Letzte Aktualisierung: 25.11.2020

Einsatz und Vorteile von Zentralwechselrichtern in PV-Anlagen

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Wie funktioniert ein Zentralwechselrichter und welche Vorteile bieten zentrale Wechselrichterkonzepte?

Zentralwechselrichter eignen sich ideal für größere Photovoltaik-Anlagen und Großanlagen für Gewerbe- und Industrieunternehmen. Ein hoher Wirkungsgrad, aufeinander abgestimmte Komponenten und Herstellerservice für Zentralwechselrichter stellen dabei die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage sicher.

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So funktioniert ein Zentralwechselrichter

Bei einem Zentralwechselrichter werden alle Modulstränge zentral zusammengeführt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn alle PV-Module ähnlichen Bedingungen bzgl. der Neigung und Ausrichtung unterliegen. Deshalb werden Zentralwechselrichter in der Regel bei größeren Dachanlagen oder Freiflächenanlagen oft im Format eines Schaltschrankes oder als Station in Containerbauweise eingesetzt. Mit einer Leistung von 100 bis 1.200 kW speisen Zentralwechselrichter den erzeugten Solarstrom zum Teil direkt in das Mittelspannungsnetz mit einer Spannung von 20.000 Volt ein.

Zentralwechselrichter vs. Stringwechselrichter

Aus dem Einsatz eines einzelnen Zentralwechselrichters ergeben sich insbesondere Kostenvorteile gegenüber dem Einsatz von vielen einzelnen Stringwechselrichtern, da diese aufwändiger gewartet und überwacht werden müssen. Die Überwachung und Wartung eines Zentralwechselrichters ist hingegen relativ einfach und wird häufig auch vom Hersteller über Serviceverträge übernommen. Zudem sind die Übertragungsverluste in der Leitung zum Zentralwechselrichter und die Verluste, die beim Heraufsetzen auf das vom Netz geforderte Niveau im Wechselrichter entstehen, geringer.

Nachteilig ist jedoch, dass bei einer Störung des Zentralwechselrichters die gesamte Anlage stillsteht. Zudem kann das Temperaturmanagement der Wechselrichter in kleineren Wechselrichtereinheiten meistens besser sichergestellt werden als bei großen Zentralwechselrichtern. Bei einem Zentralwechselrichter mit etwa 60 kW Nennleistung ist immerhin mit rund 12000 Watt Wärmeverlusten zu rechnen.

Vorteil: Service- und Wartungsverträge

Ein weiterer Vorteil sind herstellerseitig angebotenen Service- und Wartungsleistungen: Die Serviceverträge für Zentralwechselrichter basieren dabei meistens auf einer digitalen Fernüberwachung der vom Wechselrichter an die Zentrale übermittelten PV-Leistungsdaten. So kann die Anlage und der Ertrag permanent überwacht und Auffälligkeiten bzw. Störungen sofort nachgegangen werden. Derlei Service- und Wartungsverträge sind auch häufig Voraussetzung für eine Finanzierung der PV-Anlage.

Zentrale Steuerung übernimmt Energiemanagement

In modernen Zentralwechselrichtern, die bei Anlagenkombinationen mit Batteriespeichersystemen zum Eigenverbrauch zum Einsatz kommen, sind zentrale Steuerungseinheit integriert, die entsprechend des aktuellen Strombedarfs, den Energieerzeugungsdaten der Solaranlage und dem Batterieladestand selbständig entscheiden, wofür der Solarstrom verwendet werden soll.

In Kombination mit Daten des Stromzählers zielt die zentrale Steuerung des Wechselrichters dann darauf ab, den Zukauf zusätzlicher Elektrizität möglichst zu minimieren und den PV-Eigenverbrauch zu maximieren. So entscheidet der Zentralwechselrichter z. B. morgens, wenn die Photovoltaikanlage gerade erst mit der Stromerzeugung beginnt, dass ein Großteil des Strombedarfs über den Solarakku gedeckt wird. Und später am Tag, wenn die Sonnenintensität zunimmt, nutzt das System überschüssige Energie zum Laden der Batterie.

