Grundlagen der Photovoltaik
grundlagen der Photovoltaik
Mit diesem Überblick erhalten Sie ein Verständnis der grundlegenden Funktionsweise der Photovoltaik-Technologie.
Hier lernen Sie die einzelnen Bestandteile einer PV-Anlage kennen und verstehen, wie Photovoltaische Zellen zur Stromerzeugung genutzt werden können.
Photovoltaische Zellen
Photovoltaische Zellen lassen sich nach den eingesetzten Zellmaterialien und Technologien unterscheiden.
Unterteilung nach Zellmaterial
Silizium Zellen
Silizium Zellen können in zwei große Gruppen eingeteilt werden: Monokristalline Zellen und Polykristalline Zellen.
Monokristalline Zellen
Monokristalline Zellen werden aus Wafern hergestellt, die aus einem Siliziumkristall herausgeschnitten werden. Deshalb haben diese Zellen auch eine einfarbige Oberfläche. Die Produktion ist deshalb zwar etwas teurer als bei polykristallinen Zellen, doch weisen die Zellen typischerweise höhere Wirkungsgrade auf. Monokristalline Zellen haben unter Laborbedingungen bereits Wirkungsgrade von über 26 %. Die Monokristallinen Zellen werden aufgrund von geringer werdenden Kosten und der höheren Effizienzen immer häufiger eingesetzt.
Polykristalline Zellen
Polykristalline Zellen bestehen aus einer Vielzahl von Siliziumkristalle, die sich frei bei der Produktion gebildet haben. Die Module sind durch die einfachere Produktion zwar günstiger als die monokristallinen Module, haben jedoch auch einen geringeren Wirkungsgrad. Mittlerweile erreichen polykristalline Module im Labor einen Wirkungsgrad von über 23 %. Aufgrund der geringeren Kosten dominierte diese Zelle den Photovoltaikmarkt für viele Jahre.
Dünnschicht Zellen
Dünnschichtzellen gibt es in einer Vielzahl von Ausführungen. Sie unterscheiden sich je nach Substrat und aufgedampften Materialen. Die Bandbreite an Eigenschaften und Wirkungsgraden ist demensprechend groß.
Dünnschichtzellen unterscheiden sich von traditionellen Siliziumzellen vor allem durch ihre Schichtdicken. Bei Dünnschichtzellen wird das reaktive Material auf das Trägermaterial (Glas, Kunststoffe, Metallbleche etc.) direkt aufgedampft. Dadurch sind Dünnschichtzellen etwa 100-mal dünner als traditionelle Zellen.
Die gängigste Dünnschichtzelle ist die amorphe Silizium (auf Glas) Zelle. Andere Materialien, die für die Dünnschichtzellen eingesetzt werden, sind mikrokristallines Silizium, Gallium-Arsenid, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Schwefel-Selen-Verbindungen (CIGS-Zelle).
Dünnschichtzellen haben Wirkungsgrade im Bereich von 14 % bis 23 %. Der große Vorteil dieser Zellen ist jedoch der sehr breite Einsatzbereich – von aufrollbaren Flächen auf Rucksäcken bis hin zu Großflächenanlagen.
Organische Zellen
Organische Zellen bestehen aus organischem Material, d.h. Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Diese Zellen haben im Moment einen Wirkungsgrad von 17%. Dieser ist zwar geringer als jener von traditionellen Siliziumzellen, aber die Technologie zeichnet sich hinsichtlich günstiger und vielseitiger Herstellungsverfahren und hoher Flexibilität aus.
Farbstoffzellen
Mehrfachsolarzellen
Unterteilung nach Zellaufbau
Wie bei der Materialentwicklung hat sich auch der Aufbau der Zelle über die Jahre verändert.
