Ausführliche Erklärung des Wechselrichter-Bypass-Modus

Wechselrichtersysteme spielen eine zentrale Rolle in Wohn- und Industrieanlagen, indem sie Gleichstrom von Batterien, Solarmodulen und anderen Quellen in stabilen Wechselstrom für verschiedene Geräte und Anlagen umwandeln. In manchen Situationen bevorzugen Benutzer jedoch, dass die Last den Wechselrichter umgeht und direkt vom Versorgungsnetz oder einer Backup-Quelle gespeist wird, weshalb der Bypass-Modus erforderlich ist.

Der Bypass-Modus ist nicht nur während Wartungsarbeiten oder Fehlern am Wechselrichter nützlich, sondern auch für die Verwaltung der Stromqualität, Überlastschutz, Kostenoptimierung sowie vorübergehend während der Systeminbetriebnahme oder Lasttests. Im Bypass-Modus fließt der Strom direkt von der Quelle zur Last, wobei die internen Schalter, Transformatoren und Filterkomponenten des Wechselrichters umgangen werden, was eine kontinuierliche Stromversorgung gewährleistet.

Dieser Artikel untersucht die Funktionsprinzipien sowohl des automatischen als auch des manuellen Bypasses, Szenarien, die den Bypass auslösen, und verschiedene Betriebsmodi (wie UTI, SBU/SOL und SUB). Er bietet eine detaillierte Erklärung der Bypass-Verfahren und -Strategien für Wechselrichter, um den Benutzern das Systemverständnis zu erleichtern und die Lastleistung sicher zu verwalten.

Was ist der Wechselrichter-Bypass-Modus

Wechselrichter-Bypass-Modus ist ein kritischer Betriebszustand in Wechselrichtersystemen, bei dem die normale Umwandlungsschaltung des Wechselrichters umgangen wird, sodass elektrische Energie direkt von der Quelle zur Last fließt, ohne den DC-zu-AC-Umwandlungsprozess des Wechselrichters zu durchlaufen. Dieser Modus schafft im Wesentlichen einen direkten Pfad für den Stromfluss, der die internen Schaltkomponenten, Transformatoren und Filtersysteme des Wechselrichters umgeht.

In einer typischen Wechselrichterkonfiguration wandelt das Gerät Gleichstrom (DC) von Quellen wie Solarmodulen, Batterien oder dem Netz (nach AC-zu-DC-Gleichrichtung) in Wechselstrom (AC) um, der Haushaltsgeräte und elektrische Ausrüstung mit Strom versorgt. Im Bypass-Modus wird dieser Umwandlungsprozess jedoch ausgesetzt, und die eingehende Energie vom Versorgungsnetz wird direkt zu den Ausgangsklemmen geleitet mit minimaler oder keiner Modifikation.

Der Bypass-Modus dient sowohl als Schutzmechanismus als auch als Wartungsfunktion und ist darauf ausgelegt, eine kontinuierliche Stromversorgung sicherzustellen, selbst wenn der Wechselrichter selbst beeinträchtigt, überlastet oder wartungsbedürftig ist. Er fungiert als Notfallabsicherung, die eine vollständige Stromunterbrechung bei Wechselrichterstörungen oder routinemäßigen Wartungsarbeiten verhindert.

Betrachten Sie den Bypass-Modus als eine Notumleitung – wenn die Hauptstraße (Wechselrichter) blockiert oder überlastet ist, nimmt der Verkehr (Strom) einen alternativen Weg, um sein Ziel (Ihre Geräte) zu erreichen.

 

Betrieb des Wechselrichter-Bypass-Modus

Der Wechselrichter-Bypass-Modus kann je nach Modell und Anwendung variieren. Um besser zu verstehen, wie er funktioniert und Ihr System schützt, ist es wichtig zu wissen, dass es zwei Arten von Bypass gibt: automatisch und manuell.

