Hybrid Wechselrichter

Der Hintergrund: Solarstrom aus eine PV-Anlage ist grundsätzlich Gleichstrom, doch praktisch alle elektrischen Geräte benötigen Wechselstrom. Also ist ein Wechselrichter erforderlich, der den Gleichstrom aus der PV-Anlage in Wechselstrom mit den erforderlichen Parametern (Frequenz von 50 Hz, Spannung, Leistung) umwandelt. Dieser Wechselrichter kann hinter dem Batteriespeicher oder dem PV-Modul sitzen. Der Hybrid Wechselrichter wandelt aber aus beiden Komponenten gleichzeitig den Gleich- in Wechselstrom um.

Das sind die beliebtesten Hybrid Wechselrichter Produkte

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Wie sollte ein Hybrid Wechselrichter beschaffen sein?

Eine Notstromfunktion gilt als unerlässlich. Der Hybrid Wechselrichter kann natürlich hinter der PV-Anlage sitzen und mit einem Anschluss für einen DC-Stromspeicher (Wechselstromspeicher) ausgestattet sein. Aus der Solaranlage würde dann DC-Strom direkt in den Speicher fließen, was die Effizienz etwas erhöht. Doch Hybrid Wechselrichter sind gerade so beschaffen, dass sie auch AC-Strom (Gleichstrom) aus einem AC-Batteriespeicher umwandeln können. Deshalb sind es ja Hybrid-Wechselrichter. Sie kommen zum Einsatz, um auf den Batteriewechselrichter verzichten zu können und Batterien gleich welcher Bauart (AC oder DC) nachrüsten zu können. Es ist nämlich möglich, eine PV-Anlage sofort mit einem Hybrid-Wechselrichter, aber zunächst ohne Batteriespeicher zu betreiben und Letzteren erst später nachzurüsten. Auch entscheiden sich viele Anwender*innen für eine Aufstockung ihrer Batteriespeicher, was mit relativ geringem Installationsaufwand (gegenüber AC-gekoppelten Speichersystemen) gelingt. Dafür wurden Hybrid Wechselrichter konzipiert.

Funktionen der Hybrid Wechselrichter

Hybrid Wechselrichter haben drei prinzipielle Funktionen:

• #1 Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom am Anlagen- und Batterieausgang
• #2 Umleitung des Solarstroms in den Speicher für dessen Zwischenspeicherung
• #3 Management der Anlagenleistung

Der Hybrid Wechselrichter kann sogar selbst mit einer kleinen internen Solarbatterie ausgestattet sein und in dieser etwas PV-Strom zwischenspeichern. Er vereint in einem Gerät den Wechselrichter für die PV-Anlage und den Akku, was die Nachrüstung von DC-seitigen Stromspeichern grundsätzlich erleichert, weil in solchen Fällen kein zusätzlicher Wechselrichter für die Batterie mehr erforderlich ist. Zusätzliche Aufgaben des Hybrid Wechselrichters sind die Netzstabilisierung, die Anlagenüberwachung und die Leistungsoptimierung. Ein moderner, hochwertiger Hybrid-Wechselrichter kann rund 1.000 bis 3.000 Euro kosten. Wichtige Faktoren beim Kauf sind sein Wirkungsgrad, seine Lebensdauer und vor allem die Anzahl seiner Phasen. Der Hybrid Wechselrichter lohnt sich vor diejenigen Haushalte und Gewerbebetriebe, die bei relativ geringen Kosten einen hohen Eigenverbrauch der Solarenergie realisieren möchten.

Arbeitsweise eines Hybrid Wechselrichters

Grundsätzlich wandelt der Hybrid Wechselrichter wahlweise den Gleichstrom aus der PV-Anlage oder dem Akku in Wechselstrom um (sogenannte AC/DC-Wandlung). Moderne Hybrid-Wechselrichter sind darüber hinaus mit einer Steuereinheit ausgestattet. Diese sorgt dafür, an sonnigen Tagen und/oder bei wenig Verbrauch im Haushalt überschüssigen Strom aus der PV-Anlage in den Speicher zu schicken und ihn dort bedarfsweise wieder abzurufen. Der Vorteil besteht durch den Hybrid Wechselrichter darin, dass der Strom nicht während des Speicherprozesses doppelt umgewandelt wird, was Umwandlungsverluste vermeidet.