Die konventionelle Solarzelle
Die aktuell am häufigsten eingesetzte Solarzelle hat folgenden Aufbau:
Siebdruck aus Silberpaste
Antireflexschicht
Phosphor und Bor dotierte Wafer
Rückseitenoberfläche
Siebdruck aus Aluminiumpaste
PERC-Zelle
In den letzten Jahren konnte sich die PERC-Zelle („Passive Emitter and Rear Cell“) am Markt immer mehr durchsetzen. Die PERC-Zelle ist eine Weiterentwicklung der Standardzelle und punktet mit einem höheren Wirkungsgrad.
Bei der PERC Zelle wird der Kontakt der Basis mit der Aluminium-Schicht minimiert. Zwischen den Kontakten werden zwei diaelektrische Schichten eingefügt, die die Einstrahlung, die im ersten Schritt nicht von der Zelle aufgenommen wurde, wieder zurückreflektiert. Durch die Reflexion kann mehr Strahlung in der Zelle verwertet werden und ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden.
Heterojunction-Zelle
Neben der PERC Zelle gewinnt die Heterojunction-Zelle immer größere Marktanteile.
Heterojunktion-Zellen (HJT/HIT-Zellen) enthalten neben der kristallinen Siliziumschicht mehrere Schichten, die eher den Dünnschichtmodulen zuzuordnen sind. Dabei wird die kristalline Siliziumschicht von beiden Seiten von einer amorphen Siliziumschicht umhüllt.
Die Vorteile beider Schichten können damit genutzt werden. Das gute Schwachlichtverhalten der Dünnschichtzelle wird mit der hohen Effizienz der kristallinen Zelle verbunden. Diese Zellen erreichen Wirkungsgrade über 26%.
Bestandteile der PV-Anlage
Damit eine Photovoltaik-Anlage aus Sonnenlicht Strom erzeugen kann, braucht es folgende Komponenten:
Weitere Begriffe: Inselanlage
Eine Inselanlage ist nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Deshalb ist ein Batteriespeicher für eine zuverlässige Stromversorgung meist unverzichtbar. Typische Beispiele sind Almhütten, Parkuhrsysteme oder andere netzferne Anwendungen.
A) Photovoltaik-Module
PV-Module bestehen aus Solarzellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Sie werden durch Glas, elektrische Leiter und meist einen Rahmen geschützt. Bei Glas-Glas-Modulen umschließen zwei Glasscheiben die Solarzellen – ein Rahmen ist dabei nicht immer notwendig. Je nach Bauart sorgen zusätzliche Bauteile, etwa Bypass-Dioden, für eine höhere Leistung.
B) und D) Optionaler Batteriespeicher
Ein Batteriespeicher speichert überschüssigen Sonnenstrom für später. Dadurch steigt der Eigenverbrauch und – je nach System – ist auch eine Notstromversorgung möglich.
Es gibt zwei Varianten:
- Gleichstromseitiger Speicher: vor dem Wechselrichter installiert.
- Wechselstromseitiger Speicher: hinter dem Wechselrichter installiert.
C) Wechselrichter
Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der PV-Module in Wechselstrom für Haushalt und Stromnetz um. Gleichzeitig überwacht und steuert er die PV-Anlage und kann – je nach Ausführung – bei einem Stromausfall ein Inselnetz bereitstellen.
E) Stromverbraucher
Haushaltsgeräte, Wärmepumpen, E-Mobilität, Warmwasserbereitung oder Unterhaltungselektronik benötigen Strom. Idealerweise stammt dieser direkt aus der PV-Anlage.
F) Stromzähler
Der Stromzähler misst sowohl die erzeugte als auch die aus dem Stromnetz bezogene Energie.
G) Stromnetz
Nicht selbst genutzter oder gespeicherter Strom kann ins Stromnetz eingespeist werden.
Weitere Bestandteile
Zu jeder Photovoltaik-Anlage gehören außerdem Leitungen, Sicherungseinrichtungen und das Montagesystem.
