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Vorteile und Einsatzzwecke moderner Modulwechselrichter

Wie funktioniert ein Modulwechselrichter? In welchen PV-Anwendungen lohnt sich der Einsatz?

Ein Modul-Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der PV-Anlage jeweils direkt am PV-Modul in Wechselstrom um. Vorteilhaft ist, dass Modulwechslerichter besser auf sich schnell verändernde Einstrahlungsverhältnisse reagieren können und auch bestehende PV-Anlagen mit String-Wechselrichter schrittweise um Module mit Modulwechselrichter ergänzt werden können.

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Gründe für den Einsatz von Modul-Wechselrichtern

Einsatz eines Modulwechselrichters in einer kleinen Inselanlage (Foto:energie-experten.org)
Modulwechselrichter in autarken Kleinanlagen (Foto:energie-experten.org)

In herkömmlichen PV-Anlagen wandeln Wechselrichter den von den einzelnen Solarpaneelen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Um dabei immer möglichst gleichmäßige Leistungsspitzen zu erreichen, nutzen viele Wechselrichter eine MPP-Tracker Funktion: Mit dieser können unterschiedliche Einstrahlverhältnisse auf den einzelnen Paneelen "ausgeglichen" werden. Diese Technik funktioniert aber nur bis zu einem gewissen Bereich.

Ist eine Photovoltaik-Anlage häufigem Licht- und Schattenwechsel ausgesetzt, so kommen herkömmliche Wechselrichter nicht mehr nach und liefern in der Regel keine optimale PV-Leistung mehr ab. In solchen Fällen werden sogenannte Modulwechselrichter eingesetzt, die speziell für kleine oder mobile Photovoltaik-Anlagen konzipiert wurden und die Leistung jedes einzelnen Solar-Moduls bei wechselnder Solareinstrahlung optimieren können.

Unterschiede zwischen Modul- und String-Wechselrichtern

Grundsätzlich übernimmt der Modulwechselrichter dieselbe Aufgabe, wie herkömmliche String-Wechselrichter. Während man bei String-Wechselrichtern jedoch einen Wechselrichter pro Anlagenstrang bzw. für das gesamte PV-System einsetzt, benötigt man bei Modulwechselrichtersystemen für jedes PV-Modul einen eigenen Modulwechselrichter.

Diese werden dann auch direkt hinter die Sonnenpaneele als einzelne Einheit montiert und arbeiten dort unabhängig voneinander. Dank dieser Konstruktion sind dann unterschiedliche Verschattungen der Paneele und ständig verändernde Einstrahlverhältnisse kein Problem mehr. Moderne Modulwechselrichter reagieren flexibel auf die Einstrahlung jedes einzelnen Moduls.

Weitere Vorteile modulweiser Wechselrichtersysteme

Neben der Möglichkeit, Solaranlagen mit ständig veränderten Einstrahlverhältnissen mobil betreiben zu können, gibt es noch eine Reihe anderer Vorteile:

  • Eine mit Modulwechselrichtern betriebene Anlage muss nicht über Gleichstrom verkabelt werden, wie das bei herkömmlichen PV-Anlagen üblich ist.
  • Außerdem sind Modulwechselrichter wesentlich kleiner als ihre großen Brüder und lassen sich so auch einfacher montieren.
  • Verglichen mit einer herkömmlichen PV-Anlage benötigt man bei einem Modulwechselrichtersystem zudem etwa 50% weniger Materialaufwand.

Diese Vorteile machen sich in einem insgesamt günstigeren Preis der Modulwechselrichter bemerkbar.

Nachteile in größeren Anlagen: Störanfälligkeit und Wirkungsgrad

Neben den tatsächlichen Vorteilen für kleinere Anlagen zum Beispiel im Schrebergarten oder auf dem Wohnmobil haben aber auch die Modulwechselrichteranlagen einige Nachteile:

  • Bei größeren Anlagen sind diese aufgrund der Vielzahl von eingesetzten Wechselrichtern wesentlich anfälliger. Es muss also ein Aufbau gewählt werden, indem sich die einzelnen Modulwechselrichter bequem entfernen und austauschen lassen, sollte mal einer defekt sein.
  • Außerdem lohnt sich der Einsatz aus Kostengründen nur in kleineren PV-Anlagen, da der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Modulwechselrichters mit 89% und 94% niedriger als der von High-End Wechselrichtern mit MPP-Tracker mit bis zu 99% sind. Der Mehrpreis spielt sich dann über den Mehrertrag an Solarstrom wieder ein.