Automatischer Bypass

Die automatische Bypass-Funktion basiert auf Echtzeitüberwachung, intelligenter Entscheidungsfindung und schnellem Umschalten. Das System überwacht kontinuierlich Wechselrichterparameter über mehrere Sensoren, einschließlich Ausgangsstrom, interne Temperatur, Batterieladezustand (SOC) und Spannung/Frequenz. Überschreitet ein Parameter die Sicherheitsgrenzen, löst das System sofort einen Bypass-Befehl aus und aktiviert den statischen Übertragungsschalter (SCR oder IGBT), um innerhalb von 4–10 Millisekunden in den Bypass-Modus zu wechseln.

Der Umschaltvorgang stellt den Bypass her, bevor der Wechselrichter getrennt wird, wodurch sichergestellt wird, dass das Netz zuerst mit der Last verbunden ist und der Wechselrichteraustritt anschließend getrennt wird. Dies garantiert unterbrechungsfreie Stromversorgung der Last.

Dieser Modus arbeitet ohne menschliches Eingreifen und ist darauf ausgelegt, auf verschiedene anormale Bedingungen zu reagieren, um eine kontinuierliche Stromversorgung und Systemschutz zu gewährleisten.

• Szenario 1: Überlastschutz
  Wird aktiviert, wenn der Ausgangsstrom den Nennwert des Wechselrichters überschreitet. Das System schaltet in den Bypass-Modus, um die Stromversorgung aus dem Netz sicherzustellen und den Wechselrichter zu schützen, bis die Last wieder auf ein sicheres Niveau sinkt.
• Szenario 2: Schutz bei niedrigem Batteriestand
  Wird aktiviert, wenn der Batterieladezustand (SOC) unter den eingestellten Schwellenwert fällt (typischerweise 10–20%). Das System schaltet auf Netz-Bypass um, um eine Tiefentladung zu verhindern, und kehrt automatisch in den Wechselrichtermodus zurück, nachdem die Batterie ausreichend geladen ist.
• Szenario 3: Schutz bei internem Fehler
  Wenn interne Hardwarefehler erkannt werden, wechselt das System in den Bypass-Modus, protokolliert den Fehlercode und versetzt den Wechselrichter in einen geschützten Zustand, der eine Reparatur und manuelle Bestätigung erfordert, bevor der Normalbetrieb fortgesetzt werden kann.
• Szenario 4: Überhitzungsschutz
  Tritt auf, wenn die interne Temperatur sichere Grenzen überschreitet. Das System wendet Kühl- und Leistungsreduktionsmaßnahmen an, schaltet bei Bedarf in den Bypass-Modus und nimmt den Normalbetrieb wieder auf, sobald die Temperaturen sich normalisieren.

 

Manueller Bypass

Der manuelle Bypass ist ein vom Benutzer initiierter, reversibler Betriebsmodus. Je nach Wechselrichterdesign kann die Bypass-Funktion in den Wechselrichter integriert oder über einen separat installierten externen Bypass-Schalter (MBS) realisiert sein. Dieser Modus ermöglicht bei Bedarf sofortiges manuelles Eingreifen.

• Szenario 1: Routinewartung
  Der manuelle Bypass wird während planmäßiger Wartungen verwendet, um den Wechselrichter sicher herunterzufahren und zu warten, während die Last weiterhin vom Netz versorgt wird.
• Szenario 2: Firmware-Upgrade
  Wenn Firmware-Updates einen Neustart des Wechselrichters erfordern, sorgt der manuelle Bypass für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, während der Wechselrichter aktualisiert und getestet wird.
• Szenario 3: Fehlerdiagnose und Reparatur
  Der manuelle Bypass erlaubt es, den Wechselrichter für detaillierte Diagnosen oder den Austausch von Komponenten zu isolieren, ohne die Last zu beeinträchtigen.
• Szenario 4: Systeminbetriebnahme und -prüfung
  Während der ersten Inbetriebnahme des Systems ermöglicht der manuelle Bypass umfassende Tests des Wechselrichters unter verschiedenen Lastbedingungen, bevor der Normalbetrieb beginnt.

