Modulwechselrichter: Funktion und Vor- und Nachteile

Kai Janßen
Zuletzt aktualisiert:
19/08/2021
Kategorie: Wechselrichter

Was ist ein Modulwechselrichter?

SMA Modulwechselrichter

Modulwechselrichter (Quelle: SMA)

Ein Modulwechselrichter (auch Mikrowechselrichter genannt) ist ein Wechselrichter, der nur mit einem einzigen Photovoltaik-Modul verbunden ist. Im Gegensatz zum normalen Wechselrichter wandelt er Gleichstrom in Wechselstrom für nur ein Solarmodul und nicht einen Strang oder die gesamte Anlage um. In der Regel hat eine Installation genauso viele PV-Module wie Modulwechselrichter. 

Vorteile eines Mikrowechselrichters

Mit Mikrowechselrichtern können Sie Ihre Installation erweitern

Eine Photovoltaikanlage, die an einen Wechselrichter angeschlossen ist, sollte aus Modulen mit gleicher Leistung bestehen. Außerdem sollte die Größe des Wechselrichters auf die Größe der Anlage abgestimmt werden.

Daher kann eine in Betrieb genommene Installation nicht einfach um mehrere zusätzliche Module erweitert werden. Mit Micro-Wechselrichtern ist dies möglich und einfach.

Modulwechselrichter arbeiten unabhängig und stehen in keiner Beziehung zueinander. Das macht die gesamte Installation sehr flexibel. Das ist auch der Hauptvorteil von Modulwechselrichtern gegenüber Leistungsoptimierern.

Die Auswahl an Wechselrichtern ist riesig. Es gibt viele Hersteller, Modelle und Typen. Das sorgt für Verwirrung.

In diesem umfangreichen Ratgeber lernen Sie (fast) alles über Wechselrichter.

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Die Erweiterung einer Installation ist ein kompliziertes und komplexes Thema, sofern Sie einen String-Wechselrichter oder Leistungsoptimierer verwenden. Das Problem liegt darin, dass die Module dafür die gleiche Leistungsstärke haben sollten, doch diese degradiert bekanntlich mit der Zeit.

Sie sollten zudem vom gleichen Hersteller sein. Außerdem müssen Sie, wenn Sie die Leistung der Anlage erhöhen, auch die Leistung des Wechselrichters erhöhen. Das ist mit viel Aufwand verbunden.

Mit Modulwechselrichtern haben Sie all diese Probleme nicht. Sie könne die PV-Anlage problemlos mit Micro-Wechselrichtern erweitern, ohne sich Gedanken über Fehlanpassungen oder unterschiedliche Herstellermarken machen zu müssen.

Warum sollten Sie Ihre Anlage erweitern wollen?

  1. PV-Module verlieren mit jedem Jahr an Leistung. Nach 10 Jahren sind sie bei ca. 90% ihrer ursprünglichen Leistung, nach 25 Jahren bei 80%. Das bedeutet, dass entweder am Anfang Ihre Anlage überdimensioniert ist und Sie mehr Energie produzieren als Sie verbrauchen, oder dass Sie nach 20 Jahren zu wenig produzieren und einen Teil des Stroms Stromanbieter beziehen.
  2. Es kann immer passieren, dass sich Ihr Stromverbrauch erhöht.

Mikrowechselrichter erhöhen die Sicherheit

Microinverter können die Ausbreitung von Feuer reduzieren und zudem die Brandbekämpfung erleichtern. Darüber hinaus reduzieren sie auch das Brandrisiko, obwohl dieses bei einer gut ausgelegten Installation ohnehin gering ist.

Wenn Ihr Haus in Flammen aufgeht, schaltet die Feuerwehr die Stromversorgung ab. Der Wechselrichter funktioniert dann zwar nicht mehr, aber die Module und die Kabel, die das System und den Wechselrichter verbinden, bleiben unter Spannung.

Bei Micro-Wechselrichtern steht hingegen lediglich ein kurzer Draht, der das Modul mit dem Modulwechselrichter verbindet, unter Spannung. Ansonsten ist diese sehr gering.

