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Einsatz und Vorteile von Zentralwechselrichtern in PV-Anlagen

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

SMA Zentralwechselrichter Sunny Central CP-Serie (Foto: SMA Solar Technology AG)
SMA Zentralwechselrichter Sunny Central CP-Serie (Foto: SMA Solar Technology AG)

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

Optimierung des Eigenverbrauchs durch zentrale Wechselrichter (Grafik: BSW-Solar)
Optimierung des Eigenverbrauchs durch zentrale Wechselrichter (Grafik: BSW-Solar)

In modernen Zentralwechselrichtern, die bei Anlagenkombinationen mit BatteriespeichersystemenStromspeicher 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
Leistung20 kW30 kW40 kW80 kW100 kW350 kW500 kW
Preis11.200 Euro13.700 Euro16.700 Euro24.600 Euro22.100 Euro47.900 Euro55.000 Euro
Preis pro kW467 Euro457 Euro418 Euro308 Euro221 Euro137 Euro110 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-AnlageJahresertrag der ModuleJahresertrag (92%)Jährliche Vergütung (92%)Jahresertrag (97%)Jährliche Vergütung (97%)Jährliche finanzielle Differenz
20 kWp13000 kWh119603437 Euro12610 kWh3624 Euro+ 186 Euro
23000 kWh211606081 Euro22310 kWh6411 Euro+ 330 Euro
50 kWp32500 kWh299008593 Euro31525 kWh9060 Euro+ 467 Euro
57500 kWh5290015203 Euro55775 kWh16029 Euro+ 826 Euro
100 kWp65000 kWh5980017186 Euro63050 kWh18120 Euro+ 934 Euro
115000 kWh10580030406 Euro111550 kWh32059 Euro+ 1652 Euro

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

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"Einsatz und Vorteile von Zentralwechselrichtern" wurde am 14.03.2016 das letzte Mal aktualisiert.