String-Wechselrichter
Ein String-Wechselrichter wandelt den Gleichstrom eines oder mehrerer Modulstrings zentral in netzkonformen Wechselstrom um. Er ist die am weitesten verbreitete Wechselrichter-Topologie für Hausdach- und Gewerbeanlagen. Die zentrale Bauweise ermöglicht hohe Wirkungsgrade und niedrige Kosten pro Watt, setzt aber eine durchdachte Stringplanung voraus.
Was ist ein String-Wechselrichter?
Ein String-Wechselrichter ist ein zentraler Wechselrichter, der den Gleichstrom eines Strings (einer in Reihe geschalteten Kette von Solarmodulen) in netzkonformen Wechselstrom umwandelt. Er ist die Standard-Topologie für die meisten Hausdach- und Gewerbeanlagen und macht den Großteil aller weltweit installierten PV-Wechselrichter aus.
Im Gegensatz zum Mikrowechselrichter sitzt der String-Wechselrichter zentral — typischerweise im Keller, Technikraum oder an der Hauswand — und empfängt die gesamte DC-Leistung über eine oder mehrere Stich-Leitungen vom Dach.
Aufbau und Topologie
Ein typischer String-Wechselrichter besteht aus:
- DC-Eingang: ein oder mehrere MPP-Tracker-Eingänge, jeweils für einen String
- DC/DC-Wandler: Anpassung der variablen String-Spannung an den Zwischenkreis
- Zwischenkreis: Energiepuffer (Kondensatoren)
- DC/AC-Brücke: Wandlung in 50-Hz-Wechselstrom (einphasig oder dreiphasig)
- EMV-Filter und NA-Schutz: Netzqualität und Netzschutzfunktionen
- Kommunikation: Monitoring über WLAN, LAN, RS485 oder Modbus
Leistungsklassen
| Einsatzbereich | Typische Leistung | Phasen | MPP-Tracker |
|---|---|---|---|
| Einfamilienhaus | 3–10 kW | 1-phasig oder 3-phasig | 1–2 |
| Großes EFH / ZFH | 8–15 kW | 3-phasig | 2–3 |
| Gewerbe klein | 15–30 kW | 3-phasig | 2–4 |
| Gewerbe mittel | 30–100 kW | 3-phasig | 3–6 |
| Großanlage | 100–350 kW | 3-phasig | 6+ oder Parallelschaltung |
Dreiphasige Geräte sind im Eigenheim inzwischen Standard, da sie eine symmetrische Netzeinspeisung erlauben und die Anforderungen der VDE-AR-N 4105 einfacher erfüllen.
String-Auslegung
Die korrekte Auslegung eines Strings ist entscheidend für Ertrag und Sicherheit:
| Parameter | Bedeutung |
|---|---|
| Maximale DC-Spannung | Leerlaufspannung aller Module im String addiert — muss unter dem Wechselrichter-Maximum bleiben (bei -10 °C!) |
| MPP-Spannungsbereich | Die Arbeitsspannung des Strings muss im Tracking-Fenster des Wechselrichters liegen |
| Maximaler DC-Strom | Kurzschlussstrom des Strings × Sicherheitsfaktor |
| Modulgleichheit | Alle Module im String sollten gleicher Typ, gleiche Ausrichtung, gleiche Verschattung haben |
Wird ein String zu lang (zu viele Module), kann die Leerlaufspannung bei Kälte die Wechselrichter-Obergrenze überschreiten und das Gerät beschädigen. Wird er zu kurz, arbeitet der MPP-Tracker außerhalb seines effizienten Spannungsfensters.
Wirkungsgrade
Moderne String-Wechselrichter erreichen Spitzenwirkungsgrade von 97 bis 98,5 %. Der eurogewichtete Wirkungsgrad (nach typischem Teillastprofil) liegt bei 96 bis 98 % — damit sind String-Wechselrichter die effizientesten Geräte im PV-Wechselrichtermarkt.
| Wirkungsgrad-Typ | String-WR | Hybrid-WR | Mikro-WR |
|---|---|---|---|
| Spitzenwirkungsgrad | 97–98,5 % | 97–98 % | 96–97 % |
| Euro-Wirkungsgrad | 96–98 % | 95–97 % | 95–96 % |
Vorteile
- Hoher Wirkungsgrad — effizienteste Topologie
- Niedrige Kosten pro Watt — Skaleneffekte durch zentrale Bauweise
- Einfache Wartung — zentral zugänglich, kein Dachaufstieg nötig
- Breite Herstellerauswahl — etablierte Technologie, viele Anbieter
- Bewährte Langlebigkeit — 10 bis 15 Jahre Garantie Standard
Nachteile
- Verschattungsempfindlich — ein schwaches Modul bremst den gesamten String
- Keine modulweise Überwachung ohne Zusatzgeräte (Leistungsoptimierer)
- DC-Hochspannung auf dem Dach und in der Leitung zum Keller — Brandschutzrelevanz
- Starre Stringplanung — Nachrüstung einzelner Module nur eingeschränkt möglich
- Kein integrierter Speicher — Batteriespeicher benötigt separaten Batteriewechselrichter oder Umstieg auf Hybrid
Abgrenzung zu Hybrid und Mikro
| Kriterium | String-WR | Hybrid-WR | Mikro-WR |
|---|---|---|---|
| Speicher-Integration | Nein | Ja | Nein |
| Notstromfunktion | Nein | Optional | Nein |
| Verschattungstoleranz | Gering | Gering (pro String) | Hoch |
| Modulweises Monitoring | Nur mit Optimizer | Nur mit Optimizer | Ja |
| Kosten pro Watt | Niedrig | Mittel | Hoch |
| Nachrüstbarkeit Speicher | Über AC-Kopplung | Direkt | Über AC-Kopplung |
Für verschattungsfreie Anlagen mit einheitlicher Dachausrichtung und ohne Speicherwunsch bleibt der String-Wechselrichter die wirtschaftlich optimale Lösung. Wer einen Speicher plant, greift zum Hybridwechselrichter. Wer verschattete oder heterogene Dachflächen hat, profitiert von Mikrowechselrichtern oder Leistungsoptimierern.
Marktlage
String-Wechselrichter dominieren den deutschen Markt seit über zwei Jahrzehnten. Die größten Hersteller — europäische und chinesische Anbieter — liefern sich einen intensiven Preiswettbewerb. Für private Hausdachanlagen liegt der Preis bei rund 150 bis 300 Euro pro Kilowatt Nennleistung. Mit wachsendem Speicheranteil bei Neuinstallationen verschiebt sich der Markt zunehmend in Richtung Hybridwechselrichter — der reine String-Wechselrichter bleibt aber für Freiflächenanlagen und Gewerbeprojekte ohne Speicherbedarf die erste Wahl.