Technik

Die komplette Photovoltaikanlage besteht ja nicht nur aus den Solarmodulen, die in ihrer Gesamtheit den Solargenerator bilden. Vielmehr sind sämtliche Komponenten zu beachten, die auch alle aufeinander abgestimmt werden müssen, damit ein optimales Ergebnis erzielt werden kann, also möglichst hohe Erträge und maximale Unabhängigkeit von Netzstrom.

 

Daher habe ich hier für Sie einige nötige Inhalte zur Technik einer Photovoltaikanlage zusammengefasst.

Funktionsweise der Photovoltaik-Anlage

Mit Photovoltaik-Anlagen kann Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie umgewandelt werden. So weit, so bekannt. Nach der genauen Funktionsweise gefragt, müssen viele aber passen. Grundwissen ist beim Kauf, dem Betrieb oder gar der eigenen Installation einer solchen Anlage aber unabdingbar und nützlich. Daher stellen wir im Folgenden das Konzept in verständlicher Form so kurz wie möglich vor.

Der Begriff Photovoltaik setzt sich aus dem griechischen Wort für Licht und dem Nachnamen des Physikers Alessandro Volta zusammen. Er gilt als Erfinder der elektrischen Batterie. Ihm zu Ehren wurde im 19. Jahrhundert die Maßeinheit für die elektrische Spannung als Volt benannt. Der photoelektrische Effekt, Grundlage jeder PV-Anlage, wurde indes später von Alexandre Edmond Becquerel entdeckt und erst im 20. Jahrhundert von Albert Einstein beschrieben.

In den Solarmodulen, die man beispielsweise von Hausdächern kennt, sind eine Vielzahl an Solarzellen eingebaut. Diese wiederum können mit weiteren Modulen verbunden werden, um die Energieausbeute, je nach Bedarf und Größe des Hauses, zu erhöhen. Was im Inneren der Solarzelle passiert, setzt vertiefte physikalische Grundkenntnisse voraus. Vereinfacht gesprochen wird durch zwei Siliziumschichten mit unterschiedlicher Leitfähigkeit ein elektrisches Feld erzeugt. Trifft Licht darauf, ändern sich seine Ladungseigenschaften. An den Kontakten der Solarzelle entsteht so eine Spannung. „Die Solarzelle stellt damit ein elektrisches Mini-Kraftwerk dar“, erklärt der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft.

Heutzutage sind die allermeisten PV-Anlagen netzgekoppelt. Sogenannte Inselanlagen, die nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden sind, können ihre Berechtigung haben, etwa in abgelegenen Regionen. Sie müssen aber anders geplant werden. So können sie beispielsweise den Strombedarf in „schlechten Zeiten“, in denen keine Sonne scheint, nicht durch den Bezug von Netzstrom ausgleichen.

Solarmodule werden immer wieder dafür kritisiert, dass ihre Herstellung sehr energieintensiv ist. Das ist nicht ganz von der Hand zu weisen, doch wird dabei meist ein weiterer Aspekt vergessen: Sie arbeiten aufgrund eines physikalischen Effekts, es werden also weder mechanische Verschleißteile beansprucht, noch benötigen sie etwaige umweltschädliche Katalysatoren, um in Gang zu kommen. 

Neben diesen Hauptkomponenten einer Photovoltaik-Anlage gibt es noch kleinere Bestandteile, ohne die es nicht geht. Dazu zählt die Verkabelung, die sich bei Gleichstrom (Weg vom Modul bis zum Wechselrichter) und bei Wechselstrom (Weg vom Wechselrichter zum Nutzungs- beziehungsweise Einspeisepunkt) unterscheidet. Hinzu kommen Sicherungen, die in der Regel in einem Generatoranschlusskasten ihren Platz finden. Als Solargenerator bezeichnet man die Gesamtheit der hintereinandergeschalteten Solarmodule. Zudem hilft er bei der Inbetriebnahme und Wartung der Anlage, weil er im buchstäblichen Sinn als Schaltzentrale dienen kann. Wird der Strom aus der PV-Anlage nicht nur für den Eigenbedarf genutzt, wird zudem ein Einspeisezähler benötigt, um mögliche Einspeisevergütungen genau messen und abrechnen zu können.

