Leistungsoptimierer vs. Mikrowechselrichter: Wann lohnt sich die Investition bei Teilverschattung?
Ein einzelner Baum, der am Nachmittag einen Schatten wirft, oder der Schornstein des Nachbarhauses – was auf den ersten Blick wie ein kleines Detail wirkt, kann den Ertrag einer Photovoltaikanlage empfindlich schmälern. In klassischen Anlagen wirkt ein verschattetes Modul wie ein Flaschenhals und bremst den gesamten Solargenerator aus. Um dieses Problem zu lösen, wurden zwei Technologien entwickelt: Leistungsoptimierer und Mikrowechselrichter. Doch welche Lösung ist die wirtschaftlich sinnvollere? Dieser Beitrag liefert eine klare Kosten-Nutzen-Analyse und zeigt auf, ab welchem Verschattungsgrad sich die zusätzliche Investition wirklich lohnt.
Das Problem der Teilverschattung: Warum ein einzelnes Modul die ganze Kette ausbremst
Ein Blick auf die Funktionsweise einer Standard-Photovoltaikanlage macht die Herausforderung deutlich. Hier werden mehrere Solarmodule in Reihe zu einem sogenannten „String“ geschaltet, ähnlich einer Lichterkette. Dieser String ist an einen zentralen Wechselrichter angeschlossen. Der Nachteil: Der Strom im gesamten String wird durch das leistungsschwächste Modul begrenzt. Fällt also die Leistung eines einzigen Moduls durch Verschattung ab, sinkt die Leistung aller anderen Module in diesem String auf dasselbe niedrige Niveau.
Studien wie die der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin belegen, dass bereits eine Verschattung von nur 10 % der Modulfläche den Ertrag des gesamten Strings um bis zu 40 % reduzieren kann. Diesen Effekt kennt man von alten Weihnachtsbaumlichterketten: Fällt eine Kerze aus, erlischt die ganze Reihe.
Praxisbeispiel: Stellen Sie sich eine Anlage mit 10 Modulen in einem String vor. Ein Schornstein verschattet von 14 bis 16 Uhr ein einziges Modul. In dieser Zeit arbeiten auch die neun unverschatteten Module nicht mit voller Leistung, denn die gesamte Kette wird auf das Niveau des schwächsten Glieds heruntergeregelt. Über Jahre summiert sich dieser Verlust zu einem erheblichen Betrag.
Zwei Lösungsansätze im Detail: Die Funktionsweise einfach erklärt
Sowohl Leistungsoptimierer als auch Mikrowechselrichter lösen dieses Problem, indem sie die Abhängigkeit der Module voneinander aufheben. So kann jedes Modul individuell seine maximale Leistung erbringen, unabhängig von den Nachbarmodulen. Man spricht hier von Module Level Power Electronics (MLPE).
Leistungsoptimierer: Das Beste aus jedem Modul herausholen
Leistungsoptimierer sind kleine elektronische Bauteile, die direkt an jedem einzelnen Solarmodul installiert werden. Sie optimieren permanent den Arbeitspunkt (die Kombination aus Strom und Spannung) für genau dieses eine Modul. Auf diese Weise kann jedes Modul seinen maximal möglichen Strom an den zentralen String-Wechselrichter liefern, auch wenn es teilweise verschattet ist oder eine andere Ausrichtung hat.
Man kann es sich wie ein Team von Läufern vorstellen, die an einer Kette gefesselt sind. In einer Standardanlage bestimmt der langsamste Läufer das Tempo für alle. Mit Leistungsoptimierern wird die Kette gelöst und jeder kann so schnell laufen, wie er kann. Die Gesamtleistung wird am Ende addiert.
Mikrowechselrichter: Jedes Modul ein eigenes kleines Kraftwerk
Mikrowechselrichter gehen noch einen Schritt weiter. Sie werden ebenfalls an jedem Modul angebracht, wandeln den Gleichstrom (DC) des Moduls aber direkt vor Ort in netzkonformen Wechselstrom (AC) um. Jedes Solarmodul wird so zu einer eigenständigen kleinen Erzeugungseinheit, weshalb ein zentraler String-Wechselrichter entfällt.
Dieses Prinzip lässt sich mit einer zentralen Heizungsanlage in einem Mehrfamilienhaus (String-Wechselrichter) im Vergleich zu einzelnen Etagenheizungen in jeder Wohnung (Mikrowechselrichter) vergleichen. Fällt eine Etagenheizung aus, bleiben alle anderen davon unberührt.
