Hybridwechselrichter: Funktionsweise, Phasen und Vorteile

Eine Photovoltaikanlage benötigt einen Solar-Wechselrichter, denn der gewonnene Gleichstrom (DC) muss zunächst in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden, bevor er im Haushalt genutzt oder in das Stromnetz eingespeist werden kann. Da die größte Menge an Strom während der sonnenintensiven Mittagsstunden produziert wird, ist es sinnvoll, die Photovoltaikanlage zusätzlich mit einem Stromspeicher auszustatten: So steht Solarstrom auch dann zur Verfügung, wenn die Sonne gerade nicht scheint. 

Wer Solarstrom speichern möchte, braucht neben dem PV-Wechselrichter zusätzlich einen Batterie-Wechselrichter. Da der Batteriespeicher aber nur mit Gleichstrom geladen werden kann, muss der bereits umgewandelte Strom erneut umgewandelt werden. Dabei kommt es zu geringen, aber stetigen Leistungsverlusten. 

Hier bietet ein hybrider PV-Wechselrichter (auch hybrider Solar-Wechselrichter genannt) eine kombinierte Lösung. Ein Hybridwechselrichter vereint PV- und Batterie-Wechselrichter in einem Gerät. Auf diese Weise kann gewonnener Strom ohne Umwandlungsverluste direkt gespeichert werden. Erst wenn der Solarstrom verbraucht werden soll, findet die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom statt. Bisweilen beinhalten hybride Solar-Wechselrichter bereits eine Speichereinheit, sie können aber auch mit externen Stromspeichern verbunden werden. Hierbei ist zu beachten, dass es DC- und AC-seitig eingebundene Speicher gibt, letztere sind bereits mit einem Wechselrichter ausgestattet.

Darüber hinaus erfüllen Hybridwechselrichter auch die Aufgaben eines herkömmlichen Wechselrichters:

• Sie überwachen die Photovoltaikanlage und schützen sie vor Überlastung. 
• Sie optimieren die Leistung der Anlage mittels Maximum Power Point Tracking (MPPT).
• Je nach Modell enthalten sie auch eine Steuereinheit, die den gewonnenen Strom möglichst vorteilhaft an unterschiedliche Verbraucher verteilt oder speichert. 

Einphasige und dreiphasige Hybridwechselrichter

Einphasige (auch 1-phasige) Hybridwechselrichter geben Strom nur über eine Phase – einen Leiter – aus, dreiphasige bzw. 3-phasige Wechselrichter hingegen über drei. Bei letzterer Vorgehensweise spricht man auch von Dreiphasenwechselstrom oder Drehstrom: Die drei Phasen sind zueinander verschoben, was einen nahezu verlustfreien Transport von Strom über lange Strecken ermöglicht. Auch sehr leistungsstarke Geräte sollten mit Drehstrom betrieben werden. 

Die Ausgangsleistung von ein- bzw. dreiphasigen Wechselrichtern ist unterschiedlich: Die Ausgangsleistung einphasiger Hybridwechselrichter liegt meist zwischen 350 und 4.000 Voltampere (VA), die von dreiphasigen deutlich höher bei 4.200 bis 24.000 VA (Quelle). Eine höhere Ausgangsleistung bedeutet, dass Geräte mit hohem Strombedarf deutlich schneller versorgt bzw. geladen werden können. Daher sind dreiphasige Wechselrichter beispielsweise für das Laden von Elektroautos mittels Wallbox wichtig.

Seit über 10 Jahren sind dreiphasige Wechselrichter ohnehin Pflicht für PV-Anlagen, die eine Scheinleistung von mehr als 4,6 Kilovoltampere erreichen. Mit Scheinleistung ist die maximal mögliche Ausgangsleistung des Wechselrichters gemeint, die sich aus der Wirkleistung und der Blindleistung zusammensetzt. Soll eine PV-Anlage also eine Leistung von mehr als 4,6 Kilowatt erbringen, ist ein dreiphasiger Wechselrichter vorgeschrieben. Somit kommen einphasige Hybridwechselrichter nur für sehr kleine PV-Anlagen infrage.

