Die Aufgaben des Solar-Wechselrichters
Die Aufgaben eines Solar-Wechselrichters sind ebenso vielfältig wie anspruchsvoll:
1. Verlustarm umwandeln
Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Wechselrichters ist sein Umwandlungswirkungsgrad. Er gibt an, welcher Anteil der in Form von Gleichstrom „hineingesteckten“ Energie als Wechselstrom wieder heraus kommt. Moderne Geräte erreichen Wirkungsgrade von rund 98 Prozent.
2. Leistung optimieren
Die Leistungskennlinie der Solar-Module ist stark abhängig von der Einstrahlungsstärke und der Modultemperatur – also von Werten, die sich im Tagesverlauf ständig ändern. Der Wechselrichter muss daher den optimalen Arbeitspunkt auf der Kennlinie finden und kontinuierlich halten, um in jeder Situation die höchste Leistung aus den Solar-Modulen „herauszuholen“. Der optimale Arbeitspunkt heißt Maximum Power Point (MPP), die Suche und Nachführung des MPP heißt entsprechend MPP-Tracking und ist für den Energieertrag einer Solar-Anlage äußerst wichtig.
3. Überwachen und sichern
Der Wechselrichter überwacht einerseits den Energieertrag der PV-Anlage und zeigt eventuelle Störungen an. Andererseits übernimmt er auch die Überwachung des Versorgungsnetzes, an das er angeschlossen ist. So muss er die Anlage bei einer Störung des Stromnetzes aus Sicherheitsgründen unverzüglich vom Netz trennen oder aber zur Netzstützung beitragen – je nach den Anforderungen des lokalen Netzbetreibers.
Zudem besitzt er meist eine Vorrichtung, die den Stromfluss von den Solar-Modulen sicher unterbrechen kann. Denn Solar-Module stehen bei Lichteinfall grundsätzlich unter Spannung, lassen sich also nicht abschalten. Trennt man die Kabelverbindung zum Wechselrichter im Betrieb, können gefährliche Lichtbögen entstehen, die aufgrund des Gleichstroms nicht verlöschen. Ist die Trennvorrichtung direkt in den Wechselrichter integriert, verringert das den Installations- und Verkabelungsaufwand deutlich.
4. Kommunizieren
Kommunikationsschnittstellen am Wechselrichter ermöglichen die Kontrolle und Überwachung sämtlicher Parameter, Betriebsdaten und Erträge. Über einen Netzwerkanschluss, einen Industrie-Feldbus wie etwa RS485 oder drahtlos über SMA Bluetooth® lassen sich die Daten abrufen und der Wechselrichter parametrieren. Meist erfolgt der Datenabruf durch einen Datenlogger, der die Daten mehrerer Wechselrichter sammelt, aufbereitet und auf Wunsch an ein Online-Datenportal überträgt (z. B. Sunny Portal von SMA).
5. Temperatur managen
Die Temperatur im Wechselrichter-Gehäuse hat ebenfalls Einfluss auf den Umwandlungswirkungsgrad. Steigt sie zu stark an, muss der Wechselrichter seine Leistung reduzieren. Unter Umständen kann die aktuell verfügbare Modulleistung dann nicht vollständig genutzt werden.
Die Temperatur wird einerseits durch den Montageort beeinflusst – ideal ist hier ein gleichmäßig kühles Umfeld. Andererseits hängt sie unmittelbar mit dem Betrieb des Wechselrichters zusammen: Selbst bei einem Wirkungsgrad von 98 Prozent fallen ja noch zwei Prozent an Verlusten an – und zwar in Form von Wärme. Bei einer Leistung von 10 kW beträgt die maximale Wärmeleistung immerhin 200 Watt. Wichtig ist daher eine effiziente und zuverlässige Gehäusekühlung, z. B. mit dem Kühlkonzept „OptiCool“ von SMA. Die thermisch optimal angeordneten Komponenten können ihre Wärme direkt an die Umgebung abgeben – gleichzeitig wirkt das gesamte Gehäuse als Kühlkörper. So arbeiten die Wechselrichter selbst bei Umgebungstemperaturen von bis zu 50 °C mit voller Nennleistung.
6. Schützen
Ein wetterfestes Gehäuse, im Optimalfall nach Schutzart IP65, ermöglicht die Außenmontage des Wechselrichters an beliebigen Orten. Der Vorteil: Je näher der Wechselrichter an den Modulen installiert werden kann, desto geringer ist der Aufwand bei der vergleichsweise teuren DC-Verkabelung.
