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Wechselrichter

Definition: ein Gerät, welches eine Wechselspannung aus einer Gleichspannung herstellt, bzw. Wechselstrom aus Gleichstrom

Englisch: inverter

Kategorie: elektrische Energie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 09.04.2011; letzte Änderung: 23.02.2017

Ein Wechselrichter (auch als Inverter bezeichnet) ist eine Art von Stromrichter, welcher aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung herstellen kann. Wenn ein Verbraucher an die erzeugte Wechselspannung angeschlossen wird, entsteht also Wechselstrom (oft auch Drehstrom) aus Gleichstrom. Die gegenteilige Funktion wäre die eines Gleichrichters.

Selbstgeführte und fremdgeführte Wechselrichter

Man unterscheidet selbstgeführte und fremdgeführte Wechselrichter:

  • Selbstgeführte Wechselrichter bestimmen selbst die Phase (also die genauen Zeiten der Spannungsmaxima und -minima) der erzeugten Wechselspannung. Sie sind geeignet, um Inselnetze aufzubauen. Beispielsweise kann in einem Ferienhaus ohne Anschluss an das öffentliche Stromnetz ein Wechselrichter die für diverse Elektrogeräte benötigte Wechselspannung mit Hilfe von Energie aus einer Batterie herstellen. Ebenso ist ein selbstgeführter Wechselrichter notwendig in einer batteriebasierten Notstromversorgung.
  • Fremdgeführte Wechselrichter können elektrische Energie in ein vorhandenes Wechselspannungsnetz einspeisen. Sie richten sich nach der vom Netz vorgegebenen Phase, arbeiten also netzsynchron. Solche Wechselrichter werden beispielsweise benötigt, um Energie von einer Photovoltaik-Anlage (die eine Gleichspannung liefert) in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Auch eine Windenergieanlage benötigt einen Wechselrichter, wenn der Generator (wie gewöhnlich) nicht netzsynchron arbeitet, und sie dienen zur Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) in Elektrolokomotiven. Eine andere Anwendung sind Frequenzumrichter, bei denen eine Wechselspannung zunächst gleichgerichtet wird und damit dann ein Wechselrichter betrieben wird. Dies erlaubt die Kopplung von Wechselspannungsnetzen, die nicht synchron laufen oder gar unterschiedliche Frequenzen aufweisen.

Einphasige und mehrphasige Wechselrichter

Man unterscheidet ferner einphasige Wechselrichter, die nur eine einphasige Wechselspannung erzeugen können, von dreiphasigen Wechselrichtern, die Drehstrom erzeugen können. Dreiphasige symmetrische Wechselrichter speisen in jede der drei Phasen dieselbe Leistung ein, während dreiphasig unsymmetrische Geräte die Leistungen für die Phasen separat steuern können; beispielsweise kann ein solcher Solarwechselrichter die Leistung der Phasen dem jeweiligen Strombedarf von Geräten im Haushalt anpassen. Damit wird vermieden, dass z. B. Energie über eine Phase bezogen wird, während über eine andere Phase Energie in das Netz eingespeist wird.

Wirkungsgrade von Wechselrichtern

Hochwertige Wechselrichter, die z. B. bei Photovoltaikanlagen zum Einsatz kommen (Solarwechselrichter), können einen sehr hohen Wirkungsgrad von über 98 % erreichen, zumindest in einem gewissen Bereich von Leistungen. Bei sehr kleiner Leistung (z. B. bei trübem Wetter) kann der Wirkungsgrad deutlich absinken. Moderne Solarwechselrichter sind daraufhin optimiert, in einem weiten Leistungsbereich sehr effizient zu arbeiten. Als Maß für ihre Effizienz wird der “europäische Wirkungsgrad” verwendet, der einen gewichteten Mittelwert für unterschiedliche Auslastungen (5, 10, 20, 30, 50 und 100 %) darstellt (mit besonders starker Gewichtung von 50 % Auslastung) und wesentlich besser als der maximale Wirkungsgrad beurteilen lässt, wie effizient das Gerät in der Praxis ist.

Maximale Leistung

Jeder Wechselrichter ist für eine bestimmte Maximalleistung ausgelegt. Kleingeräte mögen nur einige Watt liefern, während zur Kopplung von Netzen Wechselrichter mit Leistungen von hunderten von Megawatt im Einsatz sind. (Die dafür benötigte Leistungselektronik hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht.) Manche Geräte vertragen kurzzeitig eine wesentliche Überlast, beispielsweise wenn bestimmte Verbraucher (z. B. Elektromotoren) kurzzeitig einen hohen Anlaufstrom beziehen.

Blindleistung

Selbstgeführte Wechselrichter müssen auch Blindleistung liefern können, wenn entsprechende induktive oder kapazitive Lasten angeschlossen werden.

Die Bereitstellung von Blindleistung ist bei fremdgeführten Wechselrichtern nicht zwingend erforderlich, nachdem diese auch aus dem Netz bezogen werden kann, und tatsächlich beziehen einfache fremdgeführte Wechselrichter eine sogenannte Kommutierungsblindleistung aus dem Netz. Jedoch haben viele moderne fremdgeführte Wechselrichter die Fähigkeit, Blindleistung gezielt zu erzeugen.

Umrichter

Durch Kombination eines Gleichrichters mit einem Wechselrichter erhält man einen Umrichter, der Leistung von einer Wechselspannung auf eine andere Wechselspannung mit anderer Frequenz oder Phasenlage übertragen kann.

Siehe auch: Wechselstrom, Gleichstrom, Stromrichter, Umrichter, Gleichrichter, Photovoltaik
sowie andere Artikel in der Kategorie elektrische Energie

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