Eine Photovoltaikanlage produziert mit Hilfe von Sonnenenergie Gleichstrom, der vor dem Verbrauch im Haushalt in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Die Umwandlung geschieht mit einem Wechselrichter, auch Inverter genannt. Neben Synchronisation mit dem öffentlichen Stromnetz übernimmt der Wechselrichter auch die Aufgabe der Netz- und Anlagenüberwachung und sorgt dafür, dass die Solaranlage die höchstmögliche Leistung erbringt. In diesem Artikel finden sie alle Fakten rund um das Thema Wechselrichter.

Kurz und knapp

  • das öffentliche Stromnetz und die meisten Verbraucher im Haushalt funktionieren mit Wechselstrom
  • Strom aus der Photovoltaikanlage ist Gleichstrom und muss vor der weiteren Verwendung mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden
  • als Teil eines Photovoltaiksystems fungieren Inverter auch als Schnittstelle und Kontrollinstanz zwischen öffentlichem Netz und Solarzellen, sammeln Betriebsdaten der PV-Anlage und haben bis zu drei integrierten MPP-Tracker (Maximum-Power-Point Tracking), um die bestmögliche Leistung der Solarzellen abzufangen
  • moderne Wechselrichter können einen Wirkungsgrad von mehr als 97% erreichen
  • nach etwa 15 Jahren muss ein Wechselrichter zu den Kosten von 200 Euro pro kWp plus 300 Euro Fixkosten ausgetauscht werden

Gleichstrom vs. Wechselstrom

Die meisten Übertragungsnetze der Energieversorgung arbeiten mit Wechselstrom. Unter Wechselstrom versteht man elektrische Spannung, die eine wechselnde Polarität hat und deren Mittelwert Null ist. Aus der hauseigenen Steckdose kommt Wechselstrom und auch die meisten Endgeräte werden mit Wechselstrom betrieben. Die eigene Solaranlage auf dem Dach produziert aber Gleichstrom, der dann entsprechend umgewandelt werde muss. Wechselstrom hat viele Vorteile, er kann mit Synchrongeneratoren leicht erzeugt werden, man kann ihn über weite Entfernungen transportieren und ihn auf verschiedene Spannungsniveaus übertragen. Das ist besonders im öffentlichen Stromnetz wichtig, da es dort Niedrigspannungs- bis Hochspannungsebenen gibt. Gleichstrom hingegen findet Einsatz in öffentlichen Verkehrsmitteln, Akkuladegeräten, Batterien und eben auch in Solarzellen. Wechselrichter machen als Bindeglied zwischen Gleich- und Wechselstrom eine Nutzung verschiedener Energiequellen möglich und sind Hauptbestandteil eines Photovoltaiksystems.

Aufgaben eines Inverters

In der Photovoltaik ist der Wechselrichter die Schnittstelle zwischen PV-Anlage Energieeinspeisung ins öffentliche Stromnetz. Er überwacht mit Hilfe eines oder mehrerer MPP-Tracker (Maximum-Power-Point-Tracking) außerdem, dass der Betrieb der Solarzellen im optimalen Bereich läuft und kommuniziert zwischen Stromnetz und heimischer Solaranlage, auch Netzüberwachung genannt. Sämtliche Energiequellen, die an das Versorgungsnetz angeschlossen sind müssen im Notfall (bei Wartungsarbeiten oder Netzüberlastung) vom Netz getrennt werden können. Die sogenannte VDE-Norm 126.1 gibt genaue Richtlinien vor, wie das Netz überwacht und wie die Notfalltrennvorrichtung aussehen muss. Auch die PV-Anlage selber wird vom Wechselrichter überwacht und relevante Daten werden kontinuierlich gesammelt. Zwar sind alle Bestandteile einer Solaranlage wartungsarm und haben in der Regel kaum Verschleiß zu verbuchen, Ausnahmen gibt es aber natürlich immer. Damit Fehler oder Schwankungen nicht über längere Zeit unbemerkt bleiben, sammelt der Inverter Daten, die bei vielen Modellen auch über einen Internetanschluss weltweit über ein Portal abrufbar und einsehbar sind.