Technologische Grundlagen
Photovoltaische Zellen
Photovoltaikzellen wandeln Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie um. Grundlage dafür ist der sogenannte photovoltaische Effekt. Trifft Sonnenlicht auf die Solarzelle, setzt die Strahlungsenergie Elektronen im Halbleitermaterial (meistens Silizium) in Bewegung. Durch den speziellen Aufbau der Solarzelle werden die positiven und negativen Ladungen voneinander getrennt. Werden die Kontakte der Solarzelle miteinander verbunden, fließen die Elektronen und elektrischer Strom entsteht. Vereinfacht gesagt besteht eine klassische Silizium-Zelle aus zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten, an deren Übergang ein elektrisches Feld entsteht, das die (durch das Sonnenlicht freigesetzten) Ladungen trennt und damit den gerichteten Stromfluss ermöglicht. Viele miteinander verbundene Zellen bilden ein Photovoltaik-Modul. Die Solarzellen sind das Herzstück der PV-Anlage und werden je nach verwendetem Material und technologischem Aufbau in unterschiedliche Arten eingeteilt.
Siliziumzellen
Die am weitesten verbreiteten Solarzellen sind aus Silizium. Hier werden monokristallinen von polykristallinen Zellen unterschieden. Monokristalline Zellen werden aus einem einzelnen Siliziumkristall hergestellt und erreichen hohe Wirkungsgrade und sind sehr effizient. Polykristalline Zellen bestehen aus mehreren Siliziumkristallen und sind leichter herzustellen, erreichen jedoch einen geringeren Wirkungsgrad.
Andere Zelltechnologien
Neben Siliziumzellen gibt es andere Zelltechnologien. Dazu gehören Dünnschichtzellen, organische Zellen, Farbstoff- oder Mehrfachsolarzellen. Neben Unterschieden im Wirkungsgrad, bei der Herstellung und den Kosten, bieten sie teilweise andere Einsatzmöglichkeiten und kommen bei speziellen Anwendungen zum Einsatz.
Dünnschichtzellen sind beispielsweise wesentlich dünner als Siliziumzellen, das sie direkt auf das Trägermaterial (z. B. Glas oder Metall) aufgebracht werden und können so u. a. auch für flexible Anwendungen eingesetzt werden.
Organische Zellen basieren auf Kohlenstoffverbindungen, Farbstoffzellen nutzen Farbstoffe zur Umwandlung von Sonnenlicht in Energie und Mehrfachsolarzellen kombinieren verschiedene Technologien und erhalten so ihren Wirkungsgrad aufgrund der Vielseitigkeit. So hat jede Technologie ihre speziellen Einsatzgebiete.
Laufende Weiterentwicklung
Auch der Zellaufbau entwickelt sich stetig weiter. Durch Technologien wie PERC oder Heterojunction (HJT/HIT) wird das Sonnenlicht noch effizienter genutzt und die Leistung der Zellen kann weiter gesteigert werden. PERC-Zellen nutzen durch zusätzliche Schichten auf der Rückseite das ungenutzte Sonnenlicht, indem es zurückreflektiert wird. Heterojunction-Zellen kombinieren die hohe Effizient kristalliner Zellen mit dem guten Schwachlichtverhalten von Dünnschichttechnologien und können so ihre Effizienz steigern.
Leistung der Photovoltaischen Zelle
Wie viel Strom eine Zelle erzeugt, hängt unter anderem von der Sonneneinstrahlung und der Temperatur ab. Mit zunehmender Einstrahlung steigt grundsätzlich auch die erzeugte Leistung. Hohe Zelltemperaturen können die Leistung hingegen verringern – diese “Einbußen” werden jedoch üblicherweise durch die hohe Sonneneinstrahlung an Tagen mit hoher Temperatur ausgeglichen.
