Was ist eine PV-Inselanlage?

Off-Grid-Anlage

Eine PV-Inselanlage ist eine Photovoltaikanlage, die autark ist, weil sie nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist. Man ist also völlig unabhängig vom Stromnetz. Man spricht bei einer PV-Inselanlage auch von einem Off-Grid-System. Das englische Wort „Grid“ heißt nichts anderes als „Netz“, so dass Off-Grid (Offgrid) eigentlich nur bedeutet, dass die PV-Anlage nicht mit dem öffentlichen Versorgungsnetz verbunden ist. Es handelt sich also um eine Off-Grid-Anlage. Im Gegensatz dazu ist ein netzgekoppeltes Balkonkraftwerk ein On-Grid-System und somit eine On-Grid-Anlage. Eine autarke PV Anlage hat den Vorteil, dass sie von der EEG-Umlage befreit ist, da es sich, wie gesagt, um eine Off-Grid-Anlage handelt, die nicht am öffentlichen Netz angeschlossen ist. Im Vergleich zu einem netzgekoppelten Balkonkraftwerk hat eine PV-Insel jedoch eine niedrigere Versorgungssicherheit, wenn die Photovoltaikanlage z. B. nicht genug Strom erzeugt und der Speicher leer ist. In so einem Fall kann man nicht auf das öffentliche Stromnetz zurückgreifen.

 

Wann braucht man eine PV-Inselanlage?

Eine autarke PV-Inselanlage ist notwendig, wenn kein Stromnetz zur Verfügung steht, etwa beim Campen, in Berghütten, auf Booten, in Ferienhäusern, in Wohnmobilen, in Gartenhäusern, in Schrebergärten oder aber im Tiny House. Hier wird eine netzunabhängige Stromversorgung benötigt, die eine Solar-Inselanlage ermöglicht.

 

Netzgekoppelte PV-Anlage oder PV-Inselanlage

Wer eine PV-Anlage installieren möchte, muss sich zunächst entscheiden, ob er ein netzgeführtes Balkonkraftwerk oder eine Solar-Inselanlage einbauen möchte. Denn eine netzgeführte Photovoltaikanlage wird nicht automatisch zur PV-Insel, wenn man den Stecker zieht und die Verbindung zum öffentlichen Stromnetz trennt. Eine netzgekoppelte Solaranlage ist so konstruiert, dass sie den produzierten Strom, der über den Eigenverbrauch hinausgeht, ins Netz einspeist. Eine Photovoltaik-Inselanlage dient hingegen ausschließlich dem Eigenverbrauch.

 

Was geschieht, wenn der Eigenverbrauch niedriger ist als der von der PV-Inselanlage erzeugte Strom?

Was passiert mit dem überschüssigen Strom, den man vielleicht am Tag nicht verbraucht, aber nachts benötigt, wenn keine Sonne mehr scheint? Den nicht verbrauchten Strom kann man nicht ins Stromnetz einspeisen. Man muss den Solarstrom speichern. Dazu gibt es einen speziellen Solar-Akku, d. h. eine PV Batterie, die Solarstrom speichern kann. Ein Stromspeicher ist bei einer PV-Inselanlage ein Muss, während er bei einer netzgekoppelten PV-Anlage wahlweise installiert werden kann. Da es sich bei einer PV-Inselanlage um eine Off-Grid-Anlage mit eingebautem Stromspeicher handelt, braucht man zusätzlich einen Laderegler, der eine Überladung und eine Tiefenentladung des Akkumulators verhindert. Der Laderegler ist einerseits mit dem Solarmodul verbunden und andererseits mit der Batterie der PV-Inselanlage.

 

Wechselrichter für die PV-Inselanlage

Da eine Photovoltaik-Inselanlage genau wie die netzgekoppelte Solaranlage nur Gleichstrom produziert, wird ein Wechselrichter benötigt. Man spricht in diesem Fall auch von einem Inselwechselrichter. Er wird benötigt, wenn die Verbraucher nur mit Wechselstrom laufen, was meist der Fall ist.

 

Solarmodul Halterung für Balkonkraftwerk und PV-Inselanlage

Bei der Installation einer PV-Anlage, ob Balkonkraftwerk oder Inselanlage, spielt neben den Solarmodulen und dem Wechselrichter die Halterung für Solarmodule eine wichtige Rolle, da sie für die Stabilität der PV-Anlage sorgt. Je nach Aufstellungsort kann eine Halterung für Balkonkraftwerke auch für PV-Inselanlagen genutzt werden. Daneben gibt es aber auch spezielle Solarmodul Halterungen für die PV-Inselanlage, etwa, wenn man eine Solarmodul Halterung für das Wohnmobil benötigt. Hierzu gibt es verschiedene Wohnmobil Halterungen für Solarmodule. Es hängt also vom Standort ab, welche PV Halterung man wählt.

 

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Was ist Photovoltaik und was ist eine Photovoltaikanlage?

Was bedeutet Photovoltaik?

