Die Bestandteile einer Photovoltaikanlage

Photovoltaikmodule

Photovoltaikmodule werden oft auch als Solarpanele oder Solarmodule bezeichnet. Sie sind das Herzstück einer jeden Anlage und sind für die Stromproduktion verantwortlich. Die momentan üblichen Module bestehen aus monokristallinen Zellen. Sie zeichnen sich durch eine lange Lebenszeit und einen hohen Wirkungsgrad aus.

Monokristalline Zellen bestehen aus Silizium, eines der am häufigsten vorkommenden chemischen Elemente auf der Welt. Typischerweise werden die verschalteten Siliziumzellen von einer Glasplatte auf der Oberseite und einer Rückseitenfolie zum Schutz vor Umwelteinflüssen abgedeckt. Gelegentlich wird anstelle der Rückseitenfolie eine weitere Glasplatte verwendet. Das Ganze wird anschließend mit einem Aluminiumrahmen an den Rändern geschützt.

Glas/Folie

Die typischen Glas/Folie-Module sind in 3 Teile unterteilt: Auf der Vorderseite das Frontglas, in der Mitte die Zellenschicht und auf der Rückseite eine Folienschicht.

Sie sind von der Vorderseite gut gegen Wettereinflüsse geschützt und haben eine Herstellergarantie von bis zu 25 Jahren.

Glas/Glas

Bei den Glas/Glas-Modulen ist statt der hinteren Folie noch eine zweite Glasschicht verbaut, so dass die Zellschicht in der Mitte von beiden Seiten mit Glas geschützt ist. Dies macht Glas-Glas Module robuster gegen Wetterverhältnisse wie Schnee, Regen, Sturm oder Hagel.

Dadurch ist die Herstellergarantie bei Glas-Glas Modulen oft bei 30 Jahre statt nur 25 Jahre wie bei Glas/Folie Modulen. Durch die Doppeltverglasung steigt allerdings auch das Gewicht der Module und die höheren Materialkosten schlagen sich auch im Preis nieder.

Bypass-Dioden

In Photovoltaikmodulen können Probleme wie fehlender Stromfluss in Zellen durch Verschmutzungen oder Verschattungen auftreten, was zu Hot Spots und insgesamt reduzierter Stromproduktion führen kann. Die Bypass-Diode umgeht solche defekten Stellen, verhindert Hot Spots und Leistungseinbußen, indem sie den Stromfluss in die gewünschte Richtung lenkt. Sie ist in modernen Modulen integriert, und in der Regel sind etwa 3-4 Bypass-Dioden pro Modul vorhanden, obwohl auch andere Konfigurationen möglich sind. Ursprünglich waren die Bypass Dioden zur Vermeidung von Schäden an den Modulen durch Hotspots angebracht. Ein positiver Nebeneffekt ist, dass Modulstränge nicht mehr so stark wie früher Schattenanfällig sind. Bevor es Bypass Dioden gab, hat eine Teilverschattung eines Moduls immer den gesamten Strang in seiner Leistung begrenzt. Durch die Bypass Dioden werden die entsprechenden Modulteile überbrückt, sodass sich der Einfluss von einzelnen verschatteten Modulen deutlich reduziert.

Unterkonstruktion

Die Module werden mithilfe der Unterkonstruktion auf dem Dach befestigt. Bei der Montage auf einem Pfannendach werden Dachhaken in regelmäßigen Abständen auf den Sparren des Dachstuhls montiert. Damit die darüberliegenden Dachpfannen anschließend wieder in ihre ursprüngliche Position gebracht werden können, werden sie an den entsprechenden Stellen abgeschliffen. Auf den Dachhaken werden Aluminiumschienen montiert und ausgerichtet. Die Photovoltaikmodule werden dann auf den Schienen befestigt. Hierfür werden Modulklemmen verwendet, die in einer Nut in der Schiene befestigt werden und das Modul am Aluminiumrahmen festklemmen.

Ost-West aufgeständert: Auf Flachdächern ist die üblichste Montagemethode eine Ost-West-Aufständerung bei welcher die die Module auf einer Aluminiumunterkonstruktion mit einem Winkel von 10-15° aufgestellt werden. Hierdurch wird sichergestellt das die Module möglichst von Regen sauber gewaschen werden. Damit die Photovoltaikanlagen bei Stürmen und Böen gesichert sind, wird die Unterkonstruktion mit Betonsteinen beschwert. Hierzu liefern die jeweiligen Hersteller entsprechend Berechnungsprogramme um abhängig vom Gebäude und der Ortslage eine ausreichende Beschwerung sicher zu stellen.

Kabel

Aufgrund der Gegebenheiten wird für die Verbindung der Photovoltaikmodule mit dem Wechselrichter spezielles Photovoltaikkabel verwendet. Dieses Kabel ist besonders witterungsbeständig und gut isoliert.

Die Kabel werden auf dem Dach an der Unterkonstruktion befestigt und an einer Stelle ins Haus geführt. Oft wird ein leerer Kaminschacht als Kabelweg genutzt. Wenn dies nicht möglich ist, werden die Kabel in einem Leerrohr oder einem Kabelkanal bis zum Wechselrichter verlegt.

Wechselrichter

Photovoltaikmodule produzieren Gleichstrom, während unser Stromnetz auf Wechselstrom basiert. Hier kommt der Wechselrichter ins Spiel. An den Wechselrichter werden die Photovoltaikmodule angeschlossen. Er ist auch mit dem Stromnetz verbunden. Wie der Name schon verrät, wandelt der Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom um. Es gibt sogenannte String-Inverter (Wechselrichter) und Hybrid-Inverter. String-Inverter können nur Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. An einen Hybrid-Inverter kann zusätzlich ein Stromspeicher angeschlossen werden. Dieser wird mit überschüssigem Strom geladen und kann ihn bei Bedarf abgeben.

MPP-Tracker

Ein MPP-Tracker, auch bekannt als Maximum Powerpoint Tracker oder MPPT, ist ein Bauteil in modernen Wechselrichtern für Solaranlagen. Diese Gleichstromwandler (DC-DC-Wandler) sind darauf ausgelegt, das optimale Verhältnis zwischen Spannung und Strom zu ermitteln, um die maximale Leistung aus den Solarmodulen zu erzielen. Durch kontinuierliche Überwachung und Optimierung der Leistungsausbeute der Solarmodule gewährleisten MPP-Tracker einen maximalen Energieertrag. Normalerweise sollten nur Solarmodule mit ähnlicher Ausrichtung und Neigung an denselben MPP-Tracker angeschlossen werden, da sonst die Effizienz beeinträchtigt werden könnte.

Energy-Meter

Ein Energy-Meter kann Ihnen helfen zu sehen, wie viel von Ihrem Solarstrom Sie selbst verbrauchen. Das Energy-Meter misst direkt hinter Ihrem Stromzähler, ob gerade Strom bezogen oder eingespeist wird.

Diese Daten werden mithilfe eines Kommunikationskabels an den Wechselrichter übermittelt. Der Wechselrichter berechnet dann intern, wie viel des produzierten Stroms verbraucht wurde. Die Daten werden benötigt, wenn ein Stromspeicher genutzt werden soll.

Moduloptimierer

Leistungsoptimierer verbessern die Effizienz von Solarmodulen, indem sie den optimalen Maximum Power Point (MPP) überwachen und sicherstellen, dass jedes Modul seine maximale Leistung erreicht. Durch Schwankungen in Sonneneinstrahlung und Modultemperatur ändert sich der MPP kontinuierlich. Moduloptimierer, die als DC-DC-Wandler fungieren, werden besonders bei ungleich ausgerichteten Anlagen eingesetzt, um den Gesamtertrag zu steigern.

In manchen Fällen sind sie jedoch auch bei Verschattungen sinnvoll. Sie ermöglichen es, dass jedes Modul sein individuelles Leistungsoptimum erreicht, was insbesondere bei ungleichen Erträgen innerhalb eines Strangs wichtig ist. Dadurch wird verhindert, dass ein leistungsschwächeres Modul die Leistung der gesamten Anlage beeinträchtigt.

Speicher

Basierend auf den Bezugs- bzw. Einspeiseinformationen entscheidet der Wechselrichter, ob der Stromspeicher gerade geladen oder entladen werden muss. Ist die Batterie noch nicht zu 100% vollgeladen und es besteht ein Stromüberschuss, wird geladen. Umgekehrt funktioniert es genauso. Ist noch Energie gespeichert und es wird Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen, wird der Strom aus dem Speicher entnommen.

Ein Stromspeicher dient der kurzfristigen Überbrückung Ihres Strombedarfs. Typischerweise versucht der Speicher, den Strombedarf in den Stunden von Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang abzudecken. Ein Speicher kann jedoch auch tagsüber unterstützen. Wenn beispielsweise die Photovoltaikanlage kurzzeitig von einer Wolke verschattet wird, kann dies ausgleichen werde. Die Speicherkapazität sollte sowohl an die Anlagengröße als auch an Ihren persönlichen Verbrauch angepasst sein. Sprechen Sie uns gerne für eine individuelle Beratung an.

Energiemanagementsystem

Mit einem Energiemanagementsystem können Sie beispielsweise Ihre Wärmepumpe intelligent steuern, damit diese die Heizvorgänge möglichst in Zeiten durchführt, in denen solarer Stromüberschuss vorhanden ist. Es lassen sich jedoch auch smarte Haushaltsgeräte gezielt ansteuern.

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Ausrichtungen

Süd-Dächer

Hier können Anlagenbesitzer mit den höchsten Stromerträgen rechnen. Gerade zur Mittagszeit lassen sich auf Süddächern sehr gute Erträge erzielen. Sie eignen sich besonders gut für Verkaufsanlagen, da hier die höchsten Gewinne zu erwarten sind.

Ost

Die Stromausbeute fällt etwas geringer aus als bei einem Süd-Dach. Ost-Dächer produzieren gerade am Morgen mehr Strom als andere Ausrichtungen und eigenen sich deshalb besonders gut für Frühaufsteher.

West

Die Erträge auf einem West-Dach sind sehr ähnlich zu einem Ost-Dach und sind somit auch etwas schlechter als bei einem Süd-Dach. Der Vorteil eines West-Dachs ist jedoch, dass der Strom nachmittags und in den Abendstunden produziert wird. Für die meisten Menschen genau die Zeit, in der sie am meisten Zuhause sind und den Solarstrom direkt verbrauchen können.

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