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Anwendungsfälle, Kombinationen und Nachrüstung

Modulwechselrichter werden vor Allem in kleineren Anlagen wie z. B. den Mini-PV-Anlagen von miniJOULE für Schrebergärten, Berghütten oder den Campingplatz oder auch in PV-Insel-Anlagen, die mobil betrieben werden, eingesetzt. Zu den häufigsten Einsatzgebieten zählen:

  • Teilverschattungsbereiche
  • Verwinkelte Dachstrukturen
  • Unterschiedliche Dach-Ausrichtungen
  • Mini-Anlagen zum Eigenverbrauch
  • Autarke Stromversorgung

In speziellen Fällen ist auch eine Kombination aus Solarpaneelen, die mit Modulwechselrichtern betrieben werden und Paneelen, die am Multi-String-Wechselrichter angeschlossen werden, sinnvoll. Dies kann bei einer Ergänzung der Anlage sinnvoll sein, um Teilverschattungsbereiche oder verwinkelte Dachstrukturen optimal auszunutzen. Eine komplette Nachrüstung lohnt sich aufgrund der hohen Kosten eines Austausches und Neuinstallation jedoch nicht.

Hier sehen Sie den Mikrowechselrichter Enphase IQ 7X von Enphase Energy
Der Mikrowechselrichter (auch Modulwechselrichter genannt) Enphase IQ 7X erreicht nach Herstellerangaben einen der höchsten Wirkungsgrade auf Modulebene und zeichnet sich durch eine sehr einfache und sichere Plug-and-Play-Montage aus. (Foto: Enphase Energy)

Direkter Eigenverbrauch durch Einspeisung ins Hausnetz

Modulwechselrichter in Mini-PV-Anlagen werden vielfach auch genutzt, um den Solarstrom über gewöhnliche Schutzkontakt-(Schuko-)Steckdose direkt in das Stromnetz des Hauses einzuspeisen, um so die eigenen Stromkosten durch den Eigenverbrauch des PV-Stroms zu reduzieren. Der Wechselrichter regelt dann, dass Strom ins Hausnetz fließt, sobald die Sonne scheint. Verbraucher wie Fernseher im Standby-Modus, WLAN-Router, Telefon oder Kühlschrank nutzen dann diesen Strom, sodass der Stromzähler langsamer läuft.

Der Anschluss kann entweder durch einen Elektriker erfolgen oder man führt diesen selbst aus. In beiden Fällen sind jedoch Vorschriften zu beachten, um z. B. seinen Versicherungsschutz im Brandfall nicht zu verlieren. Grundsätzlich müssen dabei die "allgemein anerkannten Regeln der Technik" und Normen des VDE eingehalten werden. So ist laut VDE 0100-551 die Einspeisung in Endstromkreise unzulässig und müsste über eine separat abgesicherte Leitung von der Stromverteilung zu einer Dose für Stecker mit Berührungsschutz geführt werden.

Eine 2017 beschlossene Ergänzung der DIN VDE 0100-551 (VDE 0100-551) erlaubt es Verbrauchern jedoch, kleine Solarmodule ("Balkonmodule") mit einer „speziellen Energiesteckvorrichtung“ offiziell direkt an den Haushaltsstromkreis anzuschließen.

Zudem stellt auch die 2011 eingeführte Norm VDE-AR-N-4105 für den Anschluss von Stromerzeugern an das Niederspannungsnetz an kleine PV-Anlagen konkrete Mindestanforderungen wie z. B. die Integration eines Netz- und Anlagenschutzes (NA-Schutz), wobei der Modulwechselrichter bei Über- oder Unterspannung oder Stromausfall keinen Strom mehr weiterleiten kann. Der VDE warnt daher vor dem direkten Anschluss von Solarpaneelen an Endstromkreise über Schukosteckdosen.

Schrittweise Modulerweiterung vs. Kauf einer Großanlage

Oftmals halten Kunden vom Einstieg in die Welt der Photovoltaik die hohen Anschaffungskosten einer Hausdachanlage ab. Obwohl sich Nutzen und Ertrag sehr genau bestimmen lassen, stehen viele der neuen Technik noch skeptisch gegenüber. Kompakte Modulwechselrichteranlagen für das Gartenhäuschen ohne Schnittstelle zum Stromnetz sind für viele Nutzer dann der erste Schritt zur unabhängigen Stromversorgung, bekommt man diese doch sehr preisgünstig.

Ist man dann von den Vorteilen der unabhängigen Stromproduktion überzeugt, kann die Anlage schrittweise zu einer leistungsstärkeren Anlage aufgerüstet werden. Daher spricht allein aus dem Grund die Funktionen und Arbeitsweisen einer modernen PV-Anlage kennenzulernen, nichts gegen die Investition in ein kleines Modulwechselrichter-Komplett-Set.

Die Amortisation einer Kleinstanlage ist aufgrund der vergleichsweise höheren Fixkosten länger als bei einer großen PV-Anlage. Aus wirtschaftlicher Sicht macht es daher auch Sinn, gleich über den Kauf einer größeren Anlage nachzudenken.

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"Funktionsweise moderner Modulwechselrichter im PV-System" wurde am 19.06.2018 das letzte Mal aktualisiert.