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Interessante Themen

Warum erneuerbare Energien?

Fossile Energieträger wie Öl, Kohle und Gas haben zwei wesentliche Nachteile: sie sind nicht unendlich verfügbar und ihre Verbrennung erzeugt klimaschädliche Emissionen - mit erheblichen Folgeschäden und Folgekosten. Auch Uran ist endlich. Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist darum nicht nur sinnvoll, sondern gesamtwirtschaftlich auch vorteilhaft.

Warum erneuerbare Energien?

Fossile Energieträger wie Öl, Kohle und Gas haben zwei wesentliche Nachteile: sie sind nicht unendlich verfügbar und ihre Verbrennung erzeugt klimaschädliche Emissionen - mit erheblichen Folgeschäden und Folgekosten. Auch Uran ist endlich. Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist darum nicht nur sinnvoll, sondern gesamtwirtschaftlich auch vorteilhaft.

Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) im Überblick

Die wesentlichen Inhalte des Wärmegesetzes 

Das Wärmegesetz legt fest, dass spätestens im Jahr 2020 14 Prozent der Wärme in Deutschland aus Erneuerbaren Energien stammen muss. Es dient dem Schutz der Umwelt und soll dazu beitragen, den Ausstoß Klima schädlicher Treibhausgase zu verringern.

Wie funktioniert eine thermische Solaranlage?

Der Flachkollektor ist der am häufigsten eingesetzte Kollektortyp zur Gewinnung von Sonnenwärme und das Herzstück einer thermischen Solaranlage

Einspeisevergütung / Installation, Exportraten, führende Hersteller

Einspeisevergütung: Die Vergütung des Solarstroms in Deutschland ist im EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) geregelt und wird auf alle Stromverbraucher umgelegt.

Aktuelle Situation der Preisentwicklung

Die reinen Herstellungskosten der Module sind in den letzten Jahren stark gesunken Entwicklung der reinen Herstellungskosten für Solarstrom. Das EEG hat somit wie geplant bewirkt, dass dank Massenproduktion, Produktivitätssteigerungen und technischem Fortschritt die Kosten gesenkt werden konnten.

Modulpreise

Modulpreise: Mittlerweile sind in Japan kristalline Sharp Solarmodule ab 1670 €/kWp erhältlich. Sharp Markenmodule kosten in Deutschland etwa 3300 €/kWp Netto. Im deutschen Großhandel kosten monokristalline Module bei einer Abnahme von 100 kWp 2900 €/kWp Netto.

Verbundanlage / Inselanlage / Versorgungssicherheit

Verbundanlage: Bei im Verbundnetz betriebenen Anlagen kann die wartungsintensive Energiespeicherung in einem Zwischenkreis entfallen, der eingespeiste elektrische Strom wird sofort verbraucht, der Ausgleich der unterschiedlichen Verbrauchs- und Angebotsleistungen erfolgt über das Verbundnetz.

Integration in das Stromnetz / Konformität zum Verbrauch / Übertragung / Speicherung

Integration in das Stromnetz - Schwankung des Angebots: Das schwankende Angebot der Photovoltaik wirkt aus Sicht des Stromnetzes nicht anders als schwankender Verbrauch; die eingespeiste Photovoltaikleistung stellt sich dabei wie eine Verbrauchsminderung dar. Diese Laständerungen sind, wie die durch den Stromverbraucher verursachten Schwankungen der Last, statistisch vorhersagbar.

Grid Parity

Grid Parity, auf deutsch "Netz-Gleichwertigkeit", wird dann erreicht, wenn Strom aus einer Photovoltaikanlage zum gleichen Preis wie der Endverbraucherpreis von Steckdosenstrom angeboten werden kann. Wenn z.B. Steckdosenstrom eines Tages rund 25 Cent/kWh kostet (2007: ca. 19 Cent) und die Einspeisevergütung für Solarstrom z.B. 24 Cent beträgt (2010 geplant lt.

Leistung / Wirkungsgrad / Potential Photovoltaik

Nennleistung: Die Nennleistung von Photovoltaikanlagen wird häufig in Wp (Wattpeak) beziehungsweise kWp angegeben. „peak“ (engl. Höchstwert, Spitze) bezieht sich auf die Leistung bei Testbedingungen, die dem Alltagsbetrieb nicht direkt entsprechen. Es handelt sich dabei auch nicht um die Leistung der Zelle oder des Moduls bei höchster Sonneneinstrahlung.

