Wechselrichter der PV-Anlage: Kleiner als die Module, und genau deshalb richtig

Im Angebot stehen 26 Module mit je 400 Watt — 10,4 Kilowatt auf dem Dach — und darunter ein Wechselrichter mit 8 Kilowatt. Der erste Impuls ist Misstrauen: Da wird an der falschen Stelle gespart, ein Fünftel der Leistung verschenkt.

Tatsächlich ist es umgekehrt. Die Modulleistung auf dem Datenblatt gilt für Standardtestbedingungen, die in Mitteleuropa praktisch nie eintreten: 1.000 Watt Einstrahlung je Quadratmeter bei 25 Grad Zelltemperatur. Im Sommer, wenn die Einstrahlung stimmt, sind die Module 50 bis 60 Grad heiß und liefern deutlich weniger als ihren Nennwert. Die Volllast, für die ein größeres Gerät bezahlt würde, tritt an wenigen Dutzend Stunden im Jahr ein.

Was die Abregelung wirklich kostet

Das Verhältnis von Modulleistung zu Wechselrichterleistung heißt DC/AC-Verhältnis. Üblich sind Werte zwischen 1,1 und 1,3; deutschlandweit liegt die installierte Gleichstromleistung nach den Auswertungen des Fraunhofer ISE im Mittel rund zehn Prozent über der Wechselstromleistung. Überschreitet die Modulleistung an Spitzentagen die Gerätegrenze, kappt der Wechselrichter — das nennt sich Clipping.

Rechnen wir das Beispiel durch. 10,4 Kilowatt Module an einem 8-Kilowatt-Gerät ergeben ein Verhältnis von 1,3, das obere Ende des Sinnvollen:

• Jahresertrag bei 950 Kilowattstunden je Kilowatt: rund 9.900 Kilowattstunden
• Abregelungsverlust in dieser Größenordnung erfahrungsgemäß 1 bis 3 Prozent: 100 bis 300 Kilowattstunden
• Diese Kilowattstunden fallen in der Mittagsspitze an, also im Überschuss und damit in der Einspeisung: bei 7,7 Cent 8 bis 23 Euro im Jahr
• Preisunterschied zwischen einem 8- und einem 10-Kilowatt-Gerät: meist 200 bis 400 Euro

Der Mehrertrag durch die zusätzlichen Module an trüben Tagen, morgens und abends liegt in derselben Größenordnung wie der Verlust — nur mit umgekehrtem Vorzeichen und über das ganze Jahr verteilt. Erst jenseits von etwa 1,3 kippt die Rechnung, weil dann auch an durchschnittlichen Sommertagen gekappt wird. Ob Ihre Dachflächen überhaupt gleichzeitig Spitzenleistung liefern, entscheidet die Stringplanung und Verschattung — bei Ost-West-Belegung fällt Clipping praktisch weg, weil die Spitzen zeitversetzt auftreten.

Warum der Spitzenwirkungsgrad die falsche Zahl ist

Datenblätter werben mit maximalen Wirkungsgraden von 98 Prozent und mehr. Erreicht wird dieser Wert in einem schmalen Fenster nahe der Nennleistung — also dort, wo das Gerät am seltensten arbeitet.

Aussagekräftig ist der europäische Wirkungsgrad, dessen Messverfahren in DIN EN 50530 festgelegt ist. Er misst denselben Wechselrichter bei 5, 10, 20, 30, 50 und 100 Prozent Nennlast und gewichtet die Ergebnisse nach der Häufigkeit, mit der diese Betriebspunkte in Mitteleuropa vorkommen:

η = 0,03 · η₅ + 0,06 · η₁₀ + 0,13 · η₂₀ + 0,10 · η₃₀ + 0,48 · η₅₀ + 0,20 · η₁₀₀

Der Halblastbetrieb geht mit 48 Prozent ein, die Volllast nur mit 20. Ein Gerät, das bei zwanzig Prozent Last sauber arbeitet, schlägt im Jahresergebnis eines, das bei Volllast einen Zehntelpunkt besser ist. Vergleichen Sie deshalb ausschließlich europäische Wirkungsgrade — und achten Sie zusätzlich auf den MPP-Anpassungswirkungsgrad, der beschreibt, wie schnell und genau das Gerät dem optimalen Arbeitspunkt folgt, wenn Wolken über das Dach ziehen.

Ein Gerät, mehrere Eingänge oder viele kleine

Für ein Einfamilienhaus kommen drei Bauarten in Betracht. Der Strangwechselrichter mit einem oder zwei unabhängigen MPP-Trackern ist der Regelfall und das preiswerteste Konzept; jeder Tracker bedient eine Dachfläche mit gleicher Ausrichtung. Der Hybridwechselrichter bringt zusätzlich einen Gleichstromeingang für einen Batteriespeicher mit und spart damit eine zweite Wandlungsstufe — sinnvoll, wenn ein Speicher schon feststeht, überflüssig, wenn er nur vielleicht kommt. Modulwechselrichter sitzen hinter jedem einzelnen Modul, kosten je Kilowatt deutlich mehr und lohnen fast nur bei kleinen, stark verschatteten oder auf mehrere Ausrichtungen verteilten Flächen.

Die Zahl der Phasen ist keine Frage des Komforts, sondern der Regel: Oberhalb einer bestimmten Schieflast schreibt der Netzbetreiber dreiphasige Einspeisung vor. Die Grenze und das Anmeldeverfahren stehen im Netzanschluss einer Dach-PV-Anlage.