Ein- und dreiphasige Hybrid Wechselrichter

Die Zahl der Phasen ist für die Funktionalität des Hybrid Wechselrichters besonders wichtig. Es sind generell ein- und dreiphasige Modelle zu unterscheiden:

• Einphasige Hybrid-Wechselrichter haben in der Regel Ausgangsleistungen zwischen rund 350 bis 4.500 VA (Voltampere). Sie liefern den Strom nur über eine Phase, also einen einzigen stromführenden Leiter. Diese einphasigen Wechselrichter werden immer seltener verbaut. Ihre Leistung erscheint zu gering, außerdem sind für Solaranlagen ab 4,6 kVA pro Phase schon seit 2012 dreiphasige Wechselrichter vorgeschrieben.
• Dreiphasige Modelle liefern über drei stromführende Leiter den Wechselstrom. Mit drei Phasen bezieht der Verbraucher grundsätzlich Drehstrom. Die Wechselrichter mit drei Phasen können Nennleistungen bis zu 24.000 VA erreichen (Stand: Ende 2022). Das ermöglicht es, angeschlossene Verbraucher (Geräte im Haushalt) effizient zu betreiben und das Elektroauto sehr viel schneller aufzuladen.

Was ist die Maßeinheit VA (Voltampere)?

Die Maßeinheit VA (Voltampere) beschreibt nach den Normen DIN 1301, 1304 und 40110 die sogenannte elektrische Scheinleistung. Diese Normen beschreiben auch die Blindleistung Var. Um eine Scheinleistung handelt es sich, weil einfach die Maßeinheiten für Spannung (V = Volt) und Stromstärke (A = Ampere) zu einer Leistung zusammengerechnet werden. Die tatsächliche Leistung in Watt hängt aber von weiteren Faktoren ab. Dennoch ist die Angabe der Scheinleistung in VA wichtig für die Konfiguration von Anlagen. Man verwendet sie bei allen Wechselgrößen des elektrischen Stroms (Wechselspannung und -strom, auch Dreiphasenwechselstrom) zur Kennzeichnung von Anschlussleistungen, welche Drehstrommotoren oder Transformatoren aufweisen müssen.

Leistungsoptimierung durch den Hybrid Wechselrichter

Der Hybrid Wechselrichter sorgt für eine möglichst lange maximal Leistung der PV-Anlage. Das hierfür eingesetzte Verfahren heißt MPPT für Maximum Power-Point Tracking. Moderne Hybrid Wechselrichter sind in der Lage, bis zu drei MPPs zu tracken. Damit ist es möglich, den Stromfluss aus zwei unterschiedlich verschatteten Bereichen der PV-Anlage und zusätzlich aus dem Stromspeicher parallel zu steuern und unabhängig voneinander zu optimieren.

Hybrid Wechselrichter für das Energiemanagement und die Anlagenüberwachung

Eine weitere Fähigkeit des Hybrid Wechselrichters ist die intelligente Verteilung des produzierten Solarstroms. Hierfür ermittelt das eingebaute Energiemanagementsystem, ob die Energie je nach individueller Verbrauchssituation und Uhrzeit momentan direkt im Haus verbraucht wird oder ob sie eher in die Solarbatterie für die Zwischenspeicherung umzuleiten ist. Die dritte Variante wäre die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz. Die Anlage wird damit gleichzeitig überwacht, um Überlastungssituationen ebenso wie eine Unterversorgung zu vermeiden.

Netzstabilisierung mit dem Hybrid Wechselrichter

Möglichst viele in Solaranlagen integrierte Hybrid Wechselrichter tragen zur Netzstabilisierung bei. Das intelligente Solarstrommanagement vermeidet es, zu viel Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen, das damit instabil würde. Dieser Strom wird dann eher in die hauseigene Batterie umgeleitet. Zu Spitzenlastzeiten im öffentlichen Netz wiederum entnimmt das Energiemanagement des Hybrid Wechselrichters lieber die Energie dem hauseigenen Akku, anstatt sie aus dem öffentlichen Netz zu beziehen, was wiederum dessen Überlastung (bis hin zum regionalen Blackout) verhindert. Das funktioniert freilich nur, wenn möglichst viele Gebäude mit einer PV-Anlage gleichzeitig auch mit einem intelligenten Hybrid-Wechselrichter ausgestattet sind. Für die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien ist diese Fähigkeit der Geräte sehr entscheidend.

