PV Anlage Stromspeicher Technik Wechselrichter

Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?

Solarstromanlagen Komponenten

Solarstrommodule für Solarstromanlagen

Solarzellen für SolarstromanlagenDie Solarstrommodule (Photovoltaik-Module) sind die wichtigsten Bestandteile von Photovoltaik- bzw Solarstromanlagen. Sie wandeln Sonnenlicht in nutzbaren Strom um. Unterschieden werden kristalline und Dünnschicht-Module. Bei Hausdachanlagen werden in der Regel kristalline Module verwendet. Sie bestehen aus etwa 40 bis 80 Solarzellen, die mit Lötbändern (verzinkte Kupferstreifen) miteinander verschaltet sind. Standardmodule haben einen Aluminiumrahmen, welcher die verschiedenen Schichten wie Frontglas, Einbettfolien und Solarzellen zusammenhält und dem Modul Stabilität gibt.

Über die Rahmen werden die Module mit der Unterkonstruktion verbunden. Weiterhin gibt es rahmenlose Module, die auch als Laminate bezeichnet werden. Sie eignen sich vor allem für dachintegrierte Solarstromanlagen. Mehrere PV-Module werden zu einem String (auch Strang genannt) zusammengeschaltet. Die Strings wiederum werden zum so genannten Photovoltaik-Generator (PV-Generator) verbunden. Die Leistung von Solarmodulen wird in Wattpeak (Wp) angegeben. Dies ist die Leistung, die das Modul unter Standardtestbedingungen bei einer Einstrahlung von 1.000 W/m² auf Modulebene und einer Modultemperatur von 25 Grad Celsius, bereitstellt.

Die Standardtestbedingungen wurden entwickelt, um Module vergleichen und bewerten zu können. Bei kristallinen Modulen ist eine Nennleistung zwischen 180 und 300 Wp marktüblich.

Generatoranschlusskasten

Der Generatoranschlusskasten (GAK) sammelt die Strings des PV-Generators und verbindet sie mit der Gleichstrom-Hauptleitung. Somit müssen nur noch je eine Plus- und eine Minusleitung zum Wechselrichter verlegt werden. Zudem kann der Generatoranschlusskasten sicherheitstechnische Funktionen übernehmen wie die Strangsicherung und die Ableitung von Überspannungen.

Wechselrichter

Solar-Wechselrichter wandeln den von den Photovoltaik-Modulen erzeugten Gleichstrom in haushaltsüblichen Wechselstrom um (230 Volt Wechselstrom bzw. 400 Volt Drehstrom).In der Solarbranche hat es sich eingebürgert, die Begriffe Netzeinspeisegerät (NEG) und Wechselrichter als Synonyme zu verwenden. Streng genommen, müssten Stromwandler, als welche diese Geräte auch bezeichnet werden, bei netzintegrierten Anlagen als Netzeinspeisegeräte bezeichnet werden. Denn sie verbinden den PV-Generator mit dem Stromnetz. Das Wort Wechselrichter hingegen bezeichnet einen Stromwandler, der bei netzunabhängigen PV-Anlagen (Inselanlagen) zum Einsatz kommt.

Im Vergleich zu den über 1,5 Millionen netzgekoppelten Anlagen gibt es davon nur sehr wenige in Deutschland – und dies vor allem im Freizeit- und Gartenbereich. Der Einfachheit halber wird der Begriff Wechselrichter auch für netzgekoppelte Solarstromanlagen verwendet. Gelegentlich ist auch der englische Begriff Inverter zu hören.
Neben ihrer Hauptaufgabe – der Stromumwandlung – übernehmen Solarwechselrichter noch andere Aufgaben.

Einige Beispiele: Sie passen den Arbeitspunkt der Solarstromanlage in Abhängigkeit von der Lichteinstrahlung (Maximum Power Point = MPP) kontinuierlich an, so dass die Anlage stets so viel Strom wie möglich erzeugt. Sie überwachen die Spannung und die Stromfrequenz, so dass der Solarstrom ohne Probleme in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Und sie erfassen wichtige Betriebsdaten der Photovoltaikanlage wie den Solarertrag, die Modultemperatur sowie Spannung und Strom.
Bei herkömmlichen Hausdachanlagen kommen String-Wechselrichter zum Einsatz. Darüber hinaus gibt es noch Modulwechselrichter für jeweils ein Modul sowie Zentralwechselrichter für Photovoltaik-Großanlagen.