Zudem reduzieren sie auch die Brandgefahr an sich. 

Warum? 

Einer typischen Dachinstallation arbeitet mit Hochspannungs-Gleichstrom, der viel wahrscheinlicher einen Lichtbogen zündet als der normale Wechselstrom aus der Steckdose. Diese Lichtbögen können durch verschiedenen Ursachen entstehen wie falsche, ungeschützte oder durchstochene Verkabelung. Oder durch verkehrt verdrahtete Stecker. 

Bei Modulwechselrichtern fließt genau der gleiche Strom durch das Dach wie durch die Steckdose, was die Gefahr von Bränden verringert.

Doch denken Sie daran: Die wichtigste Sicherheitsmaßnahme ist immer eine ordnungsgemäße und professionell durchgeführte Installation!

Modulwechselrichter reduzieren den Einfluss von Verschattungen

Eine Verschattung reduziert die Leistung und verkürzt die Lebensdauer der PV-Module erheblich. Hier können Micro-Wechselrichter eine deutliche Verbesserung bewirken. Sie schützen die Module und reduzieren die Verluste durch Verschattung um bis zu einem Drittel.

Dieser Punkt jedoch komplex und bedarf weiterer Erklärung.

Verschattungen sind die größten Feinde von PV-Modulen. Sie reduzieren nicht nur die Leistung, sondern verursachen auch langfristige Schäden. 

Die Solarzellen in einer Photovoltaikanlage sind in Reihen geschaltet. Die erzeugte Energie durchläuft alle Zellen wie ein Zug. Wenn alle Zellen die gleiche Leistung haben, fährt dieser schnell und ohne Probleme. Wenn ein Teil der Solarzellen verschmutzt wird, dann erzeugen sie eine schwächere Leistung als die anderen. Das ist so, als würde man bei unserem Zug eine Vollbremsung durchführen. Es bildet sich Widerstand, und mit diesem steigt auch die Temperatur. Dazu fährt der Zug auch langsamer - und die ganze Anlage produziert weniger Energie.

Die einzelnen Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die kleine "Kraftwerke" der PV-Anlage sind. Erfahren Sie alles über Solarzellen und lernen über den Aufbau, die Funktionsweise und welche Arten es gibt.

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PV-Module handhaben dieses Problem auf zwei verschiedene Arten.

Erstens, sie sind ziemlich hart. Hohe Temperaturen in einem bestimmten Bereich verursachen anfänglich keine Schäden. Temperaturschwankungen von geringem Ausmaß haben keinen Einfluss.

Zweitens, durch Bypass-Dioden wird unser Zug umgeleitet und somit die Verschmutzung umgangen. Schauen wir uns diese kleinen Helfer genauer an. 

Bypass-Dioden

Es gibt ein hartnäckiges Gerücht, dass die Leistungen der kompletten Anlage sinkt, sobald sich bisschen Dreck auf einem der PV-Module ansammelt und dadurch die Solarzellen verdeckt sind. 

Fakt ist, dass PV-Paneele abhängig voneinander arbeiten, jedoch hervorragend mit temporären und kleinen Verschattungen klarkommen. Das haben sie den Bypass-Dioden zu verdanken. Dank ihnen wird nicht sofort die ganze Anlage lahmgelegt, sobald ein Teil verschattet wird oder kaputtgeht. 

Die Bypass-Dioden unterteilen das Panel vertikal in drei Teile. Aus Sicht der Reihe besteht jedes Modul also aus drei "Schleifen". Wenn etwas Schlimmes mit einer Schleife passiert - sie ist kaputt, verschmutzt oder verschattet - schalten die Bypass-Dioden diese Schleife ab, sodass diese den Rest des Stromkreises nicht mehr beeinflusst.

Bypass-Dioden bei der Arbeit

Eine PV-Anlage ohne Modulwechselrichter gibt den Kampf gegen Verschattungen nicht einfach so auf.

Aber braucht man dann überhaupt noch Modulwechselrichter, wenn die Bypass-Dioden so einen guten Job machen? 

