Wissenswertes zu Wechselrichtern

Was ist ein Wechselrichter?

Wechselrichter werden verwendet, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Das ist immer dann nötig, wenn nur eine Gleichspannungsquelle zur Stromversorgung zur Verfügung steht, aber Wechselspannungsverbraucher genutzt werden. Aus elektrotechnischer Sicht handelt es sich um Spannungswandler – es wird zugleich eine Anpassung der Spannungshöhe an die benutzten Elektrogeräte vorgenommen.

Am Ausgang eines Wechselrichters steht eine 230-Volt-Wechselspannung zur Verfügung, so dass Geräte wie am normalen Niederspannungsnetz betrieben werden können. Die Wandler von Gleichstrom zu Wechselstrom werden auch Inverter genannt.

Der vom Spannungswandler bereitgestellte Wechselstrom hat unterschiedliche Qualitäten, die aus der Art und Weise der Erzeugung herrühren. Von Rechteck- bis zur Sinus-Wechselspannung ist alles im Angebot. Eine herkömmliche Glühlampe oder ein Wasserkocher beispielsweise kommen mit Rechteckspannung am Ausgang des Wechselrichters problemlos aus. Anders sieht es bei Radios, Notebooks oder Geräten mit Schaltnetzteilen aus. Hier wird eine sinusförmige Wechselspannung benötigt, deren Qualität der Wechselspannung an der heimischen Steckdose entspricht. Das erfordert einen höheren technischen Aufwand im Wechselrichter und macht sich letztlich entsprechend im Preis bemerkbar.

Wechselrichter mit modifizierter Sinuswelle für den Betrieb von Elektrogeräten

Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Wechselspannung ist unter physikalischen Gesichtspunkten eine Spannung, die periodisch ihre Größe und Richtung ändert. Die sinusförmige Wechselspannung schwankt zwischen den positiven und negativen Maximalwert. Diese Schwankung vollzieht sich immer in der gleichen Häufigkeit pro Zeiteinheit – das ist unsere Netzfrequenz von 50 Hertz.

Wenn Gleichspannung als Quelle zur Verfügung steht, muss diese beschriebene Schwankung auf technischem Wege in einem Spannungswandler erzeugt werden. Dazu wird die Polarität der Gleichspannung periodisch gewechselt, vorstellbar als ein rhythmisch bewegter Wechselschalter. Der Schaltvorgang wird mit elektronischen Bauteilen, zum Beispiel Bipolartransistoren oder MOSFETs, realisiert. Das ergibt Wechselspannung, aber sie ist sozusagen „roh“, das heißt in Rechteckform. Mit nachgeschalteten Filtern wird eine mehr oder weniger starke Annäherung an die Sinusform der Wechselspannung erreicht.

Damit am Ausgang eines Sinus-Wechselrichters eine konstante Spannung in geforderter Qualität zur Verfügung steht, wird dieser Ausgang elektronisch überwacht und der Umformvorgang mit einer Mess- und Regelkette beeinflusst.

Auch Schaltnetzteile nutzen diese Umwandlungsprozesse: Wechselspannung – Gleichrichtung – hochfrequent geschaltete Gleichspannung – Umformung in einem (sehr kleinen) Transformator – Gleichrichtung und Abgabe der gewünschten Spannung. Man erreicht damit sehr kleine Bauformen und zugleich die galvanische Trennung vom Niederspannungsnetz.

Welche Wechselrichter gibt es?

Wechselrichter werden überall dort benötigt, wo nur Gleichspannungsquellen zur Verfügung stehen, aber Wechselspannungsgeräte genutzt werden sollen. Das betrifft auch das Einspeisen aus Photovoltaikanlagen in die heimische Stromversorgung.

Inselwechselrichter für dreiphasige Einspeisung mit gutem Kühlkonzept

Für die unterschiedlichen Leistungsanforderungen stehen diverse Wechselrichter zur Verfügung. Fortschrittliche Modelle haben eine eigene Temperaturkontrolle, sind verpolungssicher und kurzschlussfest. Als Ausgangsspannungen stehen 230-Volt-Wechselspannung und bei vielen kleineren Wechselrichtern zugleich 5-Volt-Gleichspannung an einem USB-Ausgang zur Verfügung. Alle erhältlichen Wechselrichter sind ISO-zertifiziert.

Als Wechselrichter mit hohen Leistungen und Schutzarten kommen Inselwechselrichter und Netzwechselrichter an Solaranlagen zum Einsatz. Mit einer internen Elektronik sorgen sie für ein komplettes Energiemanagement im Zusammenspiel mit der Photovoltaik. Datenlogger und grafische Displays sorgen für große Bediensicherheit und Anwendungskomfort. LAN-Anschlüsse ermöglichen die Steuerung und Überwachung über das Internet. Einige Wechselrichter für den Betrieb an Solaranlagen haben die erforderlichen Laderegler gleich mit an Bord. Der sogenannte Droop-Modus ermöglicht eine sehr exakte Steuerung des Energiemanagements je nach den abzurufenden Lasten.

