Ein Wechselrichter ist ein elektronisches Gerät. Die Funktion des Wechselrichters besteht darin, eine Gleichstrom-Eingangsspannung in eine symmetrische Wechselstrom-Ausgangsspannung mit der vom Benutzer gewünschten Größe und Frequenz umzuwandeln.
Zu Beginn nutzten Photovoltaikanlagen den Strom zum Verbrauch mit der gleichen Spannung und in der gleichen Form, wie sie ihn von Sonnenkollektoren und Batterien erhielten. Das heißt, es wurde mit einem Dauerstrom von 12, 24 oder 48 Volt gearbeitet.
Diese Funktion machte einen großen Unterschied für Benutzer, die über ein Stromverteilungsnetz oder 220-Volt-Wechselstromgeneratoren verfügten. Aus diesem Grund wurden elektrische Wechselrichter eingeführt.
Wozu dient ein Wechselrichter?
Wechselrichter werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von kleinen Computer-Netzteilen bis hin zu industriellen Anwendungen.
Nachfolgend listen wir einige Beispiele auf, bei denen ein elektrischer Wechselrichter zum Einsatz kommt:
In einer Photovoltaikanlage dienen sie dazu, den von den Solarmodulen gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
Bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen einer Elektroanlage wandelt der Wechselrichter die von der Batterie gelieferte Spannung in Wechselstrom um.
Bei der Übertragung elektrischer Energie wandelt der Wechselrichter die Energie in Gleichstrom um, der in einigen Stromleitungen zur Einspeisung in das Wechselstromnetz übertragen wird.
Die Realisierung eines Schaltnetzteils zur Umwandlung in Gleichstrom mit erheblichen Vorteilen hinsichtlich Effizienz, Größe und Gewicht
Im Luft- und Raumfahrtbereich werden sie eingesetzt, um die Avionik von Flugzeugen auch bei Batterieversorgung (bei Stromausfall) mit einem hochstabilen Wechselstrom zu versorgen.
Drehzahlvariation bei Elektromotoren.
Wie funktioniert ein Wechselrichter?
Ein einfacher Wechselrichter besteht aus einem Oszillator, der einen Transistor steuert, der den eingehenden Strom unterbricht und eine Rechteckwelle erzeugt.
Sinus-Wechselrichter verfügen über einen Transformator, der ihre Form weicher macht und sie ein wenig mehr wie eine Sinuswelle aussehen lässt. Eine gute Technik, um dies zu erreichen, ist die Verwendung der PWM-Technik, wodurch die Hauptsinuskomponente viel größer wird als die höheren Harmonischen.
Die von diesen Geräten erzeugte Rechteckwellenform hat das Problem, dass sie reich an höheren Harmonischen ist, während die Sinuswelle des Stromnetzes diese nicht aufweist.
Vorteile
Es handelt sich um die Stromart, die auf der ganzen Welt verwendet wird und daher einen Punkt der Normalität darstellt.
Dies erleichtert den Kauf von Geräten, um auf die effizientesten Geräte zugreifen zu können.
Es ermöglicht die Aufrechterhaltung stabiler Spannungs- und Wellenformwerte trotz der Schwankungen des Ladezustands der Batterien.
Das Arbeiten mit höheren Spannungen (220 V ist 18 mal 12 V) ermöglicht das Arbeiten mit einer geringeren Stromstärke gemäß dem Ohmschen Gesetz. Auf diese Weise können dünnere elektrische Leiter verwendet werden und Verluste aufgrund des Joule-Effekts werden minimiert.
Nachteile
Die Installation besteht aus einem weiteren Element, dem Konverter. Daher nimmt die Zuverlässigkeit des Systems ab.
Der Konverter muss elektrische Verluste kompensieren, indem er mehr Strom für die Module erzeugt (5 %).
Bei kleinen Anlagen kann der Konverter einen erheblichen Teil des Budgets ausmachen; Beispielsweise kann bei einer Installation mit etwa 100 Wp Modulleistung ein 250-W-Konverter 20 % der Gesamtkosten ausmachen.
Haupteigenschaften
Hauptmerkmale, die einen Konverter ausmachen
Eingangsspannung (Vcc): Dieser Wert muss dem der Batterie entsprechen (12, 24, 48 V).
Ausgangsspannung (Vac): Dieser Wert muss normalisiert werden (230 Vac).
