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.
In ihren Anfängen nutzten Photovoltaikanlagen den Strom für den Verbrauch mit der gleichen Spannung und auf die gleiche Weise, wie sie ihn von Sonnenkollektoren und Batterien erhielten. Das heißt, sie arbeiteten mit Gleichstrom von 12, 24 oder 48 Volt.
Diese Eigenschaft stellte einen großen Unterschied zu Benutzern dar, die ein elektrisches Verteilungsnetz oder Stromaggregate mit 220 Volt Wechselstrom hatten. Aus diesem Grund wurden elektrische Wechselrichter eingeführt.
Wozu dient ein Wechselrichter?
Wechselrichter werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von kleinen Stromversorgungen für Computer bis hin zu industriellen Anwendungen.
Hier sind einige Beispiele, wo ein elektrischer Wechselrichter verwendet wird:
In einer Photovoltaikanlage dienen sie dazu, den von den Solarmodulen gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
Bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen einer elektrischen Anlage wandelt der Wechselrichter die von der Batterie gelieferte Spannung in Wechselstrom um.
Bei der Stromübertragung wandelt der Wechselrichter die in einigen Stromleitungen übertragene Leistung in Gleichstrom um, um ihn in das Wechselstromnetz einzuspeisen.
Die Realisierung eines Schaltnetzteils zur Umwandlung in Gleichstrom mit erheblichen Vorteilen hinsichtlich Wirkungsgrad, Größe und Gewicht
In der Luft- und Raumfahrt dienen sie dazu, die Flugzeug-Avionik auch bei Batterieversorgung (bei Stromausfall) mit hochstabilem Wechselstrom zu versorgen
Drehzahländerung bei Elektromotoren.
Wie funktioniert ein Wechselrichter?
Ein einfacher Wechselrichter besteht aus einem Oszillator, der einen Transistor steuert, der dazu dient, den eingehenden Strom zu unterbrechen und eine Rechteckwelle zu erzeugen.
Sinus-Wechselrichter haben einen Transformator, der ihre Form weicher macht, sodass sie ein bisschen mehr wie eine Sinuswelle aussehen. Eine gute Technik, um dies zu erreichen, ist die Verwendung der PWM-Technik, die die sinusförmige Hauptkomponente viel größer macht als die höheren Harmonischen.
Die von diesen Geräten erzeugte Rechteckwellenform hat das Problem, dass sie reich an höheren Harmonischen ist, während die Netz-Sinuswelle davon frei ist.
Vorteile von Wechselrichtern
Es ist die Art von Strom, die auf der ganzen Welt verwendet wird und daher einen Punkt der Normalität darstellt.
Es erleichtert den Kauf von Haushaltsgeräten, um auf die effizientesten zugreifen zu können.
Es ermöglicht die Aufrechterhaltung stabiler Spannungs- und Wellenformwerte trotz der Schwankungen des Ladezustands der Batterien.
Die Tatsache, dass mit höheren Spannungen gearbeitet wird (220 V sind 18 mal 12 V), ermöglicht es, gemäß dem Ohmschen Gesetz mit einer niedrigeren Stromstärke zu arbeiten. Auf diese Weise können dünnere elektrische Leiter verwendet werden und Verluste durch den Joule-Effekt werden minimiert.
Nachteile von Wechselrichtern
Die Installation besteht aus einem weiteren Element, dem Konverter. Daher nimmt die Zuverlässigkeit des Systems ab.
Der Umrichter muss einige elektrische Verluste kompensieren, indem er mehr Strom für die Module erzeugt (5 %).
Bei kleinen Installationen 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.
Welche Eigenschaften müssen bei einem Stromwechselrichter berücksichtigt werden?
Hauptmerkmale, die einen Konverter definieren
Eingangsspannung (Vcc): Dieser Wert muss gleich dem der Batterie sein (12, 24, 48 V).
Ausgangsspannung (Vac): Dieser Wert muss normalisiert werden (230 Vac).