Technische Beschreibung Photovoltaik

Die als Licht und Wärme auf die Erde auftreffende Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich 1,5 · 1018 kWh; dies entspricht in etwa dem 15.000-fachen des gesamten Primärenergieverbrauchs der Menschheit im Jahre 2006 (1,0 · 1014 kWh/Jahr). Der Lichtenergieeintrag durch die Sonne beträgt pro Jahr etwa 1,1 · 1018 kWh.

Begriffserklärung / Geschichte der Photovoltaik

Unter Photovoltaik oder Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie. Sie ist seit 1958 zunächst in der Energieversorgung von Weltraumsatelliten mittels Solarzellen im Einsatz.

Der Energieausweis fürs Wohnhaus

Berlin (AFP) - Vom 1. Juli an sollen Mieter und Hauskäufer die Energie-Nebenkosten eines Hauses schneller und einfacher abschätzen können als bisher. Dann kommt der Energieausweis, der über die Energie-Effizienz eines Gebäudes informiert. Allerdings fühlen sich nur rund 15 Prozent der Verbraucher gut über den Gebäudepass informiert. 

Unter welchen Vorraussetzungen ist eine Photovoltaikanlage Anlagevermögen?

Die erste Frage die es zu beantworten gilt ist: Was ist überhaupt ein Anlagevermögen?

Komponenten einer Inselanlage

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Solarmodule
  • - bilden das Herzstück einer Solarstromanlage. Sie sorgen für die Erzeugung des Stroms. Die Lebensdauer qualitativ hochwertiger Solarmodule liegt mittlerweile bei über 35 Jahren, sie stellen den zuverlässigsten Teil einer Anlage dar. 
Solarbatterien

Energieausweis für Gebäude

Energieausweis

Bei steigenden Energiepreisen werden energieeffiziente Gebäude immer attraktiver. Der Energieausweis dokumentiert die energetische Qualität von Gebäuden und gibt konkrete Modernisierungstipps zur Energieeinsparung. Als Instrument für mehr Markttransparenz motiviert der Energieausweis zu Investitionen in die Sanierung.

Info Energiepass - Energieausweis...

Ab Mitte 2008 gilt eine Energieklassifizierung für Immobilien, die in dem sogenannten Energieausweis festgeschrieben wird. Die deutsche Energieeinsparverordnung (EnEV) dient als Grundlage für die Ausstellung. Der Energiepass ist nach seiner Einführung im Juni 2008 verpflichtend, wenn einer Immobilie verkauft oder vermietet werden soll.

Windkraftanlage in schematischer Darstellung

Technische_Skizze_-_Windkraft.jpg

Die Grafik zeigt eine Windkraftanlage in schematischer Darstellung.

Stromerzeugung aus Tiefengeothermie

Hydrothermale Geothermie

Bei der Stromerzeugung aus Erdwärme wird die im Untergrund vorhandene Energie über Turbinen verstromt. Dafür sind Wassertemperaturen von mindestens 90 Grad Celsius (°C) notwendig. Dabei können hydrothermale Heiß- und Trockendampfvorkommen mit Temperaturen über 150°C direkt zum Antreiben einer Turbine genutzt werden.

Wie funktioniert eine Holzpellet-Heizung?

Wie funktioniert eine Holzpellet-Heizung?

Die effizienteste und sauberste Form der Wärmeerzeugung aus Holz für den Bedarf von Ein- und Mehrfamilienhäuser sind Holzpelletöfen. Holzpelletöfen verbrennen wenige Zentimeter lange, ca. 7 mm dünne Holzpresslinge, die so genannten Pellets.

Wie funktioniert eine Biogasanlage?

Wie funktioniert eine Biogasanlage?

In der Vorgrube werden Gülle und andere Substrate zwischengelagert und eventuell zerkleinert, verdünnt oder gemischt. Substrate sind die feste oder flüssige Biomasse, die im Fermenter zur Biogaserzeugung eingesetzt werden.

Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?

Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?

Die Grafik zeigt eine solarthermische Anlage in schematischer Darstellung. Die einzelnen Bestandteile werden kurz erläutert und die Prozesse der Warmwassergewinnung und des Heizens mit Sonnenenergie werden nachvollzogen.

