Ratgeber
Im industriellen und gewerblichen Umfeld gibt es Situationen, in denen netzstrombetriebene Geräte notwendig sind, aber kein Zugang zur 230-Volt-Wechselspannung besteht. In diesen Fällen helfen Inselwechselrichter. Sie verwandeln Gleichspannung aus Batterien oder Solaranlagen in die übliche Netzspannung.
In unserem Ratgeber informieren wir Sie über die grundsätzlichen Funktionen von Wechselrichtern und geben Tipps für die Beschaffung.
Ein netzgebundener Wechselrichter und ein Inselwechselrichter unterscheiden sich durch ihre Hauptfunktion und den Anwendungsszenarien. So sind netzgebundene Inverter dafür ausgelegt, Strom in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Inselwechselrichter arbeiten dagegen völlig unabhängig vom öffentlichen Stromnetz, energietechnisch lassen sie sich daher mit einer Insel vergleichen.
Während netzgebundene Wechselrichter sich genau mit der Spannung, Frequenz und Phase des Stromnetzes synchronisieren müssen, erzeugen Inselwechselrichter einen eigenständigen Wechselstrom. Die Notwendigkeit der Synchronisation einer Inselanlage mit einem externen Netz fällt flach, da es kein externes Netz gibt.
Deutlich wird der Unterschied auch bei einem Stromausfall. Im öffentlichen Netz schaltet ein herkömmlicher netzgebundener Inverter normalerweise ab. Die Netztrennung verhindert ein unsicheres Einspeisen von Strom. Da Inselwechselrichter für den autonomen Betrieb konzipiert sind, können sie auch bei einem Stromausfall weiterhin lokale Verbraucher versorgen.
Neben netzgebundenen Invertern und Inselwechselrichtern gibt es auch eine Mischform, die sogenannten Hybrid-Wechselrichter. Sie kombinieren die Funktionen von netzgebundenen und Inselwechselrichtern, können daher Strom sowohl ins Netz einspeisen als auch als Inselanlage arbeiten. Oft besitzen sie zudem die Fähigkeit, Batterien zu laden.
Gemeinsam sind allen Wechselrichtertypen die Schutzfunktionen. Netzgebundene Wechselrichter verfügen darüber hinaus spezifische Schaltungen. Sie stellen sicher, dass die öffentlichen Stromnetze das Netz nicht gefährden. Das gilt auch umgekehrt.
Der von einem Inselwechselrichter erzeugte Wechselstrom lässt sich sofort nutzen, zum Beispiel dann, wenn er von einer Batterie gespeist wird. Deren Kapazität ist naturgemäß begrenzt. Deshalb verwenden Inselwechselrichter typischerweise Solarmodule zum Einspeisen von Gleichstrom.
Im Freien aufgestellt oder auf Dächern montiert, liefern sie zuverlässig Strom. Zumindest dann, wenn die Anlage weitgehend nach Süden ausgerichtet wurde und es hell genug ist. Um auch bei Dunkelheit die elektrische Versorgung sicherzustellen, lassen sich Batterien anschließen und laden – und zwar über einen in den meisten Inselwechselrichtern integrierten Laderegler.
Der Laderegler im oder am Inselwechselrichter sorgt für das Aufladen der am Ausgang angeschlossenen Batterien unter optimalen Bedingungen. Das verlängert deren Lebensdauer und maximiert ihre Effizienz. Der Laderegler verhindert sowohl Überladung als auch Tiefentladung. Ohne einen Laderegler könnten Batterien zudem in der Nacht, wenn keine Energie von den Solarpanels fließt, Strom zurück zu den Modulen schicken. Dieser Rückstrom kann die Panels beschädigen, ein Laderegler verhindert den Rückfluss.
Für den Betrieb von Solaranlagen wird recht häufig die MPPT-Funktion eingesetzt. MPPT steht für Maximum Power Point Tracker.
Die mit einer solchen Elektronik ausgestatteten Laderegler ermitteln den effizientesten Arbeitspunkt der Solarmodule unter verschiedenen Einflüssen wie Temperatur, Bestrahlungsstärke und Zellentyp. MPPT-Laderegler sind in der Lage, den Arbeitspunkt der Solarpanels kontinuierlich anzupassen, um die maximale Energieausbeute zu gewährleisten.
Für die Beschaffung einer Inselanlage zur Stromerzeugung sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen.
Die wichtigsten sind die Leistungskapazität und die Spitzenleistung. Der Inselwechselrichter muss in der Lage sein, die maximale Wechselstromlast zu handhaben, die gleichzeitig benötigt wird. Einige Geräte – besonders solche mit Motoren wie Kühlschränke oder Pumpen – benötigen beim Start einen höheren Strom als im laufenden Betrieb. Der Inselwechselrichter sollte in der Lage sein, diese kurzzeitigen Spitzenlasten zu bewältigen.
Die Wellenform des Ausgangsstroms ist ebenfalls ein Kriterium. Es gibt Inselanlagen mit einem modifizierten Sinuswellen-Ausgang und solche, die einen reinen Sinuswellen-Ausgang produzieren. Reine Sinus-Wechselrichter sind in der Regel zwar teurer, dafür liefern sie aber eine bessere und kompatiblere Stromqualität für empfindliche Elektronik und Motoren.
Optimal für eine Inselanlage sind Sinus-Wechselrichter mit einem Wirkungsgrad von deutlich mehr als 90 Prozent unter Nennlast und integriertem Laderegler. Sollen Batterien als Energiequelle dienen, kommt es auf die Eingangsspannung an. Dafür ausgelegte Inverter akzeptieren in der Regel Gleichspannungen von 12, 24 oder 48 Volt.