Damit die Leistung verschiedener PV-Module vergleichbar ist, wird sie unter standardisierten Testbedingungen (STC) ermittelt. Dabei wird unter anderem mit einer Bestrahlungsstärke von 1.000 W/m² und einer Zelltemperatur von 25 °C gemessen. Die daraus ermittelte Spitzenleistung eines Moduls wird in Wattpeak (Wp) angegeben. Unter realen Bedingungen kann die tatsächliche Leistung davon abweichen.
Für jede Solarzelle gibt es einen optimalen Betriebspunkt, an dem sie ihre maximale elektrische Leistung abgibt – den sogenannten Maximum Power Point (MPP). In einer PV-Anlage sorgt der Wechselrichter mit dem sogenannten MPP-Tracking dafür, dass die Module möglichst nahe an diesem optimalen Betriebspunkt arbeiten.
Wie eine Photovoltaik-Anlage funktioniert
Eine PV-Anlage besteht aus verschiedenen Komponenten, die für die Stromproduktion zusammenspielen, wie in Grafik 1 beschrieben.
Die PV-Module (A), bestehend aus Solarzellen, wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um. Der Wechselrichter (C) macht daraus Wechselstrom für Haushalt und Stromnetz. Zusätzlich steuert und überwacht er den Betrieb der PV-Anlage und sorgt dafür, dass die erforderlichen Netzparameter eingehalten werden. Der erzeugte Strom kann direkt von von Haushaltsgeräten, E-Autos oder anderen Stromverbrauchern (E) genutzt werden. Überschüssiger Sonnenstrom kann optional in einem Batteriespeicher (B/D) für später gespeichert oder in das Stromnetz (G) eingespeist werden. Der Stromzähler (F) misst dabei die erzeugte sowie die aus dem Stromnetz bezogene Energie. Ergänzt wird die Anlage durch Leitungen, Sicherungseinrichtungen und das Montagesystem.
Neben PV-Anlagen, die ans Stromnetz angeschlossen sind, gibt es auch Inselanlagen. Diese sind nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden und versorgen sich unabhängig davon mit Strom.
Grafik 1 zeigt, wo sich die einzelnen Komponenten innerhalb einer PV-Anlage befinden und wie sie zusammenspielen. Darauf aufbauend illustriert Grafik 2, welche unterschiedlichen Leistungsbegriffe den einzelnen Bereichen der Anlage zugeordnet werden. So wird sichtbar, ob sich eine Leistungsangabe beispielsweise auf die PV-Module, den Wechselrichter oder den Netzanschluss bezieht. Beide Darstellungen erleichtern die Einordnung der verschiedenen Begriffe.
Sonnenstrahlung
Globalstrahlung
In Österreich liegt die Strahlungsintensität bei klarem Himmel bei etwa 1000 W/m². Dieser Wert kann bei einer dicken Wolkendecke auf bis zu 50 W/m² sinken.
Die Strahlungsintensität ändert sich laufend, ob durch den Tag- und Nachtwechsel, die Änderung des Winkels zwischen der Erde und der Sonne (und des somit länger werdenden Wegs des Photons durch unsere Atmosphäre) oder durch das Wetter.
Wird die Strahlungsintensität, die auf einen Quadratmeter Fläche auftrifft, über ein Jahr aufsummiert (der Energieertrag kumuliert), erhält man die (horizontale) Globalstrahlung in kWh/m²a.
Dieser Wert gibt Auskunft darüber wieviel Energie pro Quadratmeter in einem Jahr auf eine bestimmte horizontale Fläche trifft und ist somit einer der wichtigsten Werte in der Photovoltaik.
Durchschnittswerte in Österreich reichen von 1.000 kWh/m²a bis 1.400 kWh/m²a (siehe Grafik linke Spalte).
Da die durchschnittliche Einstrahlung in Österreich etwa 1.000 W/m² ist und die durchschnittliche Globalstrahlung etwa 1.000 kWh/m²a ist, spricht man in Österreich deshalb oft von 1.000 Sonnenstunden bzw. Volllaststunden im Jahr.
