Was ist ein Mikrowechselrichter? Mikro- oder String-Wechselrichter?

Mikrowechselrichter und String-Wechselrichter wandeln den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um. Der Unterschied liegt darin, wo diese Umwandlung stattfindet und für wie viele Module sie erfolgt. Die richtige Wahl hängt nicht nur vom Gerätepreis ab, sondern auch von der Ausrichtung des Daches, der Verschattung, der Anzahl der Module, den Anforderungen an die Überwachung und den künftigen Speicherplänen.

Was ist ein Mikrowechselrichter und wie funktioniert er?

Ein Mikrowechselrichter ist ein kleiner Leistungswandler, der hinter oder in der Nähe eines Solarmoduls installiert wird. Er wandelt den Gleichstrom des Moduls bereits auf dem Dach in Wechselstrom um. Je nach Produktdesign kann ein Mikrowechselrichter ein einzelnes Modul verwalten oder Eingänge für mehrere Module bieten.

Eine unabhängige Maximum-Power-Point-Regelung (MPPT) für jeden Eingang oder jedes Modul sorgt dafür, dass sich Module bei unterschiedlichen Einstrahlungsbedingungen weniger gegenseitig beeinflussen. Liegt beispielsweise morgens ein Modul im Schatten eines Schornsteins, während ein anderes Sonnenlicht erhält, hilft die unabhängige MPPT-Struktur dem besonnten Modul, an seinem eigenen Arbeitspunkt weiter zu produzieren.

Der TommaTech Micro S 800W Einphasen-Wechselrichter aus dem verifizierten Produktsortiment von CW Enerji ist mit zwei unabhängigen MPPTs, zwei String-Eingängen, Fernüberwachung, Schutzart IP67 und einphasigem AC-Ausgang ein Beispiel für einen Mikrowechselrichter für kleine Anwendungen. Die technische Eignung muss zusätzlich anhand der elektrischen Werte des anzuschließenden Moduls und der Projektbedingungen geprüft werden.

Was ist ein String-Wechselrichter und wie funktioniert er?

Bei einer String-Wechselrichter-Architektur werden mehrere Module in Reihe geschaltet und bilden so einen Modulstrang, den sogenannten „String“. Der Gleichstrom aus dem String wird in einem zentralen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Abhängig von der Anzahl der MPPTs und der Eingangskonfiguration des Wechselrichters können mehrere Strings getrennt verwaltet werden.

Module mit gleicher Ausrichtung, ähnlicher Neigung und vergleichbaren Verschattungsbedingungen können bei korrekt ausgelegten Strings effizient arbeiten. Die Installation des Wechselrichters in einem gut zugänglichen Technikbereich kann Kontrolle und Service erleichtern. Unterscheiden sich Module innerhalb desselben Strings jedoch hinsichtlich Verschattung, Verschmutzung, Ausrichtung oder elektrischer Eigenschaften, kann dieses Mismatch das Verhalten des Strings beeinflussen.

Das On-Grid-Wechselrichter-Produktsortiment von CW Enerji umfasst einphasige und dreiphasige String-Wechselrichter in verschiedenen Leistungsklassen. Neben der Systemleistung gehören auch MPPT-Arbeitsbereich, maximaler Eingangsstrom, Stringspannung, Phasenkonfiguration, Schutzfunktionen und Überwachungsmöglichkeiten zu den Auswahlkriterien.

Unterschiede zwischen Mikrowechselrichtern und String-Wechselrichtern

Ist ein Mikrowechselrichter bei Verschattung immer besser?

Kein Wechselrichter kann die Solarenergie zurückgewinnen, die einem verschatteten Modul fehlt. Der Vorteil eines Mikrowechselrichters besteht darin, die Auswirkung auf Modul- oder Eingangsebene begrenzen zu können. Wandert der Schatten eines Baumes, Schornsteins, einer Antenne, Attika oder eines Nachbargebäudes im Tagesverlauf, können unabhängige Arbeitspunkte dazu beitragen, die Leistung der anderen Module zu erhalten.

Die Aussage „Bei Schatten erzeugt ein Mikrowechselrichter auf jeden Fall mehr“ ist jedoch nicht für jedes Projekt richtig. Die IEA-PVPS-Studie zur Teilverschattung weist darauf hin, dass die Ergebnisse von der Form des Schattens, der Systemtopologie und den Eigenverlusten der Leistungselektronik abhängen und dass konventionelle String-Wechselrichter in manchen Szenarien ebenfalls eine starke Leistung erzielen können. Die Entscheidung sollte daher auf einer ganzjährigen Schattenanalyse und einer vergleichenden Ertragssimulation beruhen.

Was wird bei einer Schattenanalyse untersucht?

• In welchen Monaten des Jahres und zu welchen Tageszeiten die Verschattung auftritt
• Ob eine einzelne Zelle, ein Teil des Moduls oder das gesamte Modul betroffen ist
• Mit wie vielen unterschiedlichen Ausrichtungen und Neigungen die Module installiert werden
• Anzahl der unabhängigen MPPTs und mögliche Stringanordnung beim String-Wechselrichter
• Kompatibilität des Mikrowechselrichters mit Spannung, Strom und Leistung des Moduls
• Geschätzter Jahresertrag und Gesamtbetriebskosten beider Architekturen

Mikrowechselrichter oder String-Wechselrichter: Was sollte gewählt werden?