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Trafolose Zentralwechselrichter mit höherem Wirkungsgrad

In der Regel kommen heute transformatorlose Wechselrichter zum Einsatz, da sie höhere Wirkungsgrade als Zentralwechselrichter mit Trafos aufweisen. Insbesondere liegen die Vorteile im Bereich der Gleichspannungen, die mit einer einzigen Wandlerstufe ins Netz eingespeist werden können. Dadurch soll der Wirkungsgrad des Wechselrichters um bis zu drei Prozent steigen. Zudem zeichnen sich trafolose Zentralwechselrichter dadurch aus, dass sie weniger wiegen, eine längere Nutzungsdauer aufweisen und aufgrund des einfacheren Aufbaus weniger anfällig für Störungen sind.

Preisvergleich: Geringere kW-Preise bei höherer Leistung

Die Preise für Zentralwechselrichter nehmen typischer mit zunehmender Größe pro Kilowatt (kW) ab. So kosten Leistungsgrößen um die 20 kW etwa 10.000 Euro während man für Zentralwechselrichter mit 500 kW mit Preisen ab etwa 50.000 Euro rechnen muss. Die Preise pro kW-Leistung variieren damit zwischen annähernd 500 Euro pro kW bei kleinen und 100 Euro pro kW bei großen Zentralwechselrichtern. Gerade im höheren Leistungssegment gibt es jedoch größere Preisschwankungen je nach Ausstattung, Zubehör und Aufstellungsort (außen oder innen).

Preisübersicht nach Leistungsgrößen
Leistung 20 kW 30 kW 40 kW 80 kW 100 kW 350 kW 500 kW
Preis 11.200 Euro 13.700 Euro 16.700 Euro 24.600 Euro 22.100 Euro 47.900 Euro 55.000 Euro
Preis pro kW 467 Euro 457 Euro 418 Euro 308 Euro 221 Euro 137 Euro 110 Euro

Wechselrichterkonzepte: Kostenminimierung und Ertragsoptimierung

Grundsätzlich ist es hinsichtlich der Kosten des Wechselrichters in der Regel sinnvoller, nur einen großen Zentralwechselrichter zu installieren. Bei Solaranlagen, die unterschiedliche Anlagenteile aufweisen oder voneinander baulich getrennt sind, kann es hinsichtlich der Verkabelung und der damit verbundenen Installations- bzw. Montagekosten, jedoch lohnend sein, mehrere mittelgroße Zentralwechselrichter anzuschaffen.

Weisen die Anlagenteile zudem noch eine unterschiedliche Anlagenkonzeption aus, so kann ein u. U. höherer Solarertrag ab einer gewissen Anlagengröße die Mehrkosten für mehrere Zentralwechselrichter in Gesamtkostenhinsicht kompensieren oder auch übersteigen. Ein optimales Zentralwechselrichterkonzept richtet sich daher nicht nur nach den technischen Erfordernissen, sondern auch nach einer Optimierung der Wirtschaftlichkeit.

Finanzielle Relevanz des Wirkungsgrades von PV-Wechselrichtern
Größe PV-Anlage Jahresertrag der Module Jahresertrag (92%) Jährliche Vergütung (92%) Jahresertrag (97%) Jährliche Vergütung (97%) Jährliche finanzielle Differenz
20 kWp 13000 kWh 11960 3437 Euro 12610 kWh 3624 Euro + 186 Euro
  23000 kWh 21160 6081 Euro 22310 kWh 6411 Euro + 330 Euro
50 kWp 32500 kWh 29900 8593 Euro 31525 kWh 9060 Euro + 467 Euro
  57500 kWh 52900 15203 Euro 55775 kWh 16029 Euro + 826 Euro
100 kWp 65000 kWh 59800 17186 Euro 63050 kWh 18120 Euro + 934 Euro
  115000 kWh 105800 30406 Euro 111550 kWh 32059 Euro + 1652 Euro

(Datenquelle: "PROSA Photovoltaik Wechselrichter" Öko-Institut e.V.)

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