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Technische Skizze Photovoltaik

Die Grafik zeigt eine Photovoltaikanlage in schematischer Darstellung. Die einzelnen Bestandteile werden kurz erläutert und der Prozess der Stromproduktion aus Sonnenenergie wird nachvollzogen.

Wie funktioniert eine Windkraftanlage?

Technische_Skizze_-_Windkraft.jpg

Die Grafik zeigt eine Windkraftanlage in schematischer Darstellung.

Der Erneuerbare-Energien-Mix 2007

EE-Mix_2007.jpg
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 
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Strom, Wärme und Kraftstoffe aus Erneuerbaren Energien 1998-2007

Strom, Wärme und Kraftstoffe aus Erneuerbaren Energien 1998-2007
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 
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Anteile Erneuerbarer Energien am Energieverbrauch 1998-2007

Anteile Erneuerbarer Energien am Energieverbrauch 1998-2007
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 
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Wie funktioniert oberflächennahe Geothermie?

Oberflächennahe Geothermie
Die Grafik zeigt, wie man mit einer Erdwärmeanlage heizen kann.
 
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 

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BMU-Broschüre: Die Klima-Prämie

Sie wollen auf erneuerbare Energien umrüsten? Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit hat 2008 die Informationsbroschüre „Die Klima-Prämie – Was bringt sie? Wer kann profitieren?“ herausgegeben.

Aus dem Inhalt:
 
Wofür bekommen Sie die Klima-Prämie?
 
  • die das Wasser im Haus wärmen
  • die zugleich Wasser wärmen und die Heizung unterstützen
  • die Kälte erzeugen
  • oder Prozesswärme bereitstellen.

Kombination von Brennwerttechnik und thermischer Solaranlage

Automatisch beschickte Biomassekessel

Regeln für hohen Ertrag

Rund 500 Photovoltaik-Anlagen hat das Fraunhofer-lnstitut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer Ise) in Freiburg und Umgebung untersucht und in einem ersten Schritt jeweils den spezifischen Ertrag des Jahres 2004, gemessen in Kilowattstunden pro installierter Solarstromleistung (kWh/kWp), ermittelt. Anlagen mit besonders guten und auch mit besonders schlechten spezifischen Erträgen wurden so ermittelt. Alle vom Fraunhofer ISE untersuchten Solarstromanlagen erreichten im Durchschnitt einen Ertrag von 839 kWh/kWp. Im Rahmen der Felduntersuchung wurden alle Anlagen, deren jährlicher Ertrag 700 kWh/kWp nicht erreichte, unter die Lupe genommen.

BaFA erneuerbare Energien Förderung: Zuschüsse für Solarthermie und Pelletkessel

Klima-Hotline der Bundesregierung gestartet.

Unter dem Motto "Klimaschutz zahlt sich aus" hat das Bundesumweltministerium (BMU) am 01.03.2008 in Kooperation mit der Deutschen Energie-Agentur (dena) und den Verbraucherzentralen eine Informationskampagne gestartet, um den Einsatz erneuerbarer Energien für die Wärmegewinnung zu erhöhen und damit den Ausstoß des klimaschädlichen Kohlendioxids (CO2) zu verringern.

Solarbatterien

Als Solarbatterien, manchmal auch Solarakkumulatoren oder kurz Solarakkus genannt, früher auch Sonnenbatterie, werden Akkumulatoren bezeichnet, die speziell für den Einsatz in Fotovoltaikanlagen entwickelt wurden.

Ursachen für geringe Erträge

Im Rahmen der vom Fraunhofer Institut durchgeführten Felduntersuchung wurden alle Anlagen, deren Ertrag unter 700 kWh/kWp lagen, vor Ort in Augenschein genommen. 

Die häufigsten Ursachen für geringe Erträge waren dabei in folgenden Bereichen zu finden:

Freiburger Studie bringt es an den Tag: Effizienz bei Fotovoltaikanlagen noch nicht ausgereizt

Große Unterschiede im Stromertrag 

Hauptfaktoren für hohe Stromausbeute: Wahl des Einzelstandortes, Ausrichtung des Solargenerators, Qualität und Abstimmung der Technikkomponenten

Anlagen in den letzten Jahren immer besser geworden

Studie wird wichtigen Beitrag für Qualitätssteigerung der gesamten Solarbranche leisten 

Solaranlage Thermische Solaranlagen

Thermische Solaranlage / Solarkraftwerke

Eine Solaranlage ist eine technische Anlage zur Umwandlung von Sonnenenergie in eine andere Energieform.
Eine (größere) Solaranlage zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie wird auch Solarkraftwerk genannt.