Flächenfaktor
Die Globalstrahlung wird in der Regel in der Horizontalen angegeben. PV-Module werden jedoch meist nicht in der Horizontalen sondern geneigt montiert. Entsprechend muss noch der Flächenfaktor berücksichtigt werden. Dieser Wert wird durch Online-Tools oft automatisch berechnet oder aus Grafiken wie dieser entnommen:
Korrigierte Globalstrahlung
Achtung! Achten Sie darauf, ob Sie mit der horizontalen Globalstrahlung oder mit der korrigierten („in-plane“, „optimally-inclined“) Globalstrahlung rechnen. Oft geben Berechnungsunterlagen bereits den maximalen (optimalen) Wert als 100% an und den horizontalen Wert als energieärmeren aus. Vergewissern Sie sich, dass Sie mit dem passenden Wert weiterrechnen.
Bei einer „optimalen Ausrichtung“ – 30° Neigung und nach Süden ausgerichtet – liegen typische Werte in Österreich zwischen 1.200 kWh/m²a und 1.700 kWh/m²a.
Wirkungsgrad, Leistung & Energie
Standard Test Conditions (STC)
Um alle PV-Module mitsamt der verschiedenen Zelltechnologien, hinsichtlich ihres Leistungsverhaltens, vergleichbar zu machen, braucht es einen Standardtest. Dieser Test wird mit standardisierten Test Bedingungen (STC) durchgeführt. Die Parameter sind:
- Modultemperatur von 25°C (+-1°C)
- Ein definiertes Lichtspektrum AirMass von 1,5 (Spektralverteilung der solaren Referenzbestrahlungsstärke)
- Bestrahlungsstärke von 1.000 W/m²
- Senkrechte, direkte Bestrahlung des Moduls
- Strahlungsspektrum eines schwarzen Strahlers bei 5.700 K mit einem Intensitätsmaximum bei 500 nm
In der Praxis treten diese Bedingungen aber nur selten auf. So steigt die Modultemperatur zum Beispiel an, wenn sie stark bestrahlt wird und durch die erhöhte Temperatur verschlechtert sich die Leistungsabgabe.
Deshalb kann es vorkommen, dass die Anlage während eines schönen Sommertages eine geringere Leistung hat als angegeben.
Module sind aber auch dazu in der Lage, höhere Leistungen zu generieren, wenn die Bedingungen besser sind als beim STC-Test. Beispielsweise an schönen Frühlingstagen, an denen die kühle Luft das Modul abkühlt oder an sonnigen Wintertagen, wenn alle Flächen außer der PV-Anlage mit Schnee bedeckt sind und so die Sonne direkt auf das Modul reflektiert wird.
Aus diesem Grund wird die Leistung eines PV-Moduls auch mit Wp (Wattpeak) und nicht mit W (Watt) angegeben.
Berechnung des Wirkungsgrads
Ein Standardmodul hat eine Fläche von 1,6-1,7m² (ohne Rahmen). Wird beim Modul im STC-Test zum Beispiel eine Leistung von 300 Watt gemessen, kann die Leistung für dieses Modul sofort bestimmt werden. Es sind 300 Wp (Wattpeak).
Um den Wirkungsgrad zu berechnen, muss die Leistung auf einen Quadratmeter bezogen werden.
Dazu ein Beispiel:
- Modulleistung / Fläche = Leistung pro Quadratmeter
300 Watt / 1,6 m² = 187,5 W/m² - Leistung pro Quadratmeter / Bestrahlungsstärke (STC)
187,5 W/m² / 1000 W/m² = 0,187 (entspricht) 18,7 %
In unserem Beispiel hat das Modul einen Wirkungsgrad von 18,7% bei einer Leistung von 300 Wp.
