Die richtige Auswahl Ihres Spannungswandlers

Ratgeber verfasst von:
Jérôme, Controller, Berlin

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Wie kann elektrisches Werkzeug oder Zubehör, das normalerweise mit 230 V betrieben wird, mit einer 12- bzw. 24-V-Stromversorgung verwendet werden? Hierfür gibt es eine ganz einfache Lösung: den Spannungswandler! Aber mit welcher Leistung? Mit welchem Wirkungsgrad? Mit Single- oder Dualausgang? Hier erfahren Sie alles!

Wichtige Eigenschaften

  • Rechtecksignal
  • Modifizierter Sinus
  • Reiner Sinus
  • Netzkopplung
  • Eingangsspannung
  • Leistung
  • Wirkungsgrad

Der Spannungswandler kurz erklärt

Beschreibung eines Spannungswandlers


Wie der Name bereits sagt, ist der Spannungswandler in der Lage, das Signal (bzw. die Wellenform) einer elektrischen Spannung von Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Er wird auch Wechselrichter genannt.
 
Obwohl die Stromerzeugung schon lange keine Geheimnisse mehr birgt, hat man bis heute keine bessere Lösung für die Speicherung von elektrischer Energie gefunden als den Akku. Sobald dieser voll aufgeladen wurde, liefert der Akku Gleichstrom (12, 24, 48 V usw.), unabhängig von seiner Größe, Kapazität oder seinen Eigenschaften. Das Stromnetz hingegen liefert Wechselstrom (230 oder 400 V).
 
Ein Spannungswandler ermöglicht es nun, ein beliebiges Gerät bzw. elektrisches Werkzeug mit Wechselstrom zu versorgen (genau wie über eine herkömmliche Steckdose), und zwar unter Verwendung einer beliebigen Gleichstromquelle.

Funktionsprinzip eines Spannungswandlers

Die elektronischen Komponenten übernehmen den Rest und wandeln das Spannungssignal um. Je nach Qualität der Komponenten und der unterschiedlichen Platinen im Spannungswandler entspricht das erzeugte Signal mehr oder weniger dem des Stromnetzes mit mehr oder weniger Mängeln in Bezug auf die Form und Frequenz. Je hochwertiger die Komponenten eines Spannungswandlers, desto optimaler ist die erzeugte Sinusspannung und desto stabiler ist die Frequenz.

Stromverbrauch und Stromrückgabe

Was die Leistung angeht, ist diese je nach Aufbau und Art des Spannungswandlers unterschiedlich. Keines der verfügbaren Modelle ermöglicht jedoch eine perfekte Umwandlung. Dies bedeutet, dass Spannungswandler mehr Strom verbrauchen als sie letztendlich in verfügbare Energie umwandeln. Um die wirkliche Leistung eines Spannungswandlers zu ermitteln, muss dessen Nutzleistung berücksichtigt werden (und nicht die Leistungsaufnahme). Es handelt sich hierbei um ein wichtiges Kriterium, da ein Spannungswandler mit einer Leistungsaufnahme von 1000 W (Watt) und einem Wirkungsgrad von 85 % nur 850 W verfügbare Ausgangsleistung erzeugen kann.

Anwendungsbereiche der Spannungswandler

Spannungswandler kommen vor allem auf Booten und Schiffen, in Wohnmobilen und Wohnwagen und auch immer mehr zu Hause zum Einsatz, wenn das traute Heim mit einem Windrad oder mit Solarmodulen ausgestattet wird. Sie ermöglichen es einerseits, im eigenen Wohnmobil fernzusehen und andererseits, die Steckdosen des Hauses über Batterien mit Strom zu versorgen.

Die unterschiedlichen Spannungswandler und ihre Anwendungsbereiche

Zahlreiche unterschiedliche Spannungswandler sind erhältlich! Groß, klein, schwer, leicht, belüftet, passiv ... Alle basieren jedoch auf demselben Funktionsprinzip: Durch die elektronischen Filter wird Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt. Der einzige Unterschied liegt in der Qualität des erzeugten Wechselstroms.