Solaranlagen lassen sich nach dem Arbeitsprinzip und der gewonnenen Energieform in drei grundsätzliche Typen unterscheiden:

Thermische Solaranlagen liefern Wärme oder Hitze (z.B. Solarkocher).
Thermische Solarkraftwerke liefern Hitze für einen Prozess aus dem elektrische Energie, evtl. auch Wärme oder sogar 'Kälte' gewonnen wird.
Photovoltaikanlagen liefern elektrische Energie.
Andere regenerative Energiegewinnungsanlagen (Wasser, Wind, Biomasse usw.) sind im Prinzip ebenfalls 'Solaranlagen',
werden jedoch nicht als solche bezeichnet, da die Sonne als treibende Kraft nur indirekt wirkt.

Solar im Garten - Immer mehr Gartenfreunde nutzen die Sonne

Jeder Vierte Deutsche verbringt seine Freizeit im Haus- oder Schrebergarten. Viele Garten- und Naturfreunde setzen mittlerweile auf den Einsatz von Solartechnik, denn nicht überall ist eine Steckdose vorhanden. Die Beleuchtung des Gartenhauses, der Kühlschrank, Radio und TV werden mittels Photovoltaik (PV) mit Strom versorgt. Auch für dekorative Zwecke, z.B. für die Gartenbeleuchtung oder Teichpumpen, wird mittlerweile gerne auf „Solar“ zurückgegriffen. 

Übersicht Fördermittel

Marktanreizprogramm des Bundesumweltministerium (BMU)

Ab dem Jahr 2008 wird die Förderung für erneuerbare Energien im Wärmemarkt mit neuen Schwerpunkten fortgesetzt.

Unternehmer ohne Gewerbe: Vorteile nutzen – Nachteile meiden

Wer mit seiner Solarstromanlage Einkünfte erzielt, darf sich Unternehmer nennen. Allein von diesem Titel kann man sich zwar nichts kaufen, wohl aber von der Umsatzsteuer, die das Finanzamt unter bestimmten Voraussetzungen erstattet. Die weit verbreitete Annahme, dass mit der Unternehmereigenschaft auch die lästige und womöglich auch teure Pflicht zur Gewerbeanmeldung einhergeht, trifft hingegen nicht zu.

Betreiber von Solarstromanlagen gelten als Unternehmer, wenn sie dem Finanzamt ihre Absicht plausibel machen, damit einen Ge­winn zu erzielen. Das klingt nach erheblichem Auf­wand, nach Buchführungspflicht, Einkommensteuer und Gewerbean­meldung – lauter Dinge, vor denen man sich lieber drücken möchte.

Betriebsausgaben mindern die Steuer

Wer neben seinen „Einkünften aus nicht selbstständiger Tätigkeit“ – also dem normalen Lohn oder Gehalt – in seiner Steuererklärung Nebeneinkünfte in nennenswerter Höhe angeben muss, ist gut beraten, einen Steuerberater zu konsultieren. Die Kosten dafür kann er schließlich wiederum von der Steuer absetzen. Obwohl es im Einzelfall für den Anlagenbetreiber ein wenig kompliziert werden kann, ist das Prinzip aber recht einfach.

Solarcarports sind Wetterschutz und Stromlieferant zugleich

Statt teure Parkgebühren zu zahlen, werden Besitzer von Solarcarports sogar für ihren Parkplatz entlohnt. Denn Solarcarports bieten nicht nur Schutz vor Wind und Wetter, sondern produzieren auch Strom.

Jeder Betreiber sollte seine Photovoltaikanlage versichern

Eine gute Versicherung ist für Betreiber von Solarstromanlagen ebenso wichtig wie hochwertige Module und zuverlässige Wechselrichter

Um sich für das richtige Konzept zu entscheiden, muss man wissen, welche Risiken überhaupt abzusichern sind und die Angebote der Versicherungen genau vergleichen. 

