Erstellt von Marcus Rönz | 23.04.2021
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Bei mir sind mehrere Insel PV-Anlagen auf dem Grundstück. Garage, Wohnung und Garten. Die Garage nutzt das einfache 12V System, die anderen 24V. Es gibt viele 12V Geräte, aber auf für 24V ist einiges dabei.
Sobald man aber andere Haushaltsgeräte mit 230V Wechselspannung nutzen möchte, wird es etwas komplizierter. Hier benötigt man ein Gerät, was die Gleichspannung auf 230V 50Hz Wechselspannung wandelt.
Diese werden Wechselrichter oder Spannungswandler genannt.
Nachfolgend ein Schaubild der PV Anlage mit Wechselstrom. Danach klären wir die Unterschiede von Wechselrichtern bezüglich der Technik (Sinus, Rechteck, modifiziertes Signal).
Lesetipp: In der Solar-FAQ werden viele Fragen zur Solaranlage und Strom aus alternativer Energie beantwortet.
Funktionsweise der 230V Solaranlage - Schaltung und Aufbau
Solaranlage: 230V Wechselstrom nutzen
Schaltungsaufbau einer typischen und einfachen Solaranlage. Ebenfalls kann die Akkuspannung für 12V (oder 24V, ...) direkt genutzt werden, oder mit einem Wechselrichter gleich 230V Wechselspannung gemacht werden.
Unser Solarmodul lädt den Akku über einen Laderegler. Der Laderegler muss zum Solarmodul und dem Akku bzw. der Systemspannung passen.
Direkt am Akku wird auch der Wechselrichter angeschlossen. Ohne Akku würde das System durch Abschalten der Elektronik (Laderegler oder Wechselrichter) nicht funktionieren. Der Akku kompensiert Ladepausen durch Wolken oder der Nacht.
Hier im Einsatz sind dann sogenannte Batterie-Wechselrichter. Es gibt jedoch auch Modulwechselrichter, die nicht an den Akku, sondern direkt ans PV-Modul angeschlossen werden.
Alle mir bekannten Batterie-Wechselrichter schalten bei kritischer Akkuspannung (bei 12V Akkus bspw. bei 10,8V) ab. Leider lassen sich die wenigsten Programmieren. Denn 10,8V bedeutet bereits eine Tiefentladung bei Blei-Akkus (Sulfatierung).
Um ausreichend Power zur Verfügung zu haben, wird ein gut aufeinander abgestimmtes System benötigt. Der Wechselrichter benötigt nicht nur das richtige Ausgangssignal, sondern muss für eine bestimmte Last (in Watt) ausgelegt sein. Ebenfalls muss der Akku über ausreichend Kapazität verfügen. Je höher die Akkukapazität, desto mehr leistungsstarke Solarmodule können angeschlossen werden.
Den richtigen Wechselrichter finden
Es gibt wirklich sehr viele Wechselrichter zu sehr unterschiedlichen Preisen auf dem Markt.Um den richten Wechselrichter zu finden, musst du die Verbraucher kennen. Ein Strom-Messgerät zeigt dir, wie viel Energie ein Haushaltsgerät aus der Steckdose zieht.
Wechselrichter - wichtige Angaben des Datenblattes:
Günstige Wechselrichter haben oft nur das digitale Rechtecksignal. In der Solar-FAQ ist dies erläutert: Sinus-Kurve, Rechtecksignal, modifiziertes Sinus.
Auch eine wichtige Angabe ist die Watt-Leistung. Jeder Wechselrichter wird mit einer maxmalen Peak-Leistung (in Watt) beworben. Wichtig zu wissen: Das ist oft nur für kurzzeitig Maximallast oder Einschaltströme, jedoch nicht bei jedem Wechselrichter! Du findest im Datenblatt des Wechselrichters noch genau erläutert, wie viel Watt du dauerhaft daraus ziehen kannst und wie lange die max. Watt-Angabe. Oft sind solche Spitzenwerte nur beim einschalten des Kühlschranks, beim aufheizen des Toasters oder Anlauf von Motoren (Bohrschrauber, Kreissäge,...) für einige Sekunden oder Minuten erreicht. Im richtigen Betrieb sinkt der benötigte Strom dann meist erheblich.