Rechteck-Spannungswandler

Diese Spannungswandler werden immer weniger eingesetzt, da die Qualität des Ausgangssignals hinsichtlich Form und Frequenz mittelmäßig ist. Sie bieten eine geringe Leistung (< 100 W) und sind leicht und kompakt.

Mit diesen Spannungswandlern können keine Geräte mit Motor oder Spule versorgt, geschweige denn betrieben werden (wie Bohrmaschinen, Kühlschränke ...).

Modifizierter Sinus-Spannungswandler

Dieses Modell ist weit verbreitet und eignet sich für nahezu alle Anwendungen. Die Wellenform ist nahezu sinusförmig und die Frequenz ist relativ stabil. Die unterschiedlichen Modelle bieten eine Leistung von 50 bis 2500 W,

eignen sich für alle geläufigen Anwendungen und bieten durch ihren Aufbau ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Reiner Sinus-Spannungswandler

Die Spitzenklasse der Spannungswandler! Die mit Platinen, Filtern und komplexer Elektronik vollgepackten Spannungswandler erzeugen eine nahezu perfekte Sinuskurve (die stark der eines klassischen Stromnetzes ähnelt).

Dank diesem hochwertigen Signal eignen sie sich für die Versorgung von empfindlichen Geräten, wie IT-, Audio- oder Videogeräten usw. Genau wie die Geräte mit modifiziertem Sinus bieten diese Spannungswandler Leistungen von 200 bis 2500 Watt.

Mit einer identischen Leistung sind diese Typen jedoch kostspieliger als Spannungswandler mit modifiziertem Sinus.

Spannungswandler für die Netzkopplung

Bei dieser besonderen Kategorie werden die Spannungswandler nicht hinsichtlich der Qualität der Spannungsversorgung unterschieden, sondern hinsichtlich ihrer Fähigkeit, sich mit einem Verteilernetz synchronisieren zu können.

Meist handelt es sich um reine Sinus-Spannungsumwandler, die über eine zusätzliche Platine verfügen, um Spannungsschwankungen des Netzwerkes erfassen und auszugleichen zu können.

Bei der Installation von Solarmodulen sollte auf jeden Fall die Einspeisung der überschüssigen Energie in das Stromnetz des Stromanbieters vorgesehen werden. In diesem Fall muss die eingespeiste Energie in allen Punkten den Eigenschaften des öffentlichen Stromnetzes entsprechen. Dies ist dank dieser Spannungswandler ganz einfach machbar.

Spannung, Leistung und Wirkungsgrad: Die Auswahlkriterien

Vor dem Kauf sollte der Bedarf an Spannung, Leistung und Wirkungsgrad eingeschätzt werden. Die folgenden Aspekte helfen bei der Auswahl des idealen Spannungswandlers.

Die Eingangsspannung

Alles beginnt mit der Eingangsspannung, die in Volt (V) ausgedrückt wird! Doch in welchem Bereich soll der Wechselstrom erzeugt werden? Auf Booten, Schiffen, in Wohnwagen, Wohnmobilen, Lkw oder in Verbindung mit Solarmodulen usw. ist stets ein Spannungswandler zu wählen, der sich für die jeweilige Gleichstromspannung eignet.

Die Ausgangsspannung

Auch die Ausgangsspannung wird in Volt (V) ausgedrückt und entspricht der Spannung, die für den Betrieb der zu versorgenden Geräte nötig ist. Im Allgemeinen entspricht die Ausgangsspannung 230 V mit einer Frequenz von 50 Hz (Hertz) Nach der Umwandlung des Signals kann ein beliebiges Gerät, das mit dem Spannungswandler verbunden wird, betrieben werden.

Die Leistung

Die Leistung wird in Watt (W) ausgedrückt und ist der grundlegende Faktor, der für die optimale Leistung ermittelt werden muss! Zuerst sollten alle Geräte aufgelistet werden, die mit dem Spannungswandler verbunden werden sollen. Für jedes einzelne Gerät muss die Nennleistung ermittelt werden.