Besonderheiten von Solarversicherungen 

Eine eigene Haftpflichtversicherung für die Solarstromanlage ist unbedingt erforderlich, wenn nicht zweifelsfrei und schriftlich geklärt ist, dass die Privathaftpflicht die Ansprüche von Dritten gegen den Betreiber abdeckt. Die Jahresprämie liegt je nach Deckungssumme und Vertragslaufzeit zwischen ungefähr 40 und 90 Euro jährlich. Für Anlagen auf gemieteten Dächern gelten Pauschalangebote nur sehr eingeschränkt. 

Helvetia Photovoltaikversicherung

Die Helvetia Photovoltaik-Versicherung ist die richtige Absicherung für Ihre Photovoltaikanlage. Denn sie schützt Ihre Investition umfassend und innovativ vor Schäden und Ausfällen.

VHV Photovoltaikversicherung

VHV PHOTOVOLTAIK - ALLGEFAHRENVERSICHERUNG
Sicherheit durch Kompetenz

Obwohl Photovoltaikanlagen technisch zuverlässig sind, stellen Betriebsschäden eine nicht zu unterschätzende Gefahr dar. Die fachgerechte Installation kann sicherlich das Schadenrisiko mindern, aber keinesfalls ausschließen. Bei Ausfall der Anlage durch einen Sachschaden kommt es zum Ausfall der Stromerzeugung. Somit wird die kalkulierte Amortisation stark beeinträchtigt. Deshalb muss sich der Anwender für die gesamte Betriebszeit um einen geeigneten Versicherungsschutz kümmern. Einen umfangreichen Versicherungsschutz hierfür bietet die Elektronik- und Ertragsausfallversicherung, denn die Wohngebäudeversicherung bietet lediglich einen eingeschränkten Versicherungsschutz.

Pellets: Pelletsheizung Holzpellets Preisvergleich

Holzpellets sind ein zu stäbchenförmigen Pellets gepresstes Brennmaterial aus Holz. Sie werden in speziellen Pelletheizungen verfeuert.

Holzpellets unterliegen Normen, in Deutschland der DIN 51731, in Österreich der ÖNORM M 7135ff, oder können nach DIN plus zertifiziert werden.

Windenergie

Bei der Windenergie handelt es sich um die kinetische Energie der bewegten Luftmassen der Atmosphäre. Sie ist eine indirekte Form der Sonnenenergie und zählt deshalb zu den erneuerbaren Energien. Die Windenergie-Nutzung ist eine seit dem Altertum bekannte Möglichkeit, um Energie aus der Umwelt zu schöpfen.

Geothermie

Geothermie / Erdwärme

Die Geothermie oder Erdwärme ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann, und zählt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt (Wärmepumpenheizung), als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-Wärme-Kopplung. Geothermie bezeichnet sowohl die ingenieurtechnische Beschäftigung mit der Erdwärme und ihrer Nutzung, als auch die wissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation des Erdkörpers.
 

Wechselrichter

Ein Wechselrichter (auch Inverter) ist ein elektrisches Gerät, das Gleichspannung in Wechselspannung bzw. Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichtet.

 

Reinigung

Die Verschmutzung der Module hat einen negativen Einfluss auf den Ertrag der Photovoltaik-Anlage. Werden die Module mit einer extrem glatten und damit schmutzabweisenden Schicht (meist hochfestes Glas) versiegelt, so ist die Reflexion ziemlich groß. Wird die Glasschicht mit einer antireflektierenden Kunststoffschicht beschichtet, so ist die schmutzabweisende Eigenschaft geringer.

Wartung

Für die Herstellung, den Transport, die Wartung etc. wird Energie benötigt - unter anderem in Form von elektrischem Strom und Wärme. Diese kann man berechnen - zum Beispiel anhand der Stromrechnung der involvierten Fabriken, des Kraftstoffverbrauchs der LKW etc. Wenn die Anlage fertig gebaut ist, produziert sie Strom. Der Erntefaktor gibt nun an, wieviel mehr (elektrische) Energie die Anlage im Laufe ihres Lebens produziert, als insgesamt Energie für Ihre Herstellung, Aufbau und Abbau am Lebensende benötigt wird.

