Lektion 4 von 7

Wechselrichter

Solarpaneele erzeugen Gleichstrom. Windturbinen mit variabler Drehzahl und Batterien erzeugen oder speichern Leistung bei Frequenzen und Spannungen, die nicht zum Netz passen. Das eine Betriebsmittel, das jede dieser Quellen auf einem Wechselstromnetz nutzbar macht, ist der Wechselrichter — wohl das wichtigste, und am wenigsten diskutierte, Stück Hardware in der gesamten Geschichte der erneuerbaren Energien.

Die Grundaufgabe

Ein Wechselrichter wandelt Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um, synchronisiert auf Spannung und Frequenz des Netzes — oder, allgemeiner bei moderner Ausrüstung, wandelt Leistung aus welcher Form auch immer eine Quelle sie erzeugt in netzkompatiblen Wechselstrom um. Das geschieht mithilfe leistungselektronischer Schaltbauteile (Transistoren wie IGBTs oder MOSFETs), die tausende Male pro Sekunde ein- und ausschalten, schnell genug, um aus einer Gleichstromquelle eine glatte Wechselstromkurve zu synthetisieren.

Wo Wechselrichter in diesem Track auftauchen

Solar-PV

Jede Solaranlage braucht einen Wechselrichter, da Paneele reinen Gleichstrom erzeugen. Dachanlagen nutzen oft einen Wechselrichter pro Anlage (oder pro Panel, bei Mikrowechselrichter-Bauweisen); Solarparks im Versorgungsmaßstab nutzen große zentrale Wechselrichter oder Strangwechselrichter.

Windturbinen mit variabler Drehzahl

Ein Rücken-an-Rücken-Umrichter (Gleichrichter plus Wechselrichter) entkoppelt die variable Ausgangsfrequenz der Turbine von der festen Netzfrequenz, wie in der Windenergie-Lektion eingeführt.

Batteriespeicher

Batterien speichern und geben Gleichstromleistung ab, daher wird ein Wechselrichter in beide Richtungen benötigt — er wandelt beim Entladen DC in AC und beim Laden AC in DC um.

Netzfolgend vs. netzbildend: die entscheidende moderne Unterscheidung

Diese Unterscheidung ist eine der wichtigsten Entwicklungen in der modernen Energiesystemtechnik, gerade weil sie die zuvor in diesem Track angesprochene Trägheitslücke adressiert.

Netzfolgender Wechselrichter

Misst die vorhandene Spannung und Frequenz des Netzes und synchronisiert seine Ausgabe darauf — er braucht ein stabiles Netzsignal, dem er „folgen“ kann, um überhaupt zu funktionieren. Das beschreibt die überwältigende Mehrheit der bisher installierten Wechselrichter.

Netzbildender Wechselrichter

Etabliert aktiv seine eigene Spannungs- und Frequenzreferenz, ähnlich im Verhalten einem traditionellen Synchrongenerator, und kann das Netz unterstützen statt ihm nur zu folgen — einschließlich, im Prinzip, dem Neustart von Teilen eines spannungsfreien Netzes, ohne sich mit etwas bereits Laufendem synchronisieren zu müssen.

Power Quality: die andere Aufgabe von Wechselrichtern

Über die grundlegende DC-AC-Umwandlung hinaus formen moderne Wechselrichter ihre Ausgangskurve aktiv, um harmonische Verzerrung zu minimieren, können Blindleistung liefern oder aufnehmen, um die lokale Spannung zu stützen (ein im Grundlagen-Track behandeltes Thema), und bieten zunehmend "Durchfahr"-Fähigkeit — sie bleiben verbunden und unterstützen das Netz während kurzer Spannungseinbrüche oder Frequenzausschläge, statt sich beim ersten Anzeichen eines Problems zu trennen, wozu Wechselrichter früherer Generationen oft zu ihrem eigenen Schutz ausgelegt waren.