Wechselrichter

Ein Wechselrichter ist ein elektronisches Gerät, das Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Nutzung von Gleichstromquellen wie Solarmodule, Batterien oder Windturbinen, um Haushalte, Unternehmen und Industrieanlagen mit Wechselstrom zu versorgen. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in eine Wechselstromform um, die den elektrischen Anforderungen der angeschlossenen Lasten entspricht. In erster Linie handelt es sich dabei um eine sinusförmige Ausgangsspannung mit den erforderlichen Frequenz- und Spannungswerten. Die Eingangsgleichspannungen liegen üblicherweise zwischen 12 und 48 Volt, die Ausgangswechselstromspannung bei 230 Volt. Der Wirkungsgrad moderner Wechselrichter kann bei Nennlast über 99 Prozent erreichen.

Wechselrichter ermöglichen die effiziente Nutzung von Gleichstromquellen in Wechselstromsystemen. Sie spielen außerdem eine wichtige Rolle bei der Förderung erneuerbarer Energien und der Umstellung auf umweltfreundlichere Stromerzeugungsmethoden.

Der Markt bietet aktuell sehr verschiedene Typen und Bauformen von Wechselrichtern an, vom preisgünstigen einphasigen 150-Watt-Modell für den Betrieb über den Zigarettenanzünder im Auto, über Mittelklassemodelle zur Einspeisung von Photovoltaik-Spannung bis zum dreiphasigen High-End-Gerät mit 15.000 Watt für mehrere Tausend Euro.

Zu den wesentlichen Auswahlkriterien für einen Wechselrichter gehören folgende Eigenschaften:
 

Signal-Ausgangsform

Wie bereits erwähnt, ist eine Wechselspannung in reiner Sinusform die optimale Lösung, da sie für nahezu alle elektrischen Verbraucher geeignet ist. In manchen Fällen lässt sich aber auch die modifizierte Sinuswelle verwenden, zum Beispiel für 230-Volt-Ladegeräte mit wenigen Watt Ausgangsleistung, für Beleuchtungseinrichtungen oder kleine Elektromotoren. 
 

Eingangsspannung

Zu den seit geraumer Zeit häufigsten Anwendungsbereichen für Wechselrichter zählt die Netzstromerzeugung über Photovoltaik-Anlagen. Die dazu notwendigen PV-Solarmodule liefern je nach Schaltungslayout unterschiedliche Spannungen und Ströme.

Bei einer einfach zu installierenden Reihenschaltung mit nur zwei Ableitungen addieren sich die von jedem Solarmodul gelieferten Spannungen, während der Strom konstant bleibt. Der Wirkungsgrad ist zwar recht hoch, ein Defekt an einem der Module kann aber zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen.

Bei der parallelen Schaltung der Solarmodule bleibt die Spannung gleich, nur der Strom erhöht sich. Eine Parallelschaltung ist technisch aufwendiger, da die beiden Pole jedes Moduls mit dem Wechselrichter zu verbinden sind. Ein Defekt an einem der Module hat keine großen Auswirkungen auf die Gesamtleistung der Photovoltaik-Installation, doch dafür ist der Wirkungsgrad der Anlage geringer.

Die Wahl des PV-Wechselrichters hängt somit vom Schaltungslayout der PV-Module und der damit verbundenen Spannungsabgabe ab. Die Bandbreite üblicher Spannungswandler umfasst 12, 24, 48 und 60 Volt. 
 

Ausgangsspannung

Obwohl die weitaus meisten Wechselrichter für das Erzeugen von 230-Volt-Wechselspannung ausgelegt sind, bieten einige Modelle auch erheblich weniger Spannung. Es handelt sich dabei um Kombigeräte für den Betrieb über den Zigarettenanzünder im Auto. Sie verfügen neben einer normalen Schutzkontaktsteckdose mit 230 Volt auch über USB-Ausgänge mit standardisierter 5-Volt-Gleichspannung bei etwa 2000 Milliampere. Grundsätzlich verfügen Wechselrichter über eine galvanische Trennung der Ein- und Ausgänge, das heißt, beide Komponenten sind physisch nicht miteinander verbunden. Die Energieübertragung erfolgt durch Induktion.  
 

Leistung

Die Leistung eines Wechselrichters gehört wohl mit zu den wichtigsten Eigenschaften, das betrifft besonders Anlagen der Photovoltaik. Die Skala reicht im unteren Bereich von 100 bis 250 Watt, der mittlere Bereich bietet 300 bis 800 Watt – zum Beispiel als Spannungswandler für sogenannte Balkon-Kraftwerke – und der obere 1000 bis 6000 Watt. Wechselrichter mit mehr als 8000 Watt benötigen allerdings erheblich leistungsfähigere Gleichspannungsquellen, oft mit 500 oder 850 Volt Spannung. 
 

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad bezieht sich auf die Effizienz eines Geräts bei der Umwandlung von elektrischer Energie. Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters gibt an, wie viel elektrische Energie der Last tatsächlich zugeführt werden kann, während der Rest als Verlust – in der Regel als Wärme – abgegeben wird. Moderne Wechselrichter verfügen bei Nennlast über sehr hohe Wirkungsgrade. Sie liegen selbst bei einfachen Geräten bei etwa 85 Prozent, höherwertige Wechselrichter erreichen 95 Prozent und Spitzengeräte sogar 99,5 Prozent.