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Wechselrichter

Ein Wechselrichter (auch Inverter) ist ein elektrisches Gerät, das Gleichspannung in Wechselspannung bzw. Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichtet.

 

Wechselrichter können je nach Schaltung sowohl für die Erzeugung von einphasigem Wechselstrom als auch für die Erzeugung von dreiphasigem Wechselstrom (Drehstrom) ausgelegt sein. Wechselrichter erreichen Wirkungsgrade bis etwa 98 Prozent.

 

Angewendet werden Wechselrichter dort, wo ein elektrischer Verbraucher Wechselspannung zum Betrieb benötigt, aber nur eine Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel eine Autobatterie, zur Verfügung steht, oder dort, wo die Leistung einer Gleichspannungsquelle in das Wechsel- bzw. Drehstromnetz eingespeist werden soll.

 

Steuerung

Man unterscheidet zwei Steuerungsarten von Wechselrichtern:

selbstgeführte Wechselrichter (Inselwechselrichter) zur Erzeugung einer Wechselspannung unabhängig vom Stromnetz
fremdgeführte Wechselrichter oder Netzeinspeisewechselrichter zur Erzeugung eines netzsynchronen Wechselstromes (gleiche Spannungshöhe, gleiche Frequenz und gleiche Phasenlage)

Zum Einspeisen in das öffentliche Stromnetz muss die Gleichspannung, beispielsweise aus einer Photovoltaikanlage, erst in eine netzsynchrone Wechselspannung umgewandelt werden. Hierzu dienen netzgeführte Wechselrichter. Sie passen Frequenz und Phase an das Netz an. Darüber hinaus verfügen sie über eine Abschaltung der Anlage bei Netzstörungen. So wird Überspannung oder Spannung in abgeschalteten Netz-Abschnitten vermieden. Dies wird in der VDE 0126 geregelt. (Siehe auch: Einrichtung zur Netzüberwachung mit zugeordneten Schaltorganen).

 

Beispiele für Inselwechselrichter

Versorgung von Geräten, die auf Netzstrom angewiesen sind, aus Akkumulatoren (z. B. in Kraftfahrzeugen, bei dezentraler Stromversorgung in Photovoltaik-Inselnetzen, Berghütten oder ländlichen Regionen von Entwicklungsländern)
Unterbrechungsfreie Stromversorgungen in Krankenhäusern, Kraftwerken und Rechenzentren.

Mit Inselwechselrichtern sind oft Boote, Wohnmobile, Kleingärten, Wochenend- und Ferienhäuser ausgestattet, so können 230-V-Verbraucher, wie Radio- und Fernsehgeräte oder Computer usw. betrieben werden.

 

Beispiele zu netzgeführten Wechselrichtern

an einspeisefähigen (netzgekopppelten) Photovoltaikanlagen und Brennstoffzellen
zur Netzkopplung von Windkraftanlagen mit variabler Drehzahl und Gleichspannungszwischenkreis
zur Energierückgewinnung (Bremsenergienutzung) an 2-Quadranten-Frequenzumrichtern

 

Form der Ausgangsspannung

Transformatoren oder Motoren können mit rechteckförmigen Spannungen, wie sie einfache Wechselrichter liefern, betrieben werden. Die steilen Spannungs- und Stromanstiege verursachen jedoch oft Probleme (Störemissionen, Stromspitzen). Eine etwas verbesserte Kurvenform bieten Trapez-Wechselrichter. Bestimmte Verbraucher wie Energiesparlampen oder andere Geräte mit Eingangsgleichrichter und Ladekondensator erfordern jedoch einen Wechselrichter mit sinusförmiger Ausgangsspannung (Sinus-Wechselrichter). Auch hierbei unterschiedet man zwei Varianten, nämlich Modelle, die eine "echte/ reine" Sinus-Kurve aufbauen oder mit einem "Quasi-Sinus" auch die allermeisten Verbraucher zum Laufen bringen. Hochsensible Geräte (einige Spezial-Monitore oder auch Kühlschränke mit Elektrothermostat) erkennen manchmal einen Unterschied und zeigen ein nierenförmiges Bild oder gehen in Störung.