Die teilweise verfügbare Funktion „MPP-Tracking“ (Maximum Power Point Tracking – Deutsch: Suche des maximalen Leistungspunktes) sorgt bei Photovoltaik-Anlagen dafür, dass die einzelne Solarmodule einer Anlage je nach Bestrahlungsstärke und Eigen-Temperatur zur Versorgung eingesetzt werden.

Die mechanische Ausführung der Eingänge für Gleichspannung richtet sich nach der Anwendung und Leistung. Sie sind teilweise mit offenen Kabelanschlüssen für die Einspeisung aus Solaranlagen oder den Festeinbau in Campingmobile vorgesehen. Solche Wechselrichter für Caravans oder Boote haben zum Teil eine sogenannte Vorrangschaltung mit einem zusätzlichen (Kaltgeräte-)Netzanschluss. Das funktioniert so: Liegen externe 230 Volt an, zum Beispiel am Liegeplatz, so wird diese Spannung vorrangig direkt in das Bordnetz eingespeist. Ohne die externe Niederspannung wird die Bord-Batterie mit dem Wechselrichter genutzt. Auf diese Art und Weise kann an anderen Betriebsumgebungen auch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sichergestellt werden.

Viele Geräte lassen sich auf die konkreten Anforderungen vor Ort programmieren. Dazu sind sie mit Schnittstellen ausgestattet. Mit LEDs oder LCDs werden Betriebszustände signalisiert und relevante elektrische Größen angezeigt.

Mit Schraub- oder DC-Klemmen wird der Anschluss an Fahrzeugbatterien hergestellt, meist zum temporären Betrieb. Wechselrichter im niedrigeren Leistungsbereich können per Zigarettenanzünder-Stecker an das Gleichstrom-Bordnetz angeschlossen werden. Geräte mit einem weiten Eingangsspannungsbereich eignen sich für moderne Fahrzeuge mit intelligenten Lichtmaschinen. Als Ausgang bieten die in unserem Onlineshop erhältlichen Wechselrichter Schutzkontakt-, Euro- oder Frankreich-Steckdosen, Kaltgerätebuchsen, offene Kabelenden und USB-Ladebuchsen an.

Verfügbar sind unter anderem Varianten mit speziellen Bauformen (zum Beispiel in einen Getränkehalter passend), Vorrangschaltungen, mit Betrieb für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung oder Produkte mit lüfterlosem Betrieb. Fernbedienungen ermöglichen das verdeckte Aufstellen oder die verdeckte Montage eines Wechselrichters. Letztlich ist noch die Anzahl der Steckdosen wählbar.

Wechselrichter mit DC-Klemmen und Stecker für den Zigarettenanzünder

Unser Praxistipp: Sicherheitstechnik

Bei der Verwendung von Spannungswandlern muss auf der 230-Volt-Seite immer eine Sicherung und ein Fehlerstrom-Schutzschalter verwendet werden. In einigen Wechselrichtern sind diese Elemente bereits integriert.

  

Was ist beim Kauf, der Installation und Nutzung von Wechselrichtern zu beachten?

Bei der Installation einer Photovoltaik-Anlage muss der eingesetzte Wechselrichter in das Anlagenkonzept passen. Das betrifft in erster Linie die umzusetzende und einzuspeisende Leistung, aber auch die Ausstattung mit technischen Funktionen.

Wandler in Dosenform mit Überhitzungs, Überlast- und Kurzschlussschutz

Anlagen an schwer zugänglichen Orten sollten fernsteuerbar und wartungsarm sein. Bei kompletten Solaranlagen für Boote oder Camping ist die Hardware meist fertig vorkonfiguriert.

Sie ein elektrisches Gerät an einem Wechselrichter betreiben wollen, muss vorab die Leistungsaufnahme geprüft werden, um die Inverter nicht zu überlasten. Addieren Sie die Leistungsangaben aller verwendeten Geräte, um einen Wechselrichter mit ausreichender Leistungsreserve zu erwerben.

Die meisten Wechselrichter schalten bei Überlastung und damit einhergehender hoher Temperatur ab. Vermeiden Sie den Dauerbetrieb an der oberen Leistungsgrenze.

Steck-, Schraub- und Klemmkontakte müssen sauber sein, um erhöhte Übergangswiderstände zu vermeiden. Das betrifft besonders nicht dauerhafte Verbindungen, wie beispielsweise eine Zigarettenanzünder-Buchse und den dazugehörigen Stecker im Kfz.

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