Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaik-Anlage?

Eine Photovoltaik-Anlage ist äußerst komplex und besteht aus vielen einzelnen Komponenten, die alle optimal aufeinander abgestimmt sein müssen. Die wichtigsten Bestandteile einer typischen Auf-Dach-Anlage sind die Module, die Unterkonstruktion (Gestell), der Wechselrichter und die Kabel. Ergänzt werden kann das System durch eine intelligente Energiesteuerung und einen Stromspeicher.

 

Module

Der offensichtlichste Teil der Photovoltaikanlage sind die Module. Sie sind auf dem Dach oder einem anderen geeigneten, möglichst schattenfreien Ort angebracht. Die aus parallel oder in Serie geschalteten Solarzellen bestehenden Module wandeln die Sonnenstrahlung in elektrische Energie um.

Werden die Module über ein Kabel in Reihe geschaltet und an einen Wechselrichter angeschlossen, spricht man von einem String. Eine Anlage kann aus einem oder mehreren Modulstrings bestehen.

Die rechnerische Leistung der Anlage ergibt sich durch Addition der Leistung aller Einzelmodule und hängt damit von der Modulanzahl ab. In der Realität spielen auch Dachneigung und Sonneneinstrahlung eine entscheidende Rolle, dabei, wie viel Solarstrom gewonnen werden kann. In Deutschland geht man von 800 bis 1000 kWh Ertrag pro Jahr und pro installierten kWp Anlagenleistung aus.

 

Gestell / Unterkonstruktion

Bei den weit verbreiteten Auf-Dach-Anlagen werden die Module nicht direkt auf dem Dach angebracht, sondern auf einer auf dem Dach aufsitzenden Unterkonstruktion. Dieses Gestell hat die Aufgabe, die Hinterlüftung der Module zu ermöglichen. Ein Wärmestau unter den Modulen würde die Leistung vermindern und um schlimmsten Fall zu einem Brand führen. Bei In-Dach-Anlagen wird das Gestell weggelassen und die Module sind als Teil der Dachhaut verbaut. Hier muss durch die Konstruktion eine ausreichende Belüftung gesichert sein.

Bei Flachdächern und Freiflächenanlagen spricht man davon, dass die Module aufgeständert werden. Hier kann das Gestell kann dazu dienen, den optimalen Einstrahlungswinkel zu erreichen. Auf Spitzdächern wird die Unterkonstruktion im Allgemeinen parallel zur Dachfläche ausgeführt, das heißt der Neigungswinkel des Daches bleibt erhalten.

 

Wechselrichter

Ein Wechselrichter ist eine entscheidende Komponente jeder PV-Anlage, denn er wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Nur so kann der Solarstrom von Haushaltsgeräten genutzt und ins Stromnetz eingespeist werden kann. Zudem sind Wechselrichter für die Steuerung der Netzeinspeisung verantwortlich und überwachen den Netzanschluss.

Wechselrichter gibt es in verschiedenen Ausführungen; als String- und Multistringwechselrichter, Modulwechselrichter, Zentralwechselrichter oder auch als Wechselrichter für nicht ans öffentliche Stromnetz angeschlossene Anlagen (Inselanlagen).

Neben der Überwachung der Netzeinspeisung und deren Unterbrechung im Störungsfall dient das Gerät auch als Datenspeicher für z.B. Ertragsdaten oder Fehlerprotokolle.

Bei der Planung einer Photovoltaikanlage ist die Auswahl des geeigneten Wechselrichters also entscheidend, um die Leistung der PV-Anlage optimal zu nutzen und den Stromertrag zu optimieren.

 

Kabel

Die Stromleitung zwischen den Komponenten einer PV-Anlage erfolgt über eine Vielzahl an Kabeln. Abhängig von den fließenden Strömen und der Leitungslänge ist ein geeigneter Leitungsdurchschnitt zu wählen. So muss das Kabel zwischen Wechselrichter und Batterie für besonders hohe Ströme geeignet sein.

An Kabel, die im Freien verlaufen, werden höhere Anforderungen gestellt, als an Kabel in Innenräumen. Aufgabe des Installateurs ist es, jeweils das passende Material zu wählen.

 

Speicher

Immer mehr Haushalte setzen in Ergänzung zu ihrer Solaranlage Batterie-Speicher ein. Damit können sie mehr vom selbst produzierten Strom nutzen und ihren Eigenverbrauch steigern. Die Unabhängigkeit vom Netzbetreiber und den steigenden Stromkosten wächst. In Zeiten, in denen kein Solarstrom produziert werden kann (beispielsweise nachts oder bei starker Bewölkung), zehrt der Haushalt dann von der im Speicher vorgehaltenen Energie und benötigt weniger Strom aus dem öffentlichen Netz.

Die Auslegung des Speichers richtet sich nach der Größe der PV-Anlage und dem Energiebedarf des Haushaltes. Anlagenbauer und Solarhersteller helfen bei der konkreten Berechnung und Dimensionierung, denn es gilt nicht das Prinzip „je mehr, desto besser“ – das könnte sehr schnell teuer werden. Bei der Auslegung des Speichers geht es darum, die optimale Größe zu finden.

 

Hard- und Software für das Energiemanagement

Auch für Anlagen, die nicht über einen Speicher verfügen, besteht die Möglichkeit, den Stromverbrauch zumindest teilweise an die Leistungsspitzen der Stromerzeugung anzupassen.

Mittels Hard- und Software, die den Einsatz von angeschlossenen Verbrauchern smart steuert, können stromintensive Geräte wie Wärmepumpe, die Wallbox für das Elektroauto oder die Pool-Pumpe geschaltet werden, sobald genügend Solarstrom zur Verfügung steht. Im Prinzip lassen sich alle „Verbraucher“ automatisch und intelligent steuern, sobald sie in das zentrale Energiesystem eingebunden sind. Moderne Geräte sind für das Energiemanagement gerüstet, ältere Geräte lassen sich z.B. über schaltbare Steckdosen ansteuern.

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