Photovoltaikanlage montierenUnterkonstruktion

Die Unterkonstruktion (auch Montagegestell genannt) verbindet die PV-Module mit dem Dach. Sie besteht im Wesentlichen aus Montageschienen und Dachhaken. Bei Aufdachanlagen werden die Schienen über den Dachziegeln angebracht. Bei dachintegrierten Photovoltaikanlagen wird die Unterkonstruktion direkt auf den Dachsparren montiert. Die Solarmodule ersetzen in dem Fall die herkömmliche Dacheindeckung wie Ziegel. Spezielle Bauarten wie sich an den Seiten überlappende Module sorgen dafür, dass das Dach garantiert dicht ist.

Verkabelung

In einer Photovoltaikanlage sind viele Meter Kabel verlegt. Dabei werden zwei Bereiche unterschieden: die Gleichstrom (DC)- und die Wechselstrom (AC-) Verkabelung. Bei der DC-Verkabelung handelt es sich um die Kabel von den Modulen zum Wechselrichter, die AC-Verkabelung bezeichnet die Kabel vom Wechselrichter zum Netzeinspeisepunkt.
Bei der Auswahl der Gleichstromkabel sind die Kabellänge und der richtige Leiter-Querschnitt entscheidend. Aus diesen beiden Parametern ergeben sich die Verluste in den Leitungen. Ein Leiter mit großem Querschnitt führt zu geringen Verlusten (ebenso wie kurze Kabel). Sie sind allerdings teurer als Kabel mit geringerem Querschnitt. Der Installateur ermittelt mit einem Programm den optimalen Kabelquerschnitt.
Auch bei der AC-Verkabelung ist auf den richtigen Querschnitt zu achten. Da die Verluste beim Wechselstromkabel höher ausfallen als beim Gleichstromkabel, sollten die Kabel auf der AC-Seite möglichst kurz sein.
Es empfiehlt sich, zertifizierte Solarkabel zu verwenden. Insbesondere auf der Wechselstromseite bzw. auf dem Dach sind die Kabel starken Witterungsbelastungen ausgesetzt, beispielsweise durch UV-Strahlung, Regen, Schnee und Sturm.

Zähler

Regelleistung von SolarstromanlagenBei vollständiger Netzeinspeisung des Solarstroms, die lange Zeit üblich war, müssen ein Einspeise- und ein Verbrauchszähler installiert sein. Sie sind für die Abrechnung der Einspeisevergütung mit dem Netzbetreiber notwendig.
Wird Solarstrom im Gebäude selbst verbraucht, was seit der EEG-Novelle 2009 gängig ist, benötigt eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage andere Zähler. Der Solarstromzähler misst die erzeugte Solarstrommenge, der Zweirichtungszähler erfasst die eingespeiste und die bezogene Strommenge.

Basis des Monitorings sind Datenlogger. Sie sind entweder Teil des Wechselrichters oder als externe Geräte erhältlich. Datenlogger erfassen Betriebsdaten wie Ströme, Spannungen, Temperaturen, Leistungen und Solarerträge. Die Daten werden anschaulich aufbereitet und zum Beispiel auf Internetportalen zur Verfügung gestellt. Neben dem Monitoring haben sie auch eine Überwachungsfunktion. Registriert der Datenlogger eine Störung, sendet er dem Anlagenbetreiber eine Nachricht, zum Beispiel per E-Mail oder SMS. Seitdem die Eigenversorgung mit Solarstrom in den Vordergrund gerückt ist, integrieren die Anbieter zunehmend Energiemanagement-Funktionen in die Monitoring-Lösungen. So sollen beispielsweise Wetterprognosen dabei helfen, den Eigenverbrauch von Solarstrom zu steigern.

Solarstromspeicher für Solarstromanlagen

Ein Solarstromspeicher (auch Photovoltaik- oder Batteriespeicher genannt) speichert überschüssigen Solarstrom, der nicht im Haushalt oder vom Elektroauto verbraucht wird. Seitdem Solarstrom nach Möglichkeit selbst verbraucht werden soll, werden Batteriespeicher immer mehr zum Bestandteil einer Photovoltaikanlage bzw. dem kompletten System aus PV-Anlage und Speicher. Der selbst erzeugte Strom wird zunächst im Haus verbraucht. Die elektrische Energie, die nicht direkt verbraucht werden kann, wird in den PV-Speicher geleitet. Ist die Speicherkapazität ausgenutzt, wird der überschüssige Strom gegen eine Einspeisevergütung in das öffentliche Netz eingespeist.
Ein Unterscheidungsmerkmal bei PV-Speichersystemen ist die Batterietechnologie. Bei den gängigen Photovoltaik-Speichern sind entweder Lithium-Ionen-Akkus oder Blei-Akkus integriert. Bei letzteren sind die Blei-Säure- und die Blei-Gel-Technologie zu unterscheiden. 2015 kam der erste Hausspeicher mit Redox-Flow-Akkus auf den Markt. Diese Batterie-Technologie wurde zuvor nur bei Industrie-Speicher-Lösungen eingesetzt.

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