Aufbau einer Photovoltaikanlage - wichtige Komponenten

Im Wesentlichen lassen sich zwei unterschiedliche Arten von Photovoltaikanlagen unterscheiden, was Einfluss auf den Aufbau hat. Zum einen gibt es netzgekoppelte Anlagen, das heißt Anlagen, die zumindest einen Teil des erzeugten Solarstromes ins öffentliche Netz einspeisen. Inselanlagen verfügen hingegen über keinen Netzanschluss, müssen also so dimensioniert sein, dass sie genügend Strom für die Bedürfnisse der Anwender*innen bereitstellen. Überschüssiger Solarstrom kann entweder nicht genutzt werden oder er wird über Speicher für die spätere Nutzung aufbewahrt.

Unterschiede gibt es auch hinsichtlich der Verwendung von Unterkonstruktionen. Gebäudeintegrierte Module können auf diese meist verzichten. Auch neuere Anlagentypen wie schwimmende PV-Anlagen benötigen kein separates Gestell.

Solarmodule 

Hauptbestandteile jeder PV-Anlage sind Photovoltaik- oder Solarmodule (auch Solar Panels), die den Strom erzeugen. Es lohnt sich, hierfür etwas mehr Geld zu investieren, denn je besser Qualität und Technologie der Module sind, desto höher und langfristig sicherer sind die Erträge. Wichtige Kriterien für die Auswahl sind Wirkungsgrad bzw. Leistung und Lebensdauer der Solarmodule.

Die in Reihe geschalteten Solarmodule werden als Strang (englisch: String) bezeichnet. Photovoltaikanlagen können aus mehreren Strängen bestehen.

Wechselrichter 

Der Gleichstrom, den Solaranlagen erzeugen, kann meist nicht direkt genutzt werden. Darum wandelt ein Wechselrichter diesen in Wechselstrom um. Aufgabe des Planers bzw. des Installationsbetriebes ist es, aus der Vielzahl an Wechselrichtern, den passenden auszuwählen, damit die Photovoltaikanlage am Punkt ihrer maximalen Leistung betrieben werden kann.

Besteht die PV-Anlage aus mehreren Strängen, kommen auch entsprechend mehrere Wechselrichter zum Einsatz.

Bei nicht ans Netz angeschlossenen Photovoltaikanlagen („Insel-Anlage“) und Verwendung von Gleichstromtechnik, wie sie zum Beispiel im Campingbereich üblich ist, ist der Verzicht auf einen Wechselrichter denkbar. Hier muss die von den Modulen erzeugte Spannung aber auf das notwendige Niveau (12V, 24V) transformiert werden.

Unterkonstruktion

Auf-Dach-PV-Anlagen werden mit Unterkonstruktionen auf dem Dach angebracht. In-Dach- und Fassaden-Anlagen kommen ohne diese zusätzliche Unterkonstruktion aus, ebenso wie einfache Plugin-Module, z. B. für Balkonanlagen.

Für die Installation der Unterkonstruktion müssen Dachziegel entfernt und Dachhaken bzw. Dachanker an den Dachsparren angebracht werden. Anschließend werden die Ziegel wieder eingefügt und die Trägerkonstruktion auf den Dachankern aufgebaut. Zuletzt werden die Profilrahmen der Module mit dem Gestell verbunden.

Da es zahlreiche verschiedene Dachkonstruktionen gibt, existiert auch eine große Anzahl an Gestell- und Befestigungsmöglichkeiten. Die optimale auszuwählen, ist Aufgabe des Fachbetriebes. Um Belastungen durch Witterungseinflüsse standzuhalten und aufgrund des Gewichtes der Module sollte die Unterkonstruktion auf jeden Fall hochwertig sein.

Bei Freiflächenanlagen wird die Unterkonstruktion als Aufständerung bezeichnet, die direkt im Boden verankert ist. Eine Aufständerung wird auch verwendet, wenn Solarmodule auf einem Flachdach installiert werden. Bei beiden Varianten sorgt die Aufständerung für die richtige Ausrichtung und einen optimalen Neigungswinkel.

 PV-Verkabelung

Die Kabel sorgen bei Photovoltaikanlagen für die Stromübertragung von den Modulen zum Wechselrichter und von da in den Haushalt. Der Leitungsdurchschnitt ist abhängig von der Leistung der zusammengeschalteten Module und von der Leitungslänge. Für einen einwandfreien Betrieb und eine optimale Sicherheit sollten PV-Kabel bester Qualität verlegt werden, die gegenüber äußeren Einflüssen robust sind.

Zähler und Sensoren

Wichtige Bestandteile einer Photovoltaikanlage sind Zähler und Sensoren. Nach Einbau einer PV-Anlage wird u.a. der Einweg-Hauptzähler des Hauses ausgetauscht und gegen einen Zähler ersetzt, der neben dem Strombezug aus dem Netz auch die Einspeisung überschüssigen Solarstroms ins öffentliche Netz anzeigt. Daneben werden an verschiedenen Stellen des Hausnetzes Sensoren gesetzt, die Stromflüsse von einzelnen Abschnitten oder Großverbrauchern messen können. Sensoren wie diese sind die Voraussetzung für ein effektiv arbeitendes Energiemanagementsystem. Für Inselanlagen werden selbstverständlich keine Einspeisezähler benötigt.

In absehbarer Zeit werden Betreiber*innen von Photovoltaikanlagen verpflichtet sein, sogenannte Smart Meter einzubauen. Die intelligenten Stromzähler sind für den Anschluss ans Internet konzipiert und verfügen über eine Kommunikationseinheit, die als Gateway bezeichnet wird. Darüber können unter anderem aktuelle Daten hinsichtlich Stromerzeugung und -verbrauch abgefragt werden. Smart Meter sind ein wichtiger Baustein für regelbare Netze, um die Einspeisung schwankender Energien auszugleichen. 

Energiemanagementsystem

Eine Photovoltaikanlage funktioniert generell ohne das Energiemanagementsystem. Allerdings sorgt die zentrale Kontroll- und Steuereinheit dafür, dass der erzeugte Solarstrom zuverlässig gemessen und möglichst effizient eingesetzt wird. Die zusätzlichen, vergleichsweise geringen Investitionen amortisieren sich schnell. Darüber hinaus ist das Energiemanagementsystem Baustein eines Smart Homes, d.h. viele Geräte lassen sich mit Programmen oder auch von unterwegs ansteuern.

Erweiterungen der Photovoltaikanlage

Besonders viel Solarstrom entsteht meist dann, wenn der Verbrauch gering ist. Anstatt diesen überschüssigen Solarstrom gegen eine geringe Vergütung in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen, lohnt es sich, die Photovoltaikanlage um zusätzliche Komponenten wie Stromspeicher, Wärmepumpe, Heizstab oder Ladestation für das Elektroauto zu erweitern. Wird die Photovoltaikanlage mit einem Stromspeicher kombiniert, spricht man häufig von einer Komplettanlage.