 

So aktivieren Sie den Wechselrichter-Bypass-Modus

Die automatische Bypass-Funktion des Wechselrichters ist standardmäßig aktiviert. Ihr Betrieb kann auch durch das Einstellen spezifischer Auslösewerte entsprechend der Priorität verschiedener Energiequellen angepasst werden. Die folgenden drei Modi veranschaulichen, wie das Wechselrichtersystem unter verschiedenen Bedingungen die Energie von Netz, Solar und Batterie verwaltet.

Utility-First-Ausgabemodus (UTI)

Im UTI-Modus priorisiert das System Solarstrom zur Lastversorgung, während das Netz online bleibt, um minimalen Strom für Rückspeiseschutz und Blindleistungsunterstützung bereitzustellen.

Wenn Solarstrom ausreichend ist, deckt er zuerst den Lastbedarf und lädt dann die Batterie. Ist Solarstrom unzureichend, priorisiert er den Ausgleich des Batterieverbrauchs durch interne Komponenten des Wechselrichters, wobei verbleibender Solarstrom die Last unterstützt und ein Defizit durch Netzstrom ergänzt wird.

Die Batterie dient als Backup – der Wechselrichter wechselt die Betriebsmodi nur, wenn das Netz ausfällt oder außerhalb akzeptabler Parameter arbeitet, und wandelt Energie von den Solarpanels und der Batterie über die Wechselrichterschaltung um, um Wechselstrom an die Last zu liefern.

 

SBU/SOL-Modus

Im SBU-Modus kann der Systembetrieb durch Einstellung des Betriebs-Spannungsbereichs der Batterie gesteuert werden. Wenn keine Solarzufuhr oder nicht genügend Solarstrom zur Lastversorgung vorhanden ist, versorgt die Batterie vorrangig die Last, um Schwankungen der Solarleistung von der Last fernzuhalten.

Dies setzt sich fort, bis die Batteriespannung auf die voreingestellte Entladeuntergrenze sinkt (Punkt 04), woraufhin der Wechselrichter automatisch in den Bypass-Modus wechselt und die Last mit Netzstrom versorgt wird.

Anschließend erhöht das Laden sowohl durch Solar- als auch Netzstrom die Batteriespannung wieder auf die obere Grenze des Betriebsbereichs (Punkt 05), wodurch das System den Bypass-Modus verlässt und den batteriebetriebenen Betrieb wieder aufnimmt.

 

SOL-Modus

Ähnlich wie bei SBU unterstützt die Batterie, bis ihre Spannung unter die voreingestellte Entladeuntergrenze fällt (Punkt 04), wenn Solarstrom die Lastanforderung nicht vollständig decken kann, wodurch der Wechselrichter in den Bypass-Modus wechselt und die Last direkt mit Netzstrom versorgt wird.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei fehlender Solarzufuhr, unabhängig davon, ob die Batterie auf die minimale Spannungseinstellung entladen ist, der Wechselrichter sofort in den Netz-Bypass-Modus wechselt, um die Last zu versorgen und die Batterie zu laden. Wenn die Solarzufuhr wieder einsetzt, verlässt das System den Bypass-Modus.

 

SUB-Modus

Im SUB-Modus priorisiert Solarstrom das Batterieladen, während gleichzeitig die Last zusammen mit Netzstrom versorgt wird, sofern noch Solarleistung verfügbar ist. Wenn Solarstrom nicht ausreicht, priorisiert er das Batterieladen, während Netzstrom die Last unabhängig versorgt.

Ohne Solarzufuhr versorgt das Netz sowohl die Last als auch lädt die Batterie. Nur wenn Netzstrom nicht verfügbar ist, versorgt die Batterie die Last über den Wechselrichter.