Bei Photovoltaikanlagen spielt der Wechselrichter eine zentrale Rolle für die Stromerzeugung. Was bedeutet die sogenannte Wirkleistung des Wechselrichters und wie beeinflusst sie die Effizienz Ihrer Anlage? In diesem Artikel erfahren Sie, warum die Wirkleistung entscheidend ist und wie Sie diese berechnen.
Das Wichtigste zuerst
- Die Wirkleistung eines Wechselrichters ist die tatsächlich nutzbare elektrische Leistung.
- Sie unterscheidet sich von Blind- und Scheinleistung durch ihren praktischen Nutzen für Geräte und Netz.
- Eine negative Wirkleistung zeigt an, dass Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird.
- Eine hohe Wirkleistung verbessert die Effizienz der PV-Anlage und unterstützt die Netzstabilität.
- Moderne Wechselrichter regeln die Wirk- und Blindleistung automatisch je nach Netzanforderung.
- Die Wirkleistung wird durch die Multiplikation von Spannung, Stromstärke und Leistungsfaktor berechnet.
Was ist die Wirkleistung beim Wechselrichter?
Die Wirkleistung eines Wechselrichters ist die tatsächlich nutzbare Leistung, die in elektrische Energie für Geräte oder das Stromnetz umgewandelt wird. Sie gibt an, wie viel der erzeugten Energie effektiv genutzt werden kann.
Im Gegensatz zur Wirkleistung transportiert die Blindleistung keine nutzbare Energie. Sie entsteht durch Spannung und Strom, die zeitlich versetzt schwingen. Blindleistung wird für den Aufbau elektromagnetischer Felder benötigt, ist aber für den Energieverbrauch im Haushalt nicht direkt relevant.
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Was sind die Unterschiede zwischen Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung?
Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung unterscheiden sich in ihrer Funktion innerhalb eines elektrischen Systems, etwa des Wechselrichters einer Photovoltaikanlage.
- Die Wirkleistung ist die tatsächlich nutzbare Leistung, die elektrische Geräte antreibt.
- Die Blindleistung pendelt zwischen Quelle und Verbraucher, ohne verbraucht zu werden. Sie dient dem Aufbau von Magnetfeldern in Geräten wie Transformatoren.
- Die Scheinleistung ist die Gesamtleistung aus Wirk- und Blindleistung zusammen und beschreibt die gesamte vom Wechselrichter bereitgestellte Leistung – unabhängig davon, ob sie nutzbar ist oder nicht.
Eine hohe Wirkleistung des Wechselrichters steigert den Stromertrag einer Solaranlage.
Was bedeutet eine negative Wirkleistung?
Eine negative Wirkleistung bedeutet, dass der Wechselrichter Strom in das Netz einspeist, statt ihn zu verbrauchen. Das tritt auf, wenn die PV-Anlage mehr Strom erzeugt als im Haushalt verbraucht wird. Der überschüssige Strom fließt dann ins öffentliche Netz zurück. Negative Wirkleistung ist somit ein Indikator für die Einspeisung von Energie und wird bei der Abrechnung der Einspeisevergütung berücksichtigt.
Warum ist die Wirkleistung des Wechselrichters wichtig?
Die Wirkleistung eines Wechselrichters beeinflusst direkt die Effizienz der PV-Anlage. Je höher die Wirkleistung, desto mehr der erzeugten Solarenergie wird tatsächlich in nutzbaren Strom umgewandelt. Ein Wechselrichter mit hoher Wirkleistung sorgt dafür, dass möglichst wenig Energie verloren geht. Das steigert den Ertrag.
Zugleich spielt die Wirkleistung eine zentrale Rolle für die Netzstabilität. Moderne PV-Wechselrichter verfügen über eine autonome Wirk- und Blindleistungsregelung. Das bedeutet, sie können je nach Netzanforderung flexibel reagieren, also entweder mehr Wirkleistung zur Versorgung oder mehr Blindleistung zur Spannungsstabilisierung bereitstellen. Damit unterstützen sie aktiv das Stromnetz, gleichen Spannungsschwankungen aus und vermeiden Überlastungen.
Wie kann ich die Wirkleistung des Wechselrichters berechnen?
Sie können die Wirkleistung des Wechselrichters berechnen, indem Sie Spannung, Stromstärke und den Leistungsfaktor miteinander multiplizieren. Das Ergebnis der Wirkleistung wird in Watt angegeben.
Die Formel lautet:
- Wirkleistung (P) = Spannung (U) × Stromstärke (I) × cos(φ)
Dabei steht:
- U für die anliegende Spannung in Volt (V),
- I für die Stromstärke in Ampere (A),
- cos(φ) für den Leistungsfaktor, der den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung beschreibt.
Wir wenden die Formel auf eine Beispielrechnung an und treffen folgende Vorannahmen: Ein Wechselrichter liefert eine Spannung von 230 V, eine Stromstärke von 10 A und hat einen Leistungsfaktor von 0,95.