Notstromfunktion

Viele moderne Hybrid Wechselrichter verfügen über eine Notstromfunktion. Diese ist aber nicht immer vorhanden, vor allem bei preiswerteren und älteren Geräten nicht. Die Notstromfunktion sorgt im Prinzip dafür, dass bei einem Netzausfall die hauseigene Stromversorgung blitzschnell und automatisch ihre Energie aus dem Akku bezieht. Stromausfälle hat es bekanntlich schon immer gegeben, so etwa bei einem Unwetter. In jüngster Zeit (seit 2022) sind sie auch ein mögliches Szenario durch die neuen Versorgungsengpässe bei konventionellen Energieträgern (vor allem Gas) infolge des Ukraine-Krieges und der schwindenden Lieferbeziehungen zu Russland. Mit einem Hybrid Wechselrichter und einer ausreichend dimensionierten PV-Anlage inklusive Speicher können sich Haushalte sehr lange autark versorgen – im günstigsten Fall dauerhaft oder zumindest tage- und wochenlang.

Lohnt sich die Anschaffung eines Hybrid Wechselrichters?

Aus den oben genannten Gründen der hohen Flexibilität beim Aufstocken der eigenen Speicherkapazität lohnt sich diese Anschaffung auf jeden Fall. Zwar sind diese Geräte etwas teurer als einfache Wechselrichter, jedoch vereinen sie die AC/DC-Umwandlung und das Energiemanagement sowie günstigstenfalls auch die Notstromfunktion für die PV-Anlage und die Batterie in einem Gerät. Wer lange mit seiner Solaranlage wirtschaften möchte, was prinzipiell das erklärte Ziel ist, spart schon auf mittlere Sicht mit einem Hybrid Wechselrichter Geld, weil nicht laufend (etwa bei einer Speichererweiterung) zusätzliche Kapazitäten angeschafft werden müssen. Gut zu wissen ist es, dass sich Hybrid-Wechselrichter jederzeit in die bestehende Anlage integrieren lassen – unabhängig davon, ob diese überhaupt schon über einen Batteriespeicher verfügt.

Was ist beim Kauf zu beachten?

Wichtige Kennzahlen, die Interessenten vor der Anschaffung beachten sollten, sind:

• Wirkungsgrad: Moderne Hybrid Wechselrichter haben einen Wirkungsgrad von 96 bis 98 %. Nur so lässt sich der Solarertrag der PV-Anlage maximal ausnutzen.
• Lebensdauer: Da die Solaranlage mindestens 20 Jahre läuft, sollte die Lebensdauer des Hybrid Wechselrichters ähnlich beschaffen sein. 30 Jahre sind noch besser. Die Hersteller geben einen Lebensdauer an und gewähren bei guten Geräten lange Garantiezeiten.
• Kompatibilität: Der Hybrid Wechselrichter sollte sich an viele verschiedene Arten von Stromspeichern anschließen lassen. Es gibt schon Geräte, die mit allen am Markt verfügbaren bzw. gängigen Speichermodellen kompatibel sind. Das erhöht die Flexibilität bei der eventuellen Nachrüstung eines Batteriespeichers.

Hybrid Wechselrichter als Voraussetzung für die Solarstromspeicherung

Diejenigen Hausbesitzer, die einen Hybrid Wechselrichter angeschafft haben, denken umgehend über eine noch konsequentere Speicherung ihres eigenen Solarstroms nach. Das Ziel der Autarkie rückt damit in greifbare Nähe. Es ist nämlich so, dass viele PV-Anlagen durchaus ausreichend viel Strom für den eigenen Haushalt produzieren. Doch das leidige Problem der Speicherung bei gleichzeitiger AC/DC-Umwandlung hielt die Besitzer bislang davon ab, an elektrische Autarkie überhaupt nur zu denken. Lieber speisen sie überschüssigen Strom ins öffentliche Netz ein. Hierfür sinken jedoch die Vergütungssätze stetig. Diese Degression ist im EEG vorgesehen und durchaus sinnvoll, um Innovationen voranzutreiben. Eine dieser Innovationen ist die Kostensenkung bei PV-Speichern. Wer nun die PV-Anlage vor einigen Jahren angeschafft und wegen der damals noch hohen Kosten auf die Anschaffung eines großen PV-Speichers verzichtet hat, möchte jetzt vielleicht nachrüsten und den selbst produzierten Strom auch am liebsten selbst verbrauchen. Für die Nachrüstung mit weiteren PV-Speichern ist der Hybrid-Wechselrichter eine hervorragende Voraussetzung.

Fazit

Auch wer seine PV-Anlage schon länger betreibt, kann sich nach einem Hybrid Wechselrichter umschauen. Wer sich eine neue Anlage aufs Dach setzen lässt, sollte ihn von vornherein einplanen – und sich auch gleich für ausreichende PV-Speicherkapazität interessieren.