Die Erläuterung zu Wechselrichtertechnologien des US-Energieministeriums hält fest, dass bei Mikrowechselrichtern die Verschattung oder Beschädigung eines Moduls die von den übrigen Modulen abrufbare Leistung nicht beeinträchtigt, Mikrowechselrichter jedoch teurer sein können. Der Leitfaden zur Auslegung von PV-Systemen derselben Institution weist darauf hin, dass ein zentraler Wechselrichter leichter zu warten und zu kühlen sein kann.

Eine dritte Option: Leistungsoptimierer

Ein Leistungsoptimierer übernimmt die DC-DC-Wandlung und das MPPT auf Modulebene, während die abschließende DC-AC-Umwandlung in einem zentralen String-Wechselrichter erfolgt. Damit verbindet er einige Eigenschaften einer modulbezogenen Regelung mit der zentralen Wechselrichterarchitektur. Zusätzliche Komponenten, Kompatibilität, Wirkungsgradverluste, Überwachungsinfrastruktur und Kosten müssen jedoch weiterhin projektspezifisch bewertet werden. Auch ein Optimierer beseitigt den Schatten nicht; er verändert lediglich, wie das System auf Verschattung reagiert.

Welche technischen Werte sollten bei der Wahl eines Mikrowechselrichters geprüft werden?

Es reicht nicht aus, nur auf die Wattangabe des Wechselrichters zu achten. Die Abstimmung von Modul und Wechselrichter muss anhand elektrischer Berechnungen erfolgen, die auch die kältesten und heißesten Betriebsbedingungen berücksichtigen.

• Zulässige maximale DC-Eingangsspannung und MPPT-Arbeitsbereich
• Maximaler Kurzschluss- und Betriebsstrom je Eingang
• Anzahl anschließbarer Module und empfohlenes DC/AC-Leistungsverhältnis
• Kompatibilität mit einphasigen oder dreiphasigen Netzstrukturen
• Zulässige Geräteanzahl je AC-Strang und Kabelquerschnitt
• Schutzart, Betriebstemperatur und Montagebedingungen
• Für die Fernüberwachung erforderliches Gateway oder Kommunikationssystem
• Umfang der Produkt- und Leistungsgarantie
• Anforderungen an Netzanschluss, Schutz und Projektierung

Ein netzgekoppeltes Mikrowechselrichtersystem ist nicht automatisch für jede Elektroinstallation geeignet, nur weil das Gerät als „Plug-and-play“ beschrieben wird. Verteilerkapazität, Erdung, Fehlerstrom- und Überstromschutz, Kabelquerschnitt, Anschlusspunkt und geltende Verteilnetzbedingungen müssen von qualifizierten Fachkräften geprüft werden. Das Gerät darf vor dieser Bewertung nicht direkt an die bestehende Installation angeschlossen werden.

Kann ein Mikrowechselrichter mit einer Batterie verwendet werden?

Da der Mikrowechselrichter bereits am Modul einen AC-Ausgang bereitstellt, wird die Speicherintegration in der Regel über eine AC-gekoppelte Architektur betrachtet. Die Interoperabilität von Batteriewechselrichter, Energiemanagementsystem und Mikrowechselrichter muss anhand der Produktunterlagen geprüft werden. Kommunikation, Lade- und Entladesteuerung, Netztrennung und das Verhalten der Ersatzstromlasten gehören zur Auslegung.

Bei einem neuen System, in dem die Batterie Priorität hat, können ein Hybrid-String-Wechselrichter und ein DC-gekoppelter Speicher die einfachere Option sein. Wird eine Batterie später zu einem bestehenden AC-Solarsystem hinzugefügt, kann eine kompatible AC-gekoppelte Lösung geprüft werden. Die Energiespeicherlösungen von CW Enerji bieten verschiedene Architekturen für Wohngebäude; die richtige Kapazität und Anschlussart sollten entsprechend dem Verbrauchsprofil und den Erwartungen an die Ersatzstromversorgung ausgewählt werden.

8 Fragen an das Projektteam vor der Entscheidung

1. Welche Daten und welche Methode wurden für die ganzjährige Schattenanalyse verwendet?
2. Wurden die geschätzten Jahreserträge der Mikro- und String-Wechselrichtervarianten verglichen?
3. Wie viele unterschiedliche Ausrichtungen und Neigungen werden die Module haben?
4. Sind Spannung, Strom und Leistung von Wechselrichter und Modul kompatibel?
5. Erfolgt die Überwachung auf Modul- oder Stringebene?
6. Wie werden Dachzugang und Austausch im Störungsfall organisiert?
7. Welche Grenzen gelten, wenn künftig Module oder eine Batterie ergänzt werden?
8. Umfasst das Angebot Schutzeinrichtungen, Projektierung, Inbetriebnahme und Garantie?