Bei Stromausfall steht die Anlage still

Der Satz überrascht fast jeden Anlagenbetreiber beim ersten Ausfall: Die Sonne scheint, das Dach liefert — und im Haus bleibt es dunkel. Das ist kein Defekt, sondern Vorschrift. Nach der Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 muss sich jede netzgekoppelte Erzeugungsanlage bei einem Netzausfall selbsttätig vom Netz trennen, damit niemand an einer vermeintlich toten Leitung arbeitet. Diese Funktion heißt Netz- und Anlagenschutz und ist Teil jedes zugelassenen Geräts.

Wer trotzdem versorgt sein will, braucht zusätzliche Technik, und dabei sind zwei Begriffe zu unterscheiden, die im Vertrieb gern vermischt werden:

• Notstrom versorgt einen separaten Stromkreis mit einer eigenen Steckdose oder einem kleinen Unterverteiler. Umgeschaltet wird oft manuell, die Leistung ist begrenzt, die Installation vergleichsweise günstig.
• Ersatzstrom trennt das gesamte Hausnetz automatisch vom öffentlichen Netz und baut ein eigenes Inselnetz auf. Die Umschaltung dauert je nach Gerät Sekundenbruchteile bis wenige Sekunden; dafür läuft anschließend das ganze Haus weiter, und die PV-Anlage kann im Inselbetrieb nachladen.

Für beide Varianten gilt: Der Wechselrichter braucht eine Umschalteinrichtung, die das Hausnetz sicher vom öffentlichen Netz trennt, sowie eine eigene Erdung des Inselnetzes nach DIN VDE 0100-551. Diese Installation kostet je nach Verteilersituation einen mittleren vierstelligen Betrag zusätzlich zum Gerät und ist der Grund, warum Ersatzstrom in Angeboten häufig als Option auftaucht, aber selten ausgeführt wird. Rechnen Sie ehrlich nach, wie oft und wie lange in Ihrem Netzgebiet tatsächlich der Strom ausfällt, bevor Sie das bestellen.

Beides muss der Wechselrichter von vornherein können — nachrüsten lässt es sich in aller Regel nur durch Gerätetausch. Wer es also für möglich hält, das später zu wollen, entscheidet es jetzt.

Wärme und Lärm bestimmen den Aufstellort

Ein Wechselrichter setzt zwei bis drei Prozent der durchgesetzten Leistung in Wärme um — bei 8 Kilowatt sind das rund 200 Watt, dauerhaft, im Sommer täglich über Stunden. Wird diese Wärme nicht abgeführt, regelt das Gerät seine Leistung zurück, und zwar genau dann, wenn am meisten zu holen wäre. Unter dem Dach, in einer ungedämmten Blechkiste oder in einem geschlossenen Schrank steht er falsch.

Richtig ist ein kühler, staubarmer, belüfteter Raum mit den vom Hersteller geforderten seitlichen und oberen Freiräumen — und nicht an der Wand zum Schlafzimmer. Geräte mit Lüfter sind hörbar, und auch lüfterlose Modelle brummen mit der doppelten Netzfrequenz. Kurze Gleichstromleitungen sind erstrebenswert, kurze Nachtruhe nicht. Wo ein Nebengebäude im Spiel ist, gelten zusätzliche Überlegungen zu Leitungslänge und Temperatur, siehe Photovoltaik auf Nebengebäuden.

Die Rücklage, die im Angebot fehlt

Module sind auf 25 bis 30 Jahre ausgelegt und haben Leistungsgarantien über diesen Zeitraum. Strangwechselrichter halten im Mittel zehn bis fünfzehn Jahre — sie enthalten Elektrolytkondensatoren, Lüfter und Leistungshalbleiter, also Bauteile mit begrenzter Lebensdauer. Über die Nutzungsdauer der Anlage ist damit mindestens ein Austausch einzuplanen, häufig zwei.

Ein Ersatzgerät für eine Anlage von 8 bis 12 Kilowatt kostet derzeit etwa 1.500 bis 2.500 Euro einschließlich Montage. Die Herstellergarantie beträgt üblicherweise fünf bis zehn Jahre; eine Verlängerung auf 15 oder 20 Jahre liegt meist zwischen 200 und 500 Euro und ist damit rechnerisch attraktiv — allerdings nur, wenn sie beim Kauf oder kurz danach abgeschlossen wird. Legen Sie unabhängig davon jährlich einen Betrag in der Größenordnung von 150 Euro zurück; dann ist der Tausch im Jahr zwölf eine Terminfrage und kein Finanzierungsproblem. Sinnvoll ist außerdem, den Brandschutz gleich mitzudenken, weil der Aufstellort dafür maßgeblich ist — die Anforderungen stehen unter Brandschutz bei Photovoltaik.

Was ins Angebot gehört

Verlangen Sie drei Zahlen schriftlich: das DC/AC-Verhältnis, den europäischen Wirkungsgrad und die Zahl der MPP-Tracker mit der Zuordnung zu den Dachflächen. Lassen Sie sich die Garantiedauer und den Preis einer Verlängerung nennen, bevor Sie unterschreiben — danach ist sie oft nicht mehr zu haben. Klären Sie, ob das Gerät ersatzstromfähig ist und was die Nachrüstung des Umschaltkastens kosten würde. Und gehen Sie mit dem Installateur an den vorgesehenen Aufstellort, bevor gebohrt wird: Ein halber Meter Abstand zur Wand und ein Fenster in der Nähe sind später mehr wert als ein Zehntelprozent Wirkungsgrad.