Hybride PV-Wechselrichter vermeiden, wie bereits erwähnt, die Umwandlungsverluste, wenn Solarstrom gespeichert werden soll. Der erzeugte Strom wird DC-seitig zwischengespeichert und muss somit nur einmal, nämlich für den Verbrauch, umgewandelt werden. Auch die Einbindung einer weiteren Stromquelle – etwa einer Kleinwindkraftanlage oder auch eines Dieselgenerators – ist auf diesem Wege möglich.

Bei einigen Modellen besteht außerdem die Möglichkeit, einen hybriden Solar-Wechselrichter als eine Art Notstromaggregat einzusetzen, um beispielsweise medizinisch notwendige Anlagen auch bei einem Stromausfall betreiben zu können. Der benötigte Strom wird dann aus dem Batteriespeicher entnommen, der – sofern es die Installation zulässt – weiterhin über die PV-Anlage geladen werden kann. Zu beachten ist, dass es dabei zu einer Verzögerung von wenigen Sekunden kommen kann. Sensible Geräte wie Computer benötigen daher einen Akku, um ohne Unterbrechung weiterzulaufen. Damit die Photovoltaikanlage weiter arbeiten kann, muss der Wechselrichter "schwarzstartfähig" sein.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein hybrider Photovoltaik-Wechselrichter auch mit einem Stromspeicher verbunden werden kann, wenn dieser nachgerüstet wird – sofern die Kompatibilität gegeben ist. Ein zusätzlicher Batterie-Wechselrichter wird nicht benötigt. Zwar können für die Anschaffung eines Hybridwechselrichters mehrere Tausend Euro an Kosten anfallen, doch die Investition ist geringer als die in zwei separate Wechselrichter für die PV-Anlage und den Stromspeicher. Auch die Installation ist einfacher und der Platzbedarf etwas geringer. 

Der Wirkungsgrad eines Hybridwechselrichters wirkt sich entscheidend auf den Ertrag der Photovoltaikanlage aus. Er sollte bei 96 bis 98 % liegen. Auch die Lebensdauer des Gerätes gilt es beim Kauf zu beachten: Da Photovoltaikanlagen 30 Jahre und länger halten können, sollte der Hybridwechselrichter eine Lebensdauer von mindestens 15 bis 20 Jahren haben. Dass ein Wechselrichter während der Nutzung einer Photovoltaikanlage einmalig getauscht werden muss, ist normal. Einen mehrfachen Austausch sollten Sie jedoch aufgrund der Kosten vermeiden.

Zu beachten ist außerdem die Kompatibilität mit einem eventuell später hinzugekauften Stromspeicher. Wählen Sie daher entweder einen Hybridwechselrichter, der mit sehr vielen Speichermodellen kompatibel ist, oder entscheiden Sie sich für ein Gesamtsystem eines Unternehmens, das voraussichtlich noch lange am Markt sein wird. Wenn Sie Notstrom nutzen möchten, benötigen Sie einen Hybridwechselrichter, der dafür ausgelegt ist. 

Da sich mithilfe eines Stromspeichers der Eigenverbrauch an Solarstrom deutlich steigern lässt (von etwa 25 bis 30 auf 70 bis 80 %), zahlt sich die Investition in einen Speicher und einen Hybridwechselrichter in der Regel aus. Möchten Sie dennoch keinen Solarstrom speichern, ist ein Hybridwechselrichter nicht zwingend notwendig. In diesem Fall kann ein einfacher Wechselrichter die günstigere Alternative sein.

Nicht zuletzt ist auch die Fähigkeit zum MPP-Tracking ein wichtiges Kaufkriterium für einen Wechselrichter. Wenn Verschattungen vorliegen oder die Photovoltaikanlage unterschiedliche Ausrichtungen aufweist, muss der verschiedene Maximum Power Points verarbeiten können. Moderne Modelle ermöglichen das Tracking mehrerer MPPs – achten Sie hier auf das Datenblatt des jeweiligen Hybridwechselrichters.