Die Lebensdauer von Bypass-Dioden ist leider sehr begrenzt. Zwar können sie gelegentliche Verschmutzungen der Module problemlos verkraften, aber wenn sie täglich ein- und ausgeschaltet wurden, fallen sie irgendwann aus. Und das der Anfang vom Ende.

Eine defekte Diode ist entweder ständig an oder aus. Ständig eingeschaltet bedeutet einfach, dass ein Drittel des Moduls nicht funktioniert. Wenn sie ständig ausgeschaltet sind, führt das geradewegs zum Durchbrennen der Folie und zu Korrosion oder, schlimmer noch, zu einem Lichtbogenkurzschluss. Obwohl die besseren Wechselrichter Kurzschlüsse erkennen, sollten Sie dieses Risiko nicht eingehen.

Bei Micro-Wechselrichtern produziert jedes Modul völlig separat Strom. Durch die Solarzellen fließt somit nicht die Leistung der kompletten Anlage, sondern die eines einzelnen Moduls.

Daher steigt die Temperatur auch bei Verschattung des Moduls nicht nennenswert an und die Bypass-Dioden haben weniger zu tun.

Das bedeutet um etwa 30 Prozent geringere Ausfallraten und geringere Verluste durch Verschattung.

Wenn Sie also Verschattungen Ihrer Anlage nicht vermeiden können, sind Modulwechselrichter eine gute Investition.

Nachteile von Modulwechselrichtern

Photovoltaik-Module sind relativ einfach konstruiert und können 25 Jahre lang sicher arbeiten. Bei Wechselrichtern und Micro-Invertern ist das anders. Sie sind komplizierte und komplexe Teile. Gehen Sie daher nicht davon aus, 25 Jahre lang nichts für Service oder Reparaturen auszugeben.

Aber wie unterscheiden sich Mikrowechselrichter und String-Wechselrichter in dieser Hinsicht?

Ein einzelner Mikrowechselrichter ist viel zuverlässiger als ein einzelner Stringwechselrichter - weil er mit einem viel geringeren Strom arbeitet, sich weniger erwärmt und weniger kompliziert ist. Aber sind zehn Modulwechselrichter zuverlässiger als ein String-Wechselrichter? Und zwanzig? Nun, je größer die Installation ist, desto ungünstiger ist die Statistik für Modulwechselrichter.

Zudem unterscheiden sich Modulwechselrichter in der Qualität. Es gibt Premium-Hersteller, die eine 25-Jahres-Garantie bieten, und es gibt Marken, die eine 10-Jahres-Garantie bieten, wobei diese Garantie manchmal verlängert werden kann.

stringwechselrichter und Modulwechselrichter

Stringwechselrichter (links) und Modulwechselrichter (rechts)

Modulwechselrichter haben daher zwei nennenswerte Nachteile:

  1. Wenn Sie auf Modulwechselrichter setzen, dann brauchen Sie in der Regel mehrere davon. Dadurch sind die Anschaffungskosten höher als bei nur einem Stringwechselrichter. 
  2. Der Einsatz von Micro-Wechselrichtern bedeutet, dass in Ihrer Anlage mehr Teile verbaut sind und je mehr Teile, desto Wahrscheinlicher, dass eins davon kaputtgehen wird. Das ist mit einem höheren Aufwand und Kosten verbunden. 

Was passiert bei einer Störung

Beim Ausfall eines Strinwechselrichters wird dieser von einem Servicetechniker repariert oder abgebaut uns zur Reparatur geschickt. Eine einfache Aufgabe. Doch wenn kein Eratzwechselrichter vorhanden ist, dann funktioniert die Installation leider nicht, und es kann ein oder zwei Wochen dauern, bis dieser geschickt wird. 

Der Austausch von defekten Modulwechselrichtern ist nicht so einfach, da der Techniker auf das Dach gehen muss, um einige Module abzustecken. Dabei muss er vorsichtig sein und aufpassen, dass er nichts beschädigt.