Energieertragsrechnung
Mit Hilfe der bisher vorgestellten Parameter kann der theoretische Energieertrag ermittelt werden:
Energieertrag = korrigierte Globalstrahlung [kWh/m²a] * Modulfläche [m²] * Modulwirkungsgrad [-] * sonstige Wirkungsgrade [-]
Für einen schnellen Überblick kann in Österreich, bei nach Süden ausgerichteten und um 30° geneigten Modulflächen, mit einem Ertrag von 1.000 kWh/kWp gerechnet werden.
Photovoltaik-Zelle
Die PV-Zelle wandelt Strahlungsenergie in elektrische Energie um. Es gibt verschiedene Arten, wie eine Zelle das bewerkstelligen kann. Das Grundprinzip ist jedoch immer dasselbe.
Funktionsweise
Die klassische Zelle besteht aus zwei Metallkontakten, oben und unten, einer n-dotierten Schicht und einer p-dotierten Schicht.
Die Metallkontakte sammeln die durch Sonnenenergie freiwerdenden Elektronen auf und führen sie ab. Der Kontakt oben sollte so klein wie möglich sein, damit die Zelle nicht unnötig verschattet wird, aber immer noch so groß, dass alle Elektronen ohne Probleme aufgenommen werden können.
N-dotiert heißt negativ-dotiert, das bedeutet, dass das Primärmaterial (Silizium bei Siliziumzellen) mit einem Material „verunreinigt“ wurde, welches ein Valenzelektron mehr als Silizium hat. Dadurch wird die gesamte Schicht „negativ“, da es einen Überschuss an Elektronen gibt.
Bei der p-dotierten Schicht, folglich positiv-dotiert, wird das Primärmaterial mit einem Material dotiert, welches ein Valenzelektron zu wenig hat. Die Schicht ist somit positiv geladen.
An der Stelle, an der die beiden Schichten aufeinandertreffen, entsteht die Grenzschicht. Um diese Grenzschicht ist die Raumladungszone. In diesem Bereich wandern die freien Elektronen der n-dotierten Schicht in die positiven „Löcher“ der p-dotierten Schicht. Es entsteht ein elektrisches Feld.
Trifft nun ein Photon auf die Zelle, so löst dies ein Elektron aus dem Kristallgitter eines Atoms. Somit gibt es nun ein freies (negatives) Elektron und ein (positives) Loch, in dem das Elektron fehlt. Damit das Elektron nicht sofort wieder in das Loch springt, gibt es die Raumladungszone.
Das elektrische Feld der Raumladungszone, zieht das Elektron nun auf die n-dotierte Schicht. Da diese Schicht aber bereits negativ geladen ist, können die Elektronen dort kein Loch füllen. Das gleiche Prinzip gilt für die Löcher. Werden die beiden Metallkontakte nun miteinander verbunden, entsteht ein Stromfluss.
kENNLINIEN Der pv
Im Photovoltaik Bereich wird oft vom Kurzschlussstrom, der Leerlaufspannung und dem MPP (Maximum Power Point) gesprochen. Hinter diesen Begriffen verbirgt sich folgendes:
Der Kurzschlussstrom IK ist der Strom, den die Zelle liefert, wenn die Zelle kurzgeschlossen wird. Das heißt, der positive und der negative Pol werden ohne Widerstand (Ω = 0) miteinander verbunden.
Die Leerlaufspannung UL liegt an der der Zelle an, wenn die beiden Pole nicht miteinander verbunden sind (Ω = unendlich groß).
Die Stromstärke und die Spannung verhalten sich mit sich änderndem Widerstand folgendermaßen: Bei IK ist UL Null und umgekehrt. Die Leistung ist dabei das Produkt aus Strom und Spannung. Es braucht somit einen optimierten Widerstand, bei dem die maximale Leistung abgegriffen werden kann. Dieser Punkt nennt sich MPP, Maximum Power Point – „Punkt der maximalen Leistung“.
Die Zellen haben die Eigenschaft, dass der Kurzschlussstrom proportional mit der Einstrahlung steigt. Das bedeutet, wenn die Strahlung um 50% steigt, dann steigt auch die Stromstärke um 50%. Die Spannung steigt zwar ebenfalls, aber nicht im gleichen Ausmaß.