Bei Motoren (Kühlschränke, Werkzeuge) muss aufgrund des Anlaufstromes die Spitzenleistung des Wechselrichters ausreichend hoch sein. Der Notwendigkeit, für Millisekunden einen ca. zehnmal so hohen Anlaufstrom zu benötigen, tragen höherwertige Modelle Rechnung. Sie "vertragen" kurzzeitig einen dreimal so hohen Überlast-Wert als ihre angegebene Dauer-Nennleistung.

Anwendungen

 

Photovoltaik

Es gibt drei Varianten von Wechselrichtern für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen:

 

Modulwechselrichter werden am Solarmodul montiert und werden für Solarmodul-Leistungen von 100 Wp bis 1400 Wp angeboten. Durch die Parallelschaltung werden Verluste aufgrund unterschiedlicher Beleuchtungsstärke der Module verhindert. Ein Trenntransformator dient der Sicherheit.

 

Stringwechselrichter sind mit einem Kabel mit mehreren in Reihe geschalteten Solarmodulen verbunden. Sie sind die heute am weitesten verbreiteten Wechselrichter in der Photovoltaik. Nachteile sind die hohen zu übertragenden Gleichspannungen und Probleme bei Teilabschattungen einzelner Module aufgrund der Reihenschaltung mehrerer Module.

 

Zentralwechselrichter sind große Wechselrichter, die meistens in einem eigenen Raum untergebracht sind. Vorteile sind hohe Wirkungsgrade. Nachteil: Bei einer Störung ist der gesamte Anlagenteil außer Betrieb.

Es wird oft mit hohen Wirkungsgraden der Wechselrichter geworben. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters entscheidet jedoch nicht allein über den Gesamtwirkungsgrad einer Photovoltaikanlage, sondern alle weiteren Komponenten ebenso wie Reihen- oder Parallelschaltung.

 

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV)

Eine USV enthält einen fremdgeführten Wechselrichter, der bei Stromausfall im einfachsten Fall mit einem Relais statt des Netzes an die Verbraucher geschaltet wird. Die kurze Umschaltpause von einigen Millisekunden wird von den Verbrauchern toleriert. Der Wechselrichter arbeitet aus einem Akkumulator (meist ein Bleiakkumulator), der bei vorhandenem Netz mit einer Ladeschaltung geladen bzw auf der Ladeschlussspannung gehalten wird. Ältere USV arbeiteten mit einem netzfrequenten Transistor-Zerhacker und einem nachfolgenden netzfrequenten Transformator, heutige Geräte benutzen höherfrequente PWM-Wechselrichter und sind daher leichter.

 

Frequenzumrichter und Netzrückspeisung

Eine weitere Anwendung findet der Wechselrichter als Komponente eines Frequenzumrichters. Hier wird aus einer Wechselspannung nach Gleichrichtung (Zwischenkreis) eine Wechselspannung anderer Frequenz erzeugt. Damit kann beispielsweise ein Asynchronmotor in der Drehzahl geregelt werden. Die Energie beim Abbremsen des Motors, er arbeitet dann als Generator, wird bei einfachen Frequenzumrichtern in einem Bremswiderstand in Wärme umgewandelt. Um diese Energie stattdessen ins Netz rückspeisen zu können, kann am Zwischenkreis ein netzgeführter Wechselrichter angeschlossen werden. Es entsteht ein 4-Quadranten-Umrichter. Solche Umrichter können auch ohne Gleichrichter und Zwischenkreis realisiert werden (Matrix-Umrichter).

An drehzahlveränderlichen Wasser- oder Windkraftanlagen ist ebenfalls ein 4-Quadranten-Umrichter erforderlich.

 

Wechselrichter in Kraftfahrzeugen

Wechselrichter für den Einsatz in Kraftfahrzeugen sind meist für den Anschluss an den Zigarettenanzünder oder für Festanschluss (Wohnmobile, Busse, LKW) ausgelegt. Es gibt sie für 12 Volt (PKW) und 24 Volt (LKW, Busse).

Der erste Fahrzeughersteller, der in einem Serien-PKW einen Wechselrichter mit der Netzspannung 230 V anbot, war die Volkswagen AG. Mittlerweile sind für verschiedene PKW-Modelle Wechselrichter mit einer Steckdose für Eurostecker als Sonderausstattung zu haben, Wechselrichter mit Schuko-Steckdosen sind auch erhältlich.