Der direkte Kosten-Nutzen-Vergleich: Zahlen, Daten, Fakten
Beide Technologien versprechen einen Mehrertrag, sind aber auch mit höheren Investitionskosten verbunden. Die entscheidende Frage ist, ob der zusätzliche Gewinn die anfänglichen Mehrausgaben rechtfertigt.
Die Investitionskosten im Überblick
Um eine Vergleichsbasis zu schaffen, betrachten wir die typischen Kosten für eine 10-kWp-Anlage mit etwa 25 Modulen:
- Klassischer String-Wechselrichter: Die Kosten liegen hier bei etwa 150 bis 200 € pro kWp. Für unsere Beispielanlage wären das ca. 1.500 bis 2.000 €.
- System mit Leistungsoptimierern: Zu den Kosten des (oft etwas günstigeren) System-Wechselrichters kommen die Optimierer hinzu. Diese kosten zusätzlich etwa 50 bis 70 € pro Modul. Daraus ergeben sich Mehrkosten von ca. 1.250 bis 1.750 €.
- System mit Mikrowechselrichtern: Hier entfällt der zentrale Wechselrichter, dafür sind die Kosten pro Modul mit 150 bis 250 € deutlich höher. Die Gesamtkosten belaufen sich auf ca. 3.750 bis 6.250 €.
Die Mehrkosten für Modulelektronik können je nach Anlagengröße zwischen 15 % und 30 % der Gesamtkosten für die Wechselrichtertechnologie ausmachen.
Der erwartete Mehrertrag: Wann rechnet sich die Investition?
Der entscheidende Faktor ist der tatsächliche Mehrertrag, und dieser hängt direkt vom Verschattungsszenario ab. Untersuchungen, unter anderem vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, haben gezeigt, dass der Vorteil bei minimaler oder keiner Verschattung oft nur bei 1–3 % liegt. Bei komplexen Dächern mit mehrfacher, wandernder Verschattung kann der Mehrertrag jedoch auf 5 % bis über 20 % steigen.
Rechnen wir zwei Szenarien durch (8-kWp-Anlage, 8.000 kWh Jahresertrag, angenommener Stromwert 30 Cent/kWh):
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Geringe, feste Verschattung (z. B. eine Antenne):
- Angenommener Mehrertrag durch Optimierer: 5 %
- Zusätzlicher Jahresertrag: 400 kWh
- Finanzieller Vorteil: 120 € pro Jahr
- Bei Mehrkosten von ca. 1.200 € amortisiert sich die Investition nach 10 Jahren. Damit bewegt man sich oft an der Grenze der Wirtschaftlichkeit.
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Starke, wandernde Verschattung (z. B. großer Baum):
- Angenommener Mehrertrag durch Optimierer: 15 %
- Zusätzlicher Jahresertrag: 1.200 kWh
- Finanzieller Vorteil: 360 € pro Jahr
- Bei Mehrkosten von ca. 1.200 € amortisiert sich die Investition bereits nach etwas mehr als 3 Jahren. Hier ist der Vorteil eindeutig.
Die Erfahrung aus vielen auf Photovoltaik.info vorgestellten Projekten zeigt, dass sich die Investition in der Regel ab einem dauerhaften Verschattungsgrad von etwa 10–15 % der Modulfläche während der Hauptertragszeiten rechnet.
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12.999,00 €Entscheidungshilfe: Welche Technologie für welches Dach?
Die Wahl hängt stark von den individuellen Gegebenheiten Ihres Daches und Ihren Prioritäten ab.
Wann sind Leistungsoptimierer die richtige Wahl?
- Mittlere bis starke, klar definierte Verschattung: Ideal für Dächer, die durch Gauben, Schornsteine oder Bäume teilweise verschattet sind. Hier erfahren Sie mehr über die Funktionsweise und Vorteile von Leistungsoptimierern.
- Mehrere Dachteilausrichtungen: Bei Ost-West-Dächern sorgen Optimierer dafür, dass beide Seiten unabhängig voneinander die maximale Leistung erzielen.
- Wunsch nach Modul-Monitoring: Die meisten Systeme bieten eine detaillierte Überwachung jedes einzelnen Moduls, was die Fehlersuche erleichtert.
- Bevorzugung einer zentralen Komponente: Die Wartung konzentriert sich auf den zentralen Wechselrichter, der meist gut zugänglich ist.