Bei Premium-Marken ist nur ein einziger Besuch durch den Techniker notwendig, da diese aus der Ferne erkennen können, wann der Modulwechselrichter und wann das daran angeschlossene Modul beschädigt ist. Dadurch vermeidet die Diagnose vor Ort. Weniger namhafte Marken erfordern möglicherweise zwei Besuche und doppelt so viel Aufwand.

Das ist ein Problem, denn die Garantie deckt in der Regel nicht die Kosten für den Transport und den Austausch des Geräts. Und diese Kosten können bei Mikro-Wechselrichtern höher sein. Es gibt Ausnahmen von dieser Regel, zum Beispiel deckt Enphase die Kosten für Transport und Installation für die ersten 2 Jahre nach der Installation ab.

Oh, und noch etwas - ein defekter Mikro-Wechselrichter führt nicht zu einem Ertragsrückgang der gesamten Anlage. Der Rest der Module arbeitet, als wäre nichts passiert.

Können Mikrowechselrichter den Wirkungsgrad steigern?

Kurz gesagt: Ohne Schatten werden Sie den Unterschied nicht bemerken, und ein Schatten bedeutet immer einen gewissen Verlust an Leistung.

Mikrowechselrichter erhöhen nicht so sehr den Wirkungsgrad, sondern verringern die Verluste, und wie hoch die Verluste sind, hängt von den jeweiligen Umständen ab.

Sie können also höhere Erträge liefern, aber nur unter extrem günstigen - oder eher ungünstigen - Umständen. Sehen wir uns ein Beispiel an.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle determiniert die Effizienz, mit der aus dem einfallenden Sonnenlicht Strom erzeugt werden kann. 

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Modulwechselrichter bei besonders herausfordernden Dächern

Ein gewöhnlicher Wechselrichter mit zwei MPPTs hat keine Probleme mit einer Ost-West-Installation. Bei diesen Ausrichtungen ist der Einsatz von Micro-Wechselrichtern nicht erforderlich.

Wenn Ihr Dach jedoch verwinkelt ist und aus mehreren Paneelen in verschiedenen Richtungen und Winkeln besteht, sind Modulwechselrichter eine Option. Da bei Mikro-Wechselrichtern die einzelnen Module unabhängig voneinander sind, können Sie sie völlig frei zueinander anordnen. Die Verluste werden gleich null sein.

Leistungsoptimierer können in diesem Fall Verluste verursachen, da diese am besten funktionieren, wenn alle Module in einer Reihe auf der gleichen Ebene liegen. Bei Modulwechselrichtern spielt die Ausrichtung anderer Modulwechselrichter und die Leistung anderer Module überhaupt keine Rolle.

Fazit

Ein Modulwechselrichter unterscheidet sich von seiner Funktion nicht von einem herkömmlicher Wechselrichter. Seine Aufgabe ist, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Anders als andere Wechselrichter macht der das jedoch nicht auf String- oder Anlagenebene, sondern für jedes PV-Modul einzeln. 

Aus diesem Grund macht der Einsatz von Mikrowechselrichtern insbesondere bei verwinkelten Anlagen einer ungleichmäßiger Dachausrichtung. Beliebt sind sie aber auch bei verschatteten Dächern.

Wenn nur ein kleiner Teil der Anlage regelmäßig beschattet wird, kann es sich auch lohnen, diese wenigen Module jeweils mit einem Modulwechselrichter und den Rest der Anlage mit einem anderen Wechselrichtertyp zu betreiben. Das parallele Betreiben mehrerer Wechselrichtertypen lohnt sich häufig auch, wenn eine Solaranlage erweitert wird. Schließlich ist es in den meisten Fällen ökonomisch nicht sinnvoll, den beziehungsweise die bereits vorhandenen Wechselrichter auszutauschen.

Modulwechselrichter werden zudem häufig in besonders kleinen Anlagen, zum Beispiel bei der Straßenbeschilderung oder Campingutensilien eingesetzt. Denn für eine autarke Stromversorgung eignen sich diese Wechselrichter besonders gut.


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