Beim Betrieb von Wechselrichtern höherer Leistung über den Zigarettenanzünder an einem 12-Volt-Bordnetz ist zu beachten, dass bei der niedrigen Spannung von 12 V ein sehr hoher Strom geführt werden muss (Wärmeentwicklung, Kontaktbelastung). Der Zigarettenanzünder ist in der Regel mit 15 A abgesichert und sollte dauerhaft nicht mit mehr als 10 A belastet werden, um die Kontakterwärmung in Grenzen zu halten. Es können also nur Verbraucher mit bis etwa 100 bis 150 Watt Dauer-Leistungsaufnahme am Zigarettenanzünder betrieben werden. Zudem ist die starke Belastung der Bordbatterie und deren geringe Zyklenlebensdauer zu beachten. Eine Entladetiefe über 30 % sollte vermieden werden, somit lassen sich aus einer üblichen 50-Ah-Batterie sinnvoll max. 15 Ah entnehmen.

Bei laufendem Motor muss beachtet werden, dass die Lichtmaschine zwar einen Ladestrom im Bereich von 50 A liefern kann, ein beträchtlicher Teil aber durch Beleuchtung und andere Verbraucher aufgenommen wird, wodurch bereits bei einem Laststrom von 20 A eine Entladung der Batterie stattfinden kann.

 

Aufbau früher und heute

  • Mechanisch

Wechselrichter können mechanisch oder elektronisch realisiert werden. Bei den früher üblichen Kontaktwechselrichtern (Zerhacker) polt ein mechanischer Kontakt periodisch die zugeführte Gleichspannung mit einem Wagnerschen Hammer um. Den dabei auftretenden Kontakt-Verschleiß verringerte der Turbowechselrichter. Bei ihm sind die periodisch schaltenden Kontakte durch einen Quecksilberstrahl ersetzt, der sich in einer geschlossenen Kammer von einem Motor betrieben im Kreis dreht.

 

  • Mit Elektronenröhren

Mit Vakuumröhren realisierte Wechselrichter sind nur für kleinere Leistungen geeignet und wurden kaum gebaut. Wechselrichter größerer Leistung wurden mit steuerbaren Quecksilberventilen (Thyratrons) realisiert. Später verwendete man für diesen Zweck Thyristoren (mit Löschthyristor oder aus GTO).

 

  • Mit Halbleitern

Alle diese Frequenzumrichter arbeiteten im Takt der Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannung und konnten keine Sinus-Ausgangsspanung erzeugen. Diese Wechselrichter sind in der Schaltfrequenz daher auf wenige hundert Hertz begrenzt, meist arbeiteten sie mit 50 Hz. Leistungstransistoren (Bipolartransistoren, MOSFET, IGBT) können das Zerhacken der Gleichspannung mit hoher Effizienz und ohne Verschleiß bewerkstelligen, sie arbeiteten u. a. in USV im Rechteckbetrieb mit 50 Hz und speisten wie auch früher die Zerhacker einen 50-Hz-Transformator. Eine solche Schaltung wäre z.B. ein Vierquadrantensteller. Transistoren ermöglichen jedoch auch Schaltfrequenzen bis zu einigen 10 kHz und arbeiten dann im Chopperbetrieb.

Dies wird auch als Unterschwingungsverfahren bezeichnet: Mit den als Schaltelemente verwendeten Transistoren (meist IGBT) wird durch Pulsweitenmodulation (PWM) im Chopperbetrieb eine Sinus-Wechselspanung aus kurzen Pulsen hoher Frequenz (einige bis über 20 Kilohertz) nachgebildet (Sinus-Wechselrichter) Die Transistoren polen wie auch früher die Zerhacker die Gleichspannung periodisch um, jedoch mit höherer Frequenz. Der Mittelwert der hochfrequenten, pulsweitenmodulierten Schaltfrequenz ist die Ausgangs-Wechselspannung. Man setzt also die Ausgangswechselspannung aus kleinen, unterschiedlich breiten Impulsen zusammen und nähert so den netzüblichen sinusförmigen Spannungsverlauf an. Zur Glättung der PWM dienen Drosseln, die jedoch viel kleiner sind als solche, die für die Glättung der Ausgangs-Wechselspannung früherer Wechselrichter erforderlich waren. Bei Motoren kann auf eine Drossel ganz verzichtet werden.