Aufgaben eines Wechselrichters im Überblick:

Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom

  • MPP-Tracking
  • Datenerfassung
  • Netzüberwachung
  • Schutz vor Überspannung

Unterschiede Wechselrichter

Bei der Umwandlung zu Wechselstrom unterscheiden Invertern in ihrem Ausgangssignal - also dem zeitlichen Verlauf der Spannung. Gängige Wechselrichter erzeugen die Wechselspannung in harmonischen und sinusförmigen Verläufen, identisch zu denen eines Synchrongenerators im öffentlichen Netz. Eine solche Funktionsweise ist die Voraussetzung für eine nahtlose Einspeisung ins Versorgungsnetz und den fehlerfreien Betrieb der meisten Endverbraucher im Haushalt. Anders ist es bei Kontaktwechselrichtern, die heute kaum noch zum Einsatz kommen und eher im Freizeit- oder Campingbereich eingesetzt werden: Sie erzeugen eine sogenannte Rechteckspannung, die sich nur für die Verwendung in sehr einfachen Verbrauchern eignet, zum Beispiel in einer Glühbirne. Sie arbeiten mit dem Modell des Zerhackers, der selbstständig arbeitet und weiter unten im Text näher erläutert wird. Bei modernen Invertern, die sich nicht in ihrem Ausgangssignal unterscheiden, gibt es trotzdem ein wichtiges Unterscheidungskriterium, nämlich den Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad ist einfach ausgedrückt das Verhältnis von Gleichstrom Input und Wechselstrom Output. Je höher der Wirkungsgrad, desto effektiver der Inverter. Die besten Geräte erreichen Wirkungsgrade von bis zu 97% Prozent.

Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Die Geschichte des Wechselrichters fängt mit dem Kontaktwechselrichter an, der heute kaum noch Verwendung findet. Er basiert auf der Funktionsweise des Wagnerischen Hammers. Der Wagnerische Hammer, auch Zerhackschalter oder Zerhacker genannt, ist ein elektromagnetischer Unterbrecher, der aus einem Magneten, einem Anker und einen am Anker angebrachten Öffner besteht. Wechselrichter Photovoltaik

Er ist elektromagnetisch angetrieben und arbeitet selbsttätig. Durch den elektromagnetischen Strom schließt sich der Schaltkontakt zunächst und öffnet sich anschließend durch die Unterbrechung des Stromkreises. Wurden früher Pausenklingeln in Schulen so betrieben, kann ein sich bewegender Anker auch die Polarität der Spannung ändern - es entsteht Wechselstrom. Aufgrund von Verschleißerscheinungen, Geräuschen und anderen Störfaktoren wurden Kontaktwechselrichter irgendwann von Halbleiterwechselrichtern, die auf Grundlage der H-Brückenschaltung arbeiten, abgelöst. Die H-Brückenschaltung funktioniert vom Prinzip her wie ein Kontaktwechselschalter: Vier Halbleiterschalter (elektronische Schalter) öffnen und schließen paarweise über Kreuz und erzeugen eine Polarität in der mittleren Brücke (dem Mittelteil im H). Vereinfacht dargestellt kann man sagen, dass sich etliche Male pro Sekunde die Schaltzustände A+D geschlossen und B+C geschlossen umschaltet. Passiert das nur etwa 100 Mal pro Sekunde ergibt sich eine Rechteckwechselspannung, wie die des Zerhackers.


Moderne Versionen des Halbleiterwechselrichters haben aber extrem hohe und kürzere Schaltfrequenzen, die sich auch harmonisch in den gewünschte Sinusverlauf bringen lassen. Elektronische Schalter haben im Gegensatz zu Schaltkontakten im Zerhacker den Vorteil, dass die nahezu verschleißfrei arbeiten und daher auch eine längere Lebensdauer haben.

Aufbau eines Inverters

Auf der Seite des Inputs befindet sich bei Wechselrichtern neben einem bzw. mehreren MPP-Trackern (Maximum-Power-Point-Tracking) ein Gleichspannungswandler, der das Spannungsniveau von Gleichstrom beliebig ändern kann. Auf der Ausgangsseite des Wechselrichters befindet sich ein ein- bis dreiphasiger Richter, der in das Nieder- bis Mittelspannungsstromnetz synchronisierten Wechselstrom einspeisen kann. Ein Wechselrichter hat eine Lebenszeit von ungefähr 15 Jahren und sollte dann ausgetauscht werden. Eine Solaranlage hält mehr als 30 Jahre und ist sehr wartungsarm. Für den Austausch des Wechselrichters kann man zu Preisen Stand 2018 mit etwa 200 Euro pro kWp plus 300 Euro Fixkosten veranschlagt werden.

Geht man zum Beispiel von einer 6 kWp-Anlage aus, ist nach 15 Jahren mit Investitionskosten in den Tausch des Wechselrichters von 6 * 200 Euro + 300 Euro = 1500 Euro zu rechnen.

Für eine längere Lebensdauer des Inverters sollte dieser an einem kühlen Ort, temperatur- und wettergeschützt installiert werden. Er sollte auch leicht zugänglich sein, um den Tausch nach 15 Jahren möglichst reibungslos gestalten zu können. Eine genaue Kostenaufschlüsselung einer Solaranlage finden Sie ebenfalls auf unserer Ratgeberseite.

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