Ausgangs-/Eingangsspannungsstabilität: Schwankungen von bis zu 10 % für Rechteckwellenwandler und 5 % für Sinuswellenwandler werden unterstützt.
Wellentyp: Derzeit müssen Wechselrichter ein normalisiertes Wechselstromformat mit einer reinen Sinuswelle darstellen.
Überlastfähigkeit ( Spitzenleistung) und thermischer Schutz: sehr nützlich in Installationen mit Motoren, da beim Start die für den Nennbetrieb erforderliche Leistung verdoppelt werden kann, wenn auch nur für einige Sekunden.
Die Energieeffizienz oder Leistung des Umrichters ist das Verhältnis zwischen der Energie, die der Umrichter dem Verbrauch in Wechselstrom zur Verfügung stellt, und der Energie, die dieser Eingangsumrichter (aus der Batterie) benötigt.
Automatischer Start- und Standby-Status: Ermöglicht das Trennen der Leistungsteile desselben Konverters bei fehlendem Verbrauch. Später verbinden sie sich wieder, wenn sie einen Energiebedarf über einem zuvor festgelegten Schwellenwert feststellen.
Schutz gegen Verpolung und Kurzschluss: Grundlegende Optionen angesichts der während der Lebensdauer des Umrichters hohen Möglichkeiten für Fehler oder Fehlfunktionen der Verbraucherkreise.
Niedrige harmonische Verzerrung: Parameter, der sich auf die Qualität der erzeugten Welle bezieht. Oberschwingungen werden normalerweise durch Filter entfernt, obwohl dies mit Verlusten verbunden ist. Die Schwankung der Frequenz der Ausgangsspannung beträgt weniger als 3 % des Nennwerts.
Möglichkeit der parallelen Kombination: Dies ermöglicht ein mögliches Wachstum der Installation und des Stromverbrauchs.
Gutes Verhalten bei Temperaturschwankungen: Betriebsspanne zwischen -5 °C und 40 °C.
Leistungswechselrichter für Solarzellen
Die Wechselrichter der Photovoltaikanlagen für den Zugang zum Stromnetz sind speziell dafür ausgelegt. Seine Funktion besteht darin, die von den Solarzellen erzeugte elektrische Energie in Form von Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, um ihn in das Stromnetz einspeisen zu können.
Photovoltaik-Module haben eine Spannungs-Strom-Kennlinie, so dass es einen optimalen Arbeitspunkt gibt, den so genannten Maximum Power Point. Wenn wir an dieser Stelle bleiben, ist es möglich, die maximale Leistung aus den Solarzellen zu ziehen.
Diese Kennlinie ändert sich kontinuierlich entsprechend der empfangenen Sonneneinstrahlung. Diese Art von Wechselrichtern sind Leistungsoptimierer, da sie darauf ausgelegt sind, an diesem Punkt zu bleiben und die maximal mögliche elektrische Energieproduktion zu erzielen.
Inverter-Ladegerät
Für die Verwendung von Batterien gibt es Wechselrichter-Ladegeräte auf dem Markt. Ein Inverter-Ladegerät hat zwei Funktionen:
Wandelt den aus den Batterien kommenden Gleichstrom in Wechselstrom um
Es verfügt über ein Ladegerät, um die Batterie von einer externen Stromquelle mit Strom zu versorgen.
Hybrid-Wechselrichter
Hybrid-Wechselrichter können sowohl über das öffentliche Stromnetz als auch über eine Batterie gespeist werden, die den gleichen elektrischen Ausgangsstrom liefert. Das heißt, die Eingangsspannung kann von einer Batterie in Gleichstrom oder von dem Stromnetz in Wechselstrom stammen.
String-Wechselrichter
Diese Art von Solarwechselrichtern wird in in Reihe geschalteten Solarmodulen verwendet, die in Zweigen gruppiert sind, um die gesamte erzeugte elektrische Energie an einen einzigen Wechselrichter zu senden.