Wechselrichter

Solarzellen produzieren systembedingt Gleichstrom. Um den Solarstrom entweder selbst nutzen zu können oder ihn in das öffentliche Netz einspeisen zu können, werden deshalb Wechselrichter benötigt, deren Aufgabe die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ist.

Zweirichtungszähler

Mit dem EEG 2009 wurde endgültig festgeschrieben, dass Netzbetreiber verpflichtet sind, Solarstrom abzunehmen. Da pro Kilowattstunde eine feste Einspeisevergütung gezahlt wird, muss auch genau bekannt sein, wie viel solarer Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird. Das übernimmt der Zweirichtungszähler. Zweirichtungszähler sind auf jeden Fall Eigentum des Netzbetreibers, der dafür eine Bereitstellungsgebühr und meistens auch eine zweite Messgebühr erhebt. Die Gebühren für Einspeise-, Bezugs- und Zweirichtungszähler sind von Netzbetreiber zu Netzbetreiber verschieden und liegen zwischen 80 und 100 Euro.

Stromspeicher

Der Stromverbrauch der Nutzer entspricht meistens nicht der Energie, die aktuell gewonnen wird. Neben der Möglichkeit, diesen ins öffentliche Netz einzuspeisen, können Batteriespeicher, die den erzeugten Strom auch dann zur Verfügung stellen, wenn es draußen dunkel ist, eine gute Alternative sein. Aufgrund stark sinkender Einspeisevergütung empfiehlt sich sogar oftmals , möglichst viel vom Sonnenstrom selbst zu verbrauchen. Batteriespeicher könnten den Eigenverbrauch mindestens verdoppeln. Die meisten Photovoltaikanlagen werden als netzgekoppelte Anlagen betrieben. Diese können, müssen aber keinen Energiespeicher haben. Im Gegensatz dazu müssen Inselanlagen auf jeden Fall über einen Energiespeicher verfügen. 

Für eine autarke Stromversorgung muss deshalb über einen Energiespeicher sichergestellt werden, dass auch dann Strom zur Verfügung steht, wenn wegen Dunkelheit (nachts) oder wegen einer längeren Schlechtwetterperiode kein Solarstrom produziert wird.

Cloud-Lösung

Neuerdings werden aber auch Energiespeicher für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen wieder interessanter. Diese Energiespeicher sind insofern interessant, als zum einen die Einspeisevergütung soweit gesunken ist, das es bei den heutigen Strompreisen deutlich attraktiver ist, Solarstrom selbst zu verbrauchen und diesen Anteil zu maximieren. Mit einer optionalen Cloud-Lösungen können Sie bis zu 100 % von der Anlagenleistung selber benutzen. Sie werden dadurch den überschüssigen Erträgen in den Sommermonaten in die Cloud einspeisen und wenn Sie ihn dann brauchen, holen Sie ihn in den Wintermonaten aus der Cloud zurück. Sie können auch mit den überschüssigen Strom Ihr E-Auto unterwegs tanken oder noch zwei andere Verbrauchstelle mit selbst erzeugtem Strom versorgen.

Wallbox

HABEN SIE EIN E-AUTO?

Ab dem 25.11.2020 werden Ladestationen für E-Autos von der KfW Bank gefördert. Die Förderhöhe beträgt 900 € pro Ladepunkt und gilt für Ladestationen die zu privaten Wohngebäuden gehören und demenstprechend nur privat zugänglich sind. Sie sind bereits im Besitz eines E-Autos und einer PV-Anlage, oder sind mitten in der Projekt-Planung?  Dann schließen Sie den Kauf einer Wallbox in Ihrer Planung nicht aus. Profitieren Sie von der einmaligen Gelegenheit, die sich Ihnen nur in diesem Jahr bietet!