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Die Komponenten Ihrer PV-Anlage

Das Solarmodul

 © Solarzentrum Mittelhessen

Das Solarmodul besteht aus einzelnen Halbleiterzellen, die zu einem größeren Modul zusammengefasst sind. Die Halbleiterzellen nutzen den photoelektrischen Effekt, um aus dem Licht der Sonne einen internen Stromfluss zu erzeugen. Fällt also Licht auf die Halbleiterzellen, liegt an deren Außenanschlüssen eine elektrische Spannung an. Die Ausgänge aller Halbleiterzellen eines Solarmoduls werden intern verschaltet und zu einem gemeinsamen Anschlusspunkt geführt.

Die heute am meisten verwendeten Module (Dickschichtmodule) werden es analog des eingesetzten Siliziums in die Gruppen Monokristallin und Polykristallin unterteilt. Monokristalline Solarmodule sind aufwendiger in der Herstellung, überzeugen aber mit einem höheren Wirkungsgrad. Die in der Herstellung einfacheren polykristallinen Solarmodule hingegen haben eine geringere Effizienz, sind aber preislich interessant.

Die Leistung heutiger Solarmodule wird landläufig in Wp (Watt peak) angegeben, womit die Nennleistung unter Standard Testbedingungen beschrieben wird. Typische Nennleistungswerte aktueller Solarmodule liegen bei ca. 220 Wp bei einer Modulfläche von ca. 1,5 m², so dass für eine Leistung von 1kWp eine Fläche von ca. 7,0 m² benötig werden würde.

Da selten die Standard–Testbedingungen erreicht werden, liegt die maximale Ausgangsleistung in hiesigen Regionen für ein Solarmodul mit einer Nennleistung von 220 Wp bei real ca. 170 W. Mit einer installierten Leistung von 1 kWp ist so ein Jahresertrag von ca. 900 kWh erzielbar.

Das Montagesystem

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Zur Dachmontage von Solarmodulen haben sich standardisierte Montagesysteme aus Aluminium bewährt, die eine optimale Ausrichtung der einzelnen Module ermöglichen und eine sichere Befestigung auf der Dachkonstruktion gewährleisten.

Die aus Aluminiumprofilen bestehenden Systeme werden über spezielle Dachhaken oder Winkel mit dem Dach verschraubt, die Solarmodule in die entstehende Rahmenkonstruktion eingelegt und fixiert.

Der Wechselrichter

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Der Wechselrichter ist eine komplexe elektronische Komponente, die verschieden Funktionen wahrzunehmen hat. Zunächst muss der von den Solarmodulen kommende Gleichstrom in Wechselstrom umgesetzt werden, was auch die Bezeichnung „Wechselrichter“ erklärt. Diese Umsetzung ist erforderlich, da die öffentlichen Stromnetze und somit auch alle daran anschließbaren Verbraucher Wechselstrom zum Betrieb benötigen.

Zusätzlich muss der Wechselrichter auch die Anpassung an die netzseitigen Vorgaben (Netzspannung, Netzfrequenz) vornehmen und sicherheitsrelevante Funktionen übernehmen.
In Deutschland sind dies die Vorgaben für das öffentliche Niederspannungsnetz, an dem üblicher Weise private Haushalte und viele Gewerbebetriebe angeschlossen sind. Hierzu ist festgelegt, dass es sich um ein dreiphasiges Wechselstromnetz mit einer Spannung von 400 V handelt, wobei die einzelnen Phasen eine Spannung von 230 V gegen den Nullleiter besitzen. Die Frequenz des Wechselstroms ist auf 50 Hz festgelegt.

Moderne Wechselrichter kontrollieren und dokumentieren kontinuierlich ihre Betriebsparameter und stellen diese über spezielle Kommunikationsschnittstellen für externe Auswerttechnik zur Verfügung, so dass sich der Anlagenbetreiber zu jedem Zeitpunkt über den Zustand seiner PV-Anlage informieren kann.

Der Netzanschluss

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Die meisten PV Anlage sind an das öffentliche Stromnetz des regional zuständigen Energieversorgers angeschlossen, um den erzeugten Strom ins Netz einspeisen zu können. Der Netzanschluss liegt im Verantwortungsbereich des Versorgers und darf nur von einem im Installateur Verzeichnis des jeweiligen Versorgers eingetragenen Elektroinstallateur vorgenommen werden.

Wird der erzeugte Solarstrom zu 100% ins öffentliche Netz eingespeist, ist neben dem bisherigen Stromzähler noch ein zweiter Zähler, der Einspeisezähler erforderlich. Die jährliche Verbrauchsabrechnung ändert sich nicht, zusätzlich wird aber vom Energieversorger eine Abrechnung der eingespeisten Strommengen vorgenommen.

Wird der erzeugte Strom hingegen teilweise selbst genutzt (siehe Eigenverbrauch), sind zwei weitere Zähler erforderlich. Neben dem bisherigen Verbrauchszähler ein Zähler für den eingespeisten Strom und ein Zähler für den von der PV Anlage erzeugten Strom. Die Differenz aus erzeugtem und eingespeistem Strom ist der Eigenverbrauch, der den Strombezug vom Energieversorger reduziert. Meistens wird anstelle des alten Verbrauchszählers ein Zweiwegezähler verbaut, der dann als Bezugs- und Einspeisezähler arbeitet, womit ein Zähler und somit ein Zählerplatz eingespart wird.

Der Energiespeicher

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Üblicher Weise besteht in einem Haushalt oder Gewerbebetrieb ein 24stündiger Strombedarf, die PV Anlage liefert aber nur tagsüber Strom. Zudem wird tagsüber meist mehr Strom erzeugt, als im Haus verbraucht wird, der Überschuss, wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Da die erzielbare Einspeisevergütung aber deutlich geringer ist als die Bezugskosten beim Energieversorger, macht es immer mehr Sinn, den tagsüber erzeugten Strom zu speichern und nachts für die aktiven Verbraucher zu nutzen.

Genau für diese Aufgabe werden vielfältige Speichersysteme angeboten, die den erzeugten PV Strom tagsüber in Akkumulatoren (Akkus) speichern und so zu Zeiten, in denen die Sonne keine Energie liefert, nutzbar machen.

Die anfänglich angebeteten Systeme nutzten hierfür Blei-Gel Akkus, die eine geringe Energiedichte aufwiesen (hohes Gewicht) und in ihrer Handhabung fehleranfällig waren (Tiefenentladung, Selbstentladung, Ausgasung etc.). Aktuell werden vor allem leistungsoptimiert Lithium Ionen Akkus mit intelligenten Ladesystemen eingesetzt, die die Nachteile der Blei-Gel Akkus nicht mehr aufweisen und sehr betriebssicher sind. Einziger Nachteil ist derzeit noch der höhere Preis, was sich aber mit zunehmender Verbreitung ändern wird. Zudem ist die Nennkapazität von Blei-Gel Akkus nur zu 50% nutzbar, will man eine lange Lebensdauer des Speichers sicherstellen. Bei modernen Lithium Ionen Akkus beträgt dieser Grenzwert hingegen 90%, so dass eine geringer Nennkapazität für die gleiche Speicherleistung benötigt wird.

Die Haltbarkeit moderner Energiespeicher wird mit deutlich über 7 Jahren angegeben und kann, je nach Nutzungsgrad, bis zu 15 Jahre betragen.

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