Ein weiteres charakteristisches Verhalten der Solarzelle ist, dass die Spannung mit steigender Temperatur sinkt. Die Stromstärke steigt mit steigender Temperatur zwar leicht an, kann den Leistungsverlust jedoch nicht kompensieren.
Im Allgemeinen spricht man von einem Leistungsrückgang von 0,3%/K über 25°C (STC).
Die Solarzellen im PV-Modul müssen noch zusammengeschalten werden. Im Prinzip können die Solarzellen in Serie (auch Reihe genannt) oder parallel geschalten werden.
Werden Solarzellen in Reihe geschaltet, so addiert sich die Zellspannung und der Zellstrom bleibt gleich.
Werden die Zellen parallel geschalten, so addiert sich die Stromstärke. Die Spannung bleibt gleich. In der Praxis werden Zellen und Module eher selten parallel verschalten, da die Leistungsverluste mit höheren Stromstärken steigen.
Dieses Prinzip gilt auch beim Zusammenschalten von mehreren Modulen.
Wechselrichter
Die Kernfunktion eines Wechselrichters ist es, den Gleichstrom der PV-Module in den Wechselstrom des Netzes/der Verbraucher zu ändern. Dabei muss das richtige Spannungsniveau, die richtige Netzfrequenz und ein perfekter Sinus erzeugt werden.
Der europäische Wirkungsgrad neuer PV-Wechselrichter liegt um 98%.
Der Wechselrichter kann (vereinfacht) in vier Hauptteile unterteilt werden.
Der DC/DC-Wandler verändert die Eingangsgleichspannung (die von den Modulen vorgegeben wird) auf einen Wert, der ideal für den Wechselrichter ist.
Im nächsten Schritt wandelt der DC/AC-Wandler die Gleichspannung in Wechselspannung. Dies wird oft mit einer H-Brücke und der Pulsweitenmodulation (PWM) durchgeführt.
Zum Schluss braucht es noch einen Netzfilter, der für eine perfekte Sinusschwingung sorgt.
Während aller Schritte gibt es diverse Regelungen, die für den optimalen und abgestimmten Betrieb sorgen. Diese Regelungen sind zum Beispiel der MPP-Tracker oder die Blindleistungsregelung.
Zusatzfunktionen
Neben der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom übernehmen moderne Wechselrichter eine Vielzahl von Zusatzfunktionen.
Je mehr Photovoltaik-Anlagen im Netz sind, desto wichtiger wird der Punkt Netzüberwachung und Anlagenregelung. Der Wechselrichter übernimmt auch diese Funktionen. Einerseits überwacht der Wechselrichter das Stromnetz und nimmt die Anlage außer Betrieb, wenn ein Netzfehler vorherrscht, andererseits setzt er auch nationale und netzdienliche Vorgaben um, die in Österreich durch die TOR Erzeuger in Verbindung mit den Vorgaben des lokalen Netzbetreibers geregelt sind. Dabei kann der Wechselrichter die Wirk- und Blindleistung der Anlage, bezogen auf fixe oder variable Parameter, ändern.
Wechselrichter zeichnen oft auch die Erträge und andere Anlagenparameter auf und bereiten diese mittels einer Kommunikationsschnittstelle für ein Monitoring auf.
Für viele Kunden ist die Notstromfähigkeit ein entscheidendes Kriterium beim PV-Anlagenbau. Nicht jeder Wechselrichter ist notstromfähig, doch so gut wie jeder Wechselrichterhersteller hat Wechselrichter im Angebot, die diese Funktion übernehmen können.
Die Bandbreite reicht von Wechselrichtern mit zusätzlicher Batterie, Wechselrichtern mit und ohne integrierter Batterie, Wechselrichter, die das gesamte Haus, nur eine Phase oder eine einzelne Steckdose notversorgen können.