Ausgangs-/Eingangsspannungsstabilität: Schwankungen von bis zu 10 % werden für Rechteckwellenwandler und 5 % für Sinuswellenwandler unterstützt.
Wellenform: Derzeit müssen Wechselrichter ein standardisiertes Wechselstromformat mit einer reinen Sinuswelle aufweisen.
Überlastfähigkeit (Spitzenleistung) und thermischer Schutz: Sehr nützlich bei Anlagen mit Motoren, da beim Start die für den Nennbetrieb erforderliche Leistung verdoppelt werden kann, allerdings nur für einige Sekunden.
Die Energieeffizienz bzw. Leistung des Wandlers ist das Verhältnis zwischen der Energie, die der Wandler für die Wechselstromaufnahme bereitstellt, und der Energie, die dieser Eingangswandler (aus der Batterie) benötigt.
Automatischer Start und Standby-Zustand: Ermöglicht die Abschaltung der Leistungsteile desselben Wandlers bei fehlendem Verbrauch. Sie stellen die Verbindung dann wieder her, wenn sie einen Energiebedarf erkennen, der über einem zuvor festgelegten Schwellenwert liegt.
Schutz vor Verpolung und Kurzschlüssen: Grundoptionen angesichts der während der Lebensdauer des Wandlers hohen Fehler- oder Fehlfunktionen der Verbraucherkreise.
Geringe harmonische Verzerrung: Parameter, der sich auf die Qualität der erzeugten Welle bezieht. Oberwellen werden in der Regel durch Filter eliminiert, allerdings ist dies mit Verlusten verbunden. Die Frequenzschwankung der Ausgangsspannung beträgt weniger als 3 % des Nennwerts.
Möglichkeit der Parallelschaltung: Dies ermöglicht ein mögliches Wachstum der Installation und des Stromverbrauchs.
Gutes Verhalten bei Temperaturschwankungen: Betriebsbereich zwischen -5 °C und 40 °C.
Wechselrichter für Solarzellen
Die Wechselrichter von Photovoltaikanlagen zur Einspeisung ins Stromnetz sind speziell für diesen Zweck konzipiert. Seine Funktion besteht darin, elektrische Energie in Form von Gleichstrom, der von Solarzellen erzeugt wird, in Wechselstrom umzuwandeln, um ihn in das Stromnetz einspeisen zu können.
Nachfolgend sind einige Arten von Wechselrichtern aufgeführt, die in Solarenergiesystemen verwendet werden:
String-Wechselrichter
Diese Wechselrichter werden am häufigsten in Wohn- und Gewerbeanlagen eingesetzt.
Sie wandeln die Energie mehrerer in Reihe geschalteter Solarmodule (ein String) in Wechselstrom um. Sie eignen sich für mittelgroße Anlagen und bieten ein gutes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung.
Mikrowechselrichter
An jedes Solarpanel ist ein eigener Mikrowechselrichter direkt angeschlossen. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle und Effizienz, da jedes Panel unabhängig arbeitet. Sie sind besonders nützlich in Systemen, in denen Beschattung oder Hindernisse auf ein oder mehrere Paneele wirken können.
Zentralwechselrichter
Diese Wechselrichter werden in Großsystemen wie kommerziellen und großtechnischen Solaranlagen eingesetzt. Sie wandeln die Energie mehrerer Solarmodule in einer einzigen Zentraleinheit um. Sie sind effizient und für Hochleistungssysteme geeignet.
Hybrid-Wechselrichter
Hybrid-Wechselrichter wandeln nicht nur Solarstrom von Gleichstrom in Wechselstrom um, sondern können auch in Energiespeichersystemen wie Batterien eingesetzt werden. Dies ermöglicht die Nutzung der gespeicherten Sonnenenergie in der Nacht oder an bewölkten Tagen.
Netzgekoppelte Wechselrichter
Diese Wechselrichter werden in Solaranlagen eingesetzt, die an das Stromnetz angeschlossen sind. Sie wandeln Sonnenenergie in Wechselstrom um und ermöglichen die Einspeisung von Strom in das öffentliche Netz. Einige Modelle ermöglichen auch die Messung der erzeugten und verbrauchten Energie.
Unabhängige Wechselrichter
Diese Wechselrichter werden in Inselsolaranlagen eingesetzt, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind. Sie wandeln Gleichstrom-Solarenergie in Wechselstrom um, um Geräte und Systeme in abgelegenen oder netzfernen Gebieten mit Strom zu versorgen.
