-Anlagen werden Geräte eingesetzt, die für deutlich höhere Spannungen und Leistungen ausgelegt sind.

Der Sungrow SG350HX-20 ist ein Stringwechselrichter für Systeme mit 1.500 V DC. Die offizielle Dokumentation nennt bis zu sechs MPPT, 75 A pro MPPT, maximal 30 Eingänge und einen angegebenen maximalen Wirkungsgrad von 99,02 %.

Dieser Wechselrichtertyp ist für Großanlagen vorgesehen und erfordert eine umfassende Auslegung des PV-Generatorfeldes, der Leistungsblöcke, der elektrischen Energieabführung und des Mittelspannungsanschlusses.

Was ist der Unterschied zwischen einem Netzwechselrichter und einem Hybrid-Wechselrichter?

Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein Hybrid-Wechselrichter zusätzlich zur Steuerung der Energieflüsse zwischen Modulen, Verbrauchern, Batterie und Netz eine kompatible Batterie integrieren und steuern kann.

Netzwechselrichter

Er wandelt die von den Solarmodulen erzeugte Energie um und stellt sie den Verbrauchern oder dem Stromnetz zur Verfügung.

Bei einem Stromausfall schaltet er sich aus Sicherheitsgründen normalerweise ab, selbst wenn die Solarmodule weiterhin Energie erzeugen.

Hybrid-Wechselrichter

Neben der Umwandlung der Solarenergie kann er eine kompatible Batterie steuern.

Je nach Gerät und Konfiguration kann er bei einem Netzausfall außerdem bestimmte Verbraucher weiter versorgen.

Ein Hybrid-Wechselrichter und eine Batterie bedeuten jedoch nicht automatisch, dass das gesamte Gebäude mit Ersatzstrom versorgt wird.

Folgende Punkte müssen geprüft werden:

• Verfügbare Leistung im Backup-Betrieb.
• Batteriekapazität.
• Leistungsbedarf der Verbraucher.
• Anlaufströme von Motoren.
• Aufbau der elektrischen Verteilung.
• Erforderliches Zubehör.
• Betrieb mit unsymmetrischen Lasten.

Der Backup-Stromkreis muss entsprechend den tatsächlichen Anforderungen des Kunden ausgelegt werden.

Welchen Umgebungsbedingungen muss der Wechselrichter standhalten?

Auch der Installationsort ist von Bedeutung.

Ein Wechselrichter in einer Garage arbeitet nicht unter denselben Bedingungen wie ein Gerät in einer landwirtschaftlichen Halle, in einer Küstenregion oder in einer Anlage, die Staub und hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

Folgende Punkte sollten geprüft werden:

• IP-Schutzart.
• Korrosionsschutz.
• Betriebstemperatur.
• Maximal zulässige Installationshöhe.
• Kühlsystem.
• Erforderliche Lüftungsabstände.
• Direkte Sonneneinstrahlung.
• Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten.

IP-Schutzarten und Korrosionsschutzklassen müssen im Datenblatt des jeweiligen Modells geprüft werden. Sie dürfen nicht pauschal auf eine gesamte Produktreihe übertragen werden.

Das Monitoring darf nicht vergessen werden

Das Monitoring ermöglicht es, die Energieerzeugung der Anlage zu überwachen und mögliche Probleme zu erkennen.

Je nach Projekt können folgende Komponenten erforderlich sein:

• Kommunikationsmodul.
• Energiezähler.
• Stromwandler.
• Datenlogger.
• RS485-Kommunikation.
• Ethernet- oder WLAN-Verbindung.
• Anlagencontroller.
• System zur Einspeisebegrenzung.
• Integration in ein EMS.

Sungrow verwendet die Plattform iSolarCloud zur Überwachung verschiedener Produktreihen für Wohn- und Gewerbeanwendungen. Das erforderliche Zubehör hängt vom Wechselrichter und von der Anlagenkonfiguration ab.

Zusammenfassung: Welche Wechselrichterlösung sollte in welchem Fall geprüft werden?

Art der Anlage	Mögliche Lösung	Beispiel
Einphasiges Wohngebäude mit Batteriespeicher	Einphasiger Hybrid-Wechselrichter	Sungrow SH3.0–6.0RS
Dreiphasiges Wohngebäude oder kleiner Gewerbebetrieb mit Batteriespeicher	Dreiphasiger Hybrid-Wechselrichter	Sungrow SH15/20/25T
Gewerbe- oder Industriedach	Dreiphasiger Stringwechselrichter	Sungrow SG125CX-P2
Photovoltaik-Großanlage	Stringwechselrichter für Utility-Scale-Anwendungen	Sungrow SG350HX-20

Diese Tabelle dient lediglich der Orientierung. Das endgültige Modell sollte erst nach Prüfung der Module, Strings, des Stromnetzes sowie der Anforderungen an Speicherung und Monitoring ausgewählt werden.

Häufige Fehler bei der Auswahl eines Wechselrichters

Bei der Auswahl eines Wechselrichters reicht es nicht aus, nur die Nennleistung zu vergleichen. Zu den häufigsten Fehlern gehören:

• Nur die Leistung betrachten: Zwei Wechselrichter mit 100 kW können eine unterschiedliche Anzahl an MPPT, unterschiedliche Eingangsstromgrenzen und verschiedene Kommunikationssysteme besitzen.
• Die Modulanzahl pro String nicht berechnen: Die Anzahl der in Reihe geschalteten Module muss unter Berücksichtigung der Temperaturen am Installationsort berechnet werden.
• MPPT mit Eingängen verwechseln: Mehr physische Eingänge bedeuten nicht zwangsläufig mehr unabhängige MPPT.
• Den Modulstrom nicht prüfen: Dieser Punkt wird aufgrund der steigenden Ströme moderner Photovoltaikmodule zunehmend wichtiger.
• Von einer automatischen Batteriekompatibilität ausgehen: Die Batterie muss vom Wechselrichterhersteller ausdrücklich freigegeben sein.
• Das Zubehör vergessen: Ein Energiezähler, Stromwandler oder ein Datenlogger können erforderlich sein, um Funktionen wie Nulleinspeisung oder zentrales Monitoring zu nutzen.
• Annehmen, dass eine Batterie eine vollständige Ersatzstromversorgung ermöglicht: Die Backup-Kapazität hängt vom Wechselrichter, der Batterie, der elektrischen Verteilung und den angeschlossenen Verbrauchern ab.

Welche Informationen benötigt der Händler, um einen Wechselrichter zu empfehlen?

Für eine erste Auswahl sollten folgende Informationen bereitgestellt werden:

1. Modell und Leistung der Solarmodule.
2. Gesamtanzahl der Module.
3. Ausrichtung und Neigung.
4. Anzahl der Module pro String.
5. Gesamte DC-Leistung.
6. Einphasiges oder dreiphasiges Netz.
7. Benötigte AC-Leistung.
8. Vorhandensein einer Batterie.
9. Notwendigkeit einer Backup-Funktion.
10. Anforderung an die Einspeisebegrenzung.
11. Standort des Projekts.
12. Anlagenart: Wohngebäude, Gewerbe, Industrie oder Utility Scale.

Je mehr Informationen vorliegen, desto geringer ist das Risiko, ein inkompatibles Gerät auszuwählen oder erforderliches Zubehör zu übersehen.

Beratung bei der Auswahl von Sungrow-Wechselrichtern

Es gibt keinen einzelnen Wechselrichter, der für alle Anlagen geeignet ist. Die richtige Auswahl hängt von der Größe des Projekts, der Modulkonfiguration, dem Stromnetz und den vom Kunden benötigten Funktionen ab.