Wann sind Mikrowechselrichter die bessere Alternative?
- Sehr komplexe oder kleine Dächer: Wenn Module auf Garagen, Carports oder an Fassaden mit sehr unterschiedlichen Bedingungen installiert werden, spielen Mikrowechselrichter ihre Stärken aus.
- Kleine Anlagen wie Balkonkraftwerke: Für Anlagen mit nur ein bis vier Modulen sind Mikrowechselrichter die einfachste und oft günstigste Lösung. Sie sind das Herzstück fast jedes Balkonkraftwerks.
- Geplante Erweiterungen: Eine Anlage mit Mikrowechselrichtern lässt sich problemlos Modul für Modul erweitern.
- Maximale Ausfallsicherheit: Da es keinen zentralen Ausfallpunkt („Single Point of Failure“) gibt, arbeitet der Rest der Anlage weiter, auch wenn ein Mikrowechselrichter ausfällt.
Und wann reicht ein klassischer String-Wechselrichter?
Für das unverschattete, einheitlich ausgerichtete Süddach ist ein hochwertiger String-Wechselrichter oft die wirtschaftlichste Lösung. Der geringe potenzielle Mehrertrag durch Modulelektronik rechtfertigt hier in der Regel nicht die höheren Kosten. Für solche Standardanlagen bieten wir auf Photovoltaik.info oft kosteneffiziente Komplettsets an, da der Mehrwert der Modulelektronik in diesem Fall gering ausfällt.
Häufige Fragen (FAQ)
Was ist die Lebensdauer von Leistungsoptimierern und Mikrowechselrichtern?
Die Hersteller gewähren für diese Komponenten in der Regel eine Produktgarantie von 20 bis 25 Jahren. Das ist deutlich länger als die üblichen 5 bis 12 Jahre für zentrale String-Wechselrichter und entspricht der erwarteten Lebensdauer der Solarmodule.
Erhöhen diese Komponenten das Brandrisiko?
Nein, im Gegenteil. Führende Systeme wie die von SolarEdge (Leistungsoptimierer) verfügen über integrierte Sicherheitsfunktionen (z. B. SafeDC™), die im Fehlerfall oder bei einer Netzabschaltung die Spannung auf Modulebene auf ein ungefährliches Niveau von 1 Volt pro Modul reduzieren. Dies erhöht die Sicherheit für Installateure und Feuerwehrleute erheblich.
Kann ich Leistungsoptimierer mit jedem Wechselrichter kombinieren?
In der Regel nicht. Leistungsoptimierer sind meist Teil eines geschlossenen Systems und funktionieren nur mit dem dazugehörigen Wechselrichter des gleichen Herstellers.
Lohnt sich das auch für eine Ost-West-Anlage ohne Verschattung?
Ja, auch hier kann Modulelektronik einen Vorteil bringen. Da die Ost- und Westseite zu unterschiedlichen Tageszeiten ihre maximale Leistung erbringen, sorgt die individuelle Optimierung für einen leichten Mehrertrag im Vergleich zu einem einfachen String-Wechselrichter. Dieser Vorteil ist jedoch geringer als bei einer Anlage mit direkter Verschattung.
Fazit: Eine individuelle Entscheidung für maximalen Ertrag
Es gibt keine pauschal beste Lösung. Die Entscheidung für oder gegen Leistungsoptimierer oder Mikrowechselrichter ist letztlich eine individuelle Abwägung von Kosten und Nutzen, die stark von den Gegebenheiten Ihres Daches abhängt.
Als Faustregel gilt:
- Keine Verschattung, einheitliches Dach: Ein klassischer String-Wechselrichter ist meist die wirtschaftlichste Wahl.
- Teilverschattung, mehrere Ausrichtungen: Leistungsoptimierer bieten ein exzellentes Preis-Leistungs-Verhältnis und amortisieren sich oft schon nach wenigen Jahren.
- Sehr komplexe Dächer, kleine Anlagen, Wunsch nach maximaler Modularität: Mikrowechselrichter sind hier die technisch eleganteste und flexibelste Lösung.
Analysieren Sie den Schattenverlauf auf Ihrem Dach über den Tag und das Jahr hinweg. Nur so können Sie eine fundierte Entscheidung treffen, die sicherstellt, dass Ihre Photovoltaikanlage über Jahrzehnte den maximal möglichen Ertrag erwirtschaftet.
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