Für Geräte mit Motor ist weiterhin die Spitzenleistung zu ermitteln (bzw. die Nennleistung multipliziert mit 2). Sobald die unterschiedlichen Werte addiert wurden, muss eine Sicherheitsspanne von 10 % hinzugefügt werden, indem das Ergebnis mit 1,1 multipliziert wird. Das erhaltene Ergebnis entspricht der (maximalen) Ausgangsleistung, die der Spannungswandler bereitstellen muss. Hierbei ist es wichtig, die unterschiedlichen Leistungsangaben (Nutzleistung, Nennleistung, Spitzenleistung) nicht zu verwechseln.

Manche Spannungsumwandler führen eindeutig den Verwendungsbereich auf. Bei reinen Sinus-Spannungswandlern kann eine Leistung von 12/230 V oder 500/1000 W gefunden werden (dies bedeutet, dass die verfügbare Nutzleistung 500 W beträgt, beim Start eines Gerätes jedoch kurzzeitig eine Spitzenleistung von 1000 W akzeptiert wird). Falls noch nicht klar ist, welche Geräte mit dem Spannungswandler betrieben werden sollen, muss ausreichend Spielraum eingeplant werden (die Spitzenleistung sollte beim Anschluss von Werkzeugen ebenfalls berücksichtigt werden).

Der Wirkungsgrad

Zusätzlich zur Leistung ist auch der Wirkungsgrad wichtig! Der Wirkungsgrad (in %) kann bei der Auswahl des richtigen Spannungswandlers ebenfalls berücksichtigt werden. Er gibt den Leistungsverlust an, der während der Signalumwandlung entsteht. Die meisten Spannungswandler mit modifiziertem Sinus weisen beispielsweise einen Wirkungsgrad von etwa 85 % auf. Dies bedeutet, dass ein 1000-W-Spannungswandler in Wirklichkeit 850 W erzeugt.

Die Signalart

Wie bereits erklärt, hängt alles davon ab, welche Geräte mit dem Spannungswandler betrieben werden. Meistens reicht ein modifiziertes Sinus-Signal aus (das Rechtecksignal kommt heutzutage immer weniger zum Einsatz und wird hier nicht erläutert). Wenn der Spannungswandler einen Laptop oder ein anderes elektronisches Gerät mit Strom versorgen soll, ist ein Sinus-Spannungswandler zu empfehlen.

Spannungswandler: Verhältnis zwischen Amperestunden und Betriebsdauer

Wenn der Spannungswandler als Hauptstromversorgung mit einem Akku verwendet werden soll, ist ein weiterer Parameter zu berücksichtigen: die Zeit. Anders gesagt muss eine zuverlässige Energiequelle verwendet werden!
 
Beispiel: Es wird ein Spannungswandler mit einer Leistung von 12/230 V und 100 W verwendet, der mit einem Akku vom Typ 12 V, 75 Ah (Amperestunden) verbunden ist. Diese Kombination bietet eine Akkulaufzeit von etwa 7 Stunden. In Verbindung mit einer Batterie mit 400 Ah entspricht die Akkulaufzeit 40 Stunden.
 
Das Stromnetzwerk muss somit im Ganzen berücksichtigt werden, wenn ein Spannungswandler installiert werden soll. Denn Leistung und Laufzeit sind stark voneinander abhängig.
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Jérôme, Controller, Berlin

Als ausgebildeter Elektriker arbeitete ich zunächst in der Industrie, wo ich viele Einrichtungen installierte, verkabelte und wartete. Danach betreute ich Teams, die diese Arbeiten realisierten. Vor über zehn Jahren wandte ich mich dem Bau und der Konstruktion zu. Vom kleinen Einfamilienhaus über Fitness-Studios bis zu Konzerthallen hatte ich die Möglichkeit, Baustellen aller Art zu koordinieren, zu kontrollieren und zu organisieren.

Seit 4 Jahren restauriere und erweitere ich ein Ferienhaus im Herzen der Haute Savoie. Meine Berufserfahrung und meine Kenntnisse haben mir dabei einen großen Dienst erwiesen. Landschaftsbau, Innenarchitektur, Dach, Sanitär, Strom, alles ist möglich! Wir, meine Tochter, meine Frau und ich, haben fast alles selbst gemacht! Ihre Fragen beantworten, Sie anleiten oder bei der Wahl Ihrer Werkzeuge beraten? Ganz einfach!

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