- P = 230 V × 10 A × 0,95 = 2.185 Watt
Die Wirkleistung beträgt in diesem Fall 2.185 Watt. Das ist die tatsächlich nutzbare Leistung, die in das Stromnetz oder in Haushaltsgeräte fließt.
Wann erreicht ein Wechselrichter die maximale Wirkleistung?
Ein Wechselrichter erreicht die maximale Wirkleistung, wenn die Solarmodule unter optimalen Bedingungen ihre höchste Leistung liefern und der Leistungsfaktor nahe 1 liegt.
Beachten Sie dabei, dass die Wirkleistung nicht gleich Nennleistung bedeutet. Im Unterschied zur tatsächlich nutzbaren Leistung, die der Wechselrichter bereitstellt (Wirkleistung), ist die Nennleistung der theoretisch maximale Ausgangswert, den der Wechselrichter unter Standardbedingungen liefern kann. In der Praxis liegt die Wirkleistung je nach Temperatur, Einstrahlung und Last unter der Nennleistung.
Von welchen Faktoren hängt die Wirkleistung ab?
Die Wirkleistung eines Wechselrichters hängt von mehreren technischen und umgebungsbedingten Faktoren ab, die die Energieumwandlung und Netzeinspeisung beeinflussen.
- DC-Leistung der PV-Module: Je höher die Gleichstromleistung der Solarmodule, desto mehr Energie kann dem Wechselrichter zur Umwandlung bereitgestellt werden. Die verfügbare Eingangsleistung begrenzt direkt die mögliche Wirkleistung am Ausgang.
- Ausrichtung und Neigungswinkel der Module: Wenn die Module optimal zur Sonne ausgerichtet sind, liefern sie mehr Strom. Eine ungünstige Ausrichtung oder ein flacher Winkel verringern die Einstrahlung und damit die DC-Leistung, was die Wirkleistung mindert.
- Einstrahlungsintensität und Wetterbedingungen: Direkte Sonneneinstrahlung erhöht die Energieerzeugung. Bei Bewölkung, Regen oder diffusem Licht sinkt die Modulspannung und damit die vom Wechselrichter erzeugte Wirkleistung.
- Temperatur der Module und Umgebung: Hohe Temperaturen verringern die Spannung der PV-Module. Dadurch sinkt die Leistungsausbeute. Auch die Temperatur des Wechselrichters kann seinen Wirkungsgrad beeinflussen.
- Wirkungsgrad des Wechselrichters: Ein hoher Wirkungsgrad beim Wechselrichter bedeutet, dass ein größerer Anteil der Eingangsleistung in nutzbare Wirkleistung umgewandelt wird. Verluste durch Wärme oder Umwandlung reduzieren die nutzbare Leistung.
- Spannung und Strom am Eingang und Ausgang: Nur bei optimalen Spannungs- und Stromwerten kann der Wechselrichter effizient arbeiten. Abweichungen führen zu Leistungsverlusten.
- Leistungsfaktor (cos φ): Ein Leistungsfaktor nahe 1 bedeutet, dass kaum Blindleistung erzeugt wird. Je besser dieser Faktor, desto mehr der Gesamtleistung wird als Wirkleistung abgegeben.
- Netzspannung und Netzfrequenz: Starke Abweichungen im Netz können dazu führen, dass der Wechselrichter seine Leistung begrenzt oder sich vorübergehend abschaltet. Die Wirkleistung sinkt dadurch.
- Verschattung oder Verschmutzung der Module: Schmutz oder Schatten auf den Modulen reduzieren die Lichtausbeute und damit die Gleichstromleistung. In der Folge steht dem Wechselrichter weniger Energie zur Verfügung und es kommt zu Leistungseinbußen.
- Alter und Zustand der Komponenten: Mit der Zeit altern PV-Module und Wechselrichter. Der Wirkungsgrad nimmt ab, elektrische Verluste steigen, und die maximale Wirkleistung sinkt schrittweise.
Was besagt die Wirkleistungsbegrenzung?
Die Wirkleistungsbegrenzung regelt, wie viel Strom eine PV-Anlage maximal ins öffentliche Netz einspeisen darf. Sie dient der Netzstabilität und soll Überlastungen vermeiden.
Seit dem 1. März 2025 gilt das Solarspitzengesetz. Neue PV-Anlagen ohne intelligentes Messsystem dürfen nur 60% ihrer installierten Leistung ins Netz einspeisen. Diese Begrenzung entfällt, sobald ein Smart Meter mit zertifizierter Steuerung installiert ist. Damit soll der Netzausbau besser gesteuert werden.
Zuvor galt die 70%-Regel. Bis Ende 2022 durften PV-Anlagen bis 30 kWp nur 70% ihrer Nennleistung einspeisen. Seit 2023 wurde diese Regel schrittweise abgeschafft – für neue Anlagen bis 25 kWp sofort, für viele Bestandsanlagen später.
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