Effizienz erhöhen:
Um möglichst lange deinen produzierten Solarstrom nutzen zu können, muss die ganze Anlage möglichst effektiv laufen. Das fängt bei der Ausrichtung der Solarmodule an, geht weiter über die Verwendung des richtigen Ladereglers, Leitungsquerschnitte und über die verwendete Eingangsspannung für den Wechselrichter. Aber auch die Akkukapazität ist wichtig, welches ich weiter unten genauer erläutere (bezüglich Peukert-Effekt).
Wechselrichter gibt es für verschiedene Systemspannungen. 12V, 24V, 48V und auch mehr. Merke: Je geringer die Differenz zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung des Wechselrichters ist, desto geringer ist der Verlust. Effektive Geräte produzieren auch weniger Abwärme - du solltest also für deine Anlage, wo du sorgenfrei auch ein paar Verbraucher anschließen möchtest, nicht das billigste Gerät kaufen. In meinem Garten nutze ich ein sehr günstigen Wechselrichter und der tut seinen Job - ist aber nur für eine kleine Pumpe und ein paar Akku-Ladegeräte da. Eine Bohrmaschine kann ich daran nicht anschließen, was etwas frustrierend ist. Also gleich einmalig ausreichend dimensionieren. Über die Langlebigkeit kann man leider nur spekulieren - aber für viele Geräte gibt es Erfahrungswerte, insofern das nicht gerade ein Billiggerät oder erst seit kurzem auf dem Markt ist. Recherchiere das z.b. über Google zu dem Gerät, welches du gern kaufen würdest.
Geht es um Effizienz bei erneuerbaren Energien, stellt sich aber nicht nur die Frage des Setups der Solaranlage, sondern auch andere Alternativen zur Stromgewinnung. Windkraft ist ebenfalls nicht zu unterschätzen - auch Wasserkraft oder Erdwärme könnten interessant sein. Das ist sehr Gebietsabhängig.
Hier habe ich mal Sonnenstrom mit Windkraft-Strom verglichen. Wie ich finde, eine perfekte Kombination und sollte für jeden eine Ergänzung sein, um sein Autarkgrad zu erhöhen!
Der Peukert-Effek - die Akkukapazität ist wichtig!
Wird Strom über einen Wechselrichter bezogen, so wird diese aus dem Akku entnommen. Scheint die Sonne, geht der Strom nicht in den Akku, sondern zuerst in den Wechselrichter. Das liegt am Innenwiderstand des Akkus.
Scheint keine Sonne, wird die Energie aus dem Akku entnommen.
Hier kann es zu hohen Strömen kommen! Und der genannte Peukert-Effekt besagt im Folgeschluss, dass hohe Ströme aus dem Akku mehr Kapazität entnehmen, als bei kleinen Strömen. Daher ist ein ordentlich großer Speicher notwendig, wenn du auch ordentlich Leistung beziehen möchtest.
Ein guter Wert für die Entnahme aus Blei-Akkus liegt bei maximal 0,5C. Das C steht für das englische Wort Capacity, zu deutsch: Kapazität. 1C Entladestrom für einen z.b. 100Ah Blei-Akku entsprechen dann 50 Ampere. Bei einem 22Ah Akku wären 0,5C dann 11 Ampere.
Eine geringere Stromentnahme (das gilt auch für das Laden) schont den Akku und erhöht dessen Lebenszyklus.
Nun zeige ich dir aber auch noch ein paar Wechselrichter.
Das Ausgangssignal: Rechteck, Sinus und modifizierte Sinuswelle
230V Wechselspannung: Signale für Sinus, modifiziert..
Die Wechselspannung mit 230V und 50 Hz hat eigentlich eine Sinuswelle. Wechselrichter können unterschiedliche Signale erzeugen, die nicht für jedes Gerät dann funktionieren.
In der Solar-FAQ habe ich die drei Wellenformen genauer behandelt.