Der Begriff Photovoltaik, abgekürzt PV, ist heute in aller Munde. In dem Begriff Photovoltaik stecken das griechische Wort für Licht, das aus Photonen besteht, und das Wort Volt. Unter Photovoltaik bzw. PV versteht man die direkte Umwandlung von Licht in elektrischen Strom. Deshalb heißt die Solaranlage auch Photovoltaikanlage oder PV-Anlage. Inzwischen sagt man auch Balkonkraftwerk dazu, obwohl der Begriff Balkonkraftwerk eigentlich eine Mini-Solaranlage meint. Genau genommen ist die Photovoltaikanlage aber nur eine Form der Solaranlage. Denn unter Solaranlage fallen alle technischen Systeme, die die Sonnenenergie nutzen. In der Regel werden Photovoltaikanlage, Solaranlage und Balkonkraftwerk jedoch synonym verwendet.

Wie funktioniert Photovoltaik?

Für Photovoltaik benötigt man Solarzellen, um den photovoltaischen Effekt nutzen zu können, der darin besteht, dass Licht die Elektronen aus ihren Verbindungen lösen kann. Man spricht auch vom photoelektrischen Effekt. Damit hat man aber noch keinen Strom. Die Eigenschaft des Lichts, Elektronen herauszulösen, kann man aber mithilfe von Solarzellen nutzen, die die Hauptkomponente einer PV-Anlage sind, um Strom zu produzieren.

Welche Vorteile hat eine eigene Photovoltaikanlage?

Die Nachfrage nach Balkonkraftwerken ist hoch, weil viele mit einer solchen Anlage etwas für das Klima tun und Strom aus Kohle und Gas sowie Atomstrom reduzieren wollen. Der Klimaschutz ist also ein wichtiger Faktor für die Installation eines Photovoltaikanlage. Gleichzeitig lassen sich mit einer PV-Anlage die Stromkosten senken, was angesichts hoher Energiepreise ein entscheidendes Kriterium ist, sich ein Balkonkraftwerk anzuschaffen. Zahlreiche Gründe sprechen also für eine Photovoltaikanlage. Produziert die Solaranlage so viel Strom, dass die Strommenge über den Eigenbedarf hinausgeht, kann man den überschüssigen Strom sogar ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Mit einer Photovoltaikanlage macht man sich von Stromanbietern unabhängig und wird sein eigener Stromerzeuger, wenn das Balkonkraftwerk genug Solarstrom produziert. Das hängt nicht nur vom Licht ab – je mehr Sonnenlicht, desto mehr Solarstrom wird erzeugt –, sondern auch von der Größe der PV-Anlage. Photovoltaikanlagen, die an das öffentliche Stromnetz gekoppelt sind, werden mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gefördert.

Die wichtigsten Komponenten einer PV-Anlage

Es gibt zahlreiche Anbieter für Photovoltaikanlagen. Eine PV-Anlage besteht aus mehreren Komponenten. Die wichtigste davon sind die Solarpanels, die sich aus einzelnen Solarzellen zusammensetzen. Darüber hinaus benötigt man für ein Balkonkraftwerk einen Wechselrichter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Denn eine Photovoltaikanlage produziert nur Gleichstrom, den wir nicht nutzen können. Um den überschüssigen Solarstrom zu speichern, benötigt man des Weiteren einen Stromspeicher, der auch als Batteriespeicher bezeichnet wird.

Welcher Standort eignet sich für die PV-Anlage?

Wenn man an eine Solaranlage denkt, dann assoziiert man damit meist ein Haus mit einem Dach voller Solarmodule. Man muss jedoch kein eigenes Haus besitzen, um eine Photovoltaikanlage installieren zu können. PV-Anlagen können an den unterschiedlichsten Standorten installiert werden, ob auf dem Schrägdach, dem Flachdach, an der Fassade, auf Freiflächen am Boden oder aber auf Carport und Garage. Auch für den Balkon gibt es eine Photovoltaik-Lösung für das Balkongeländer: das Balkonkraftwerk. Auch wenn der Begriff mittlerweile für alle Arten von PV-Anlagen verwendet wird, ist damit die Mini-Solaranlage für den Balkon gemeint. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, wo man eine PV Anlage montieren kann. Hierzu benötigt man lediglich das passende Befestigungssystem für den gewählten Standort.

 

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Was ist ein Wechselrichter und welche Funktion hat er?

Was macht ein Wechselrichter?

Ein Wechselrichter ist ein spezieller Stromrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Da er Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt, sagt man auch Spannungswandler dazu. Wandelt ein Stromrichter hingegen Wechselstrom in Gleichstrom um, handelt es sich um einen Gleichrichter.

 

Warum benötigt man einen Wechselrichter für PV Anlagen?

Wechselrichter, auch bekannt unter der Bezeichnung Inverter, sind heutzutage sehr gefragt, weil sie neben dem Solarpanel eine wichtige Komponente von Photovoltaikanlagen darstellen. Eine PV-Anlage erzeugt Gleichstrom, der in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Somit braucht jedes Balkonkraftwerk mindestens einen Solar Wechselrichter. Je nach PV-Anlage benötigt man sogar mehrere Wechselrichter für ein und dieselbe Solaranlage. Da sich immer mehr Menschen eine Photovoltaik Anlage anschaffen, um den eigenen Strom auf der Basis von erneuerbarer Energie zu erzeugen, ist die Nachfrage nach Solarmodulen und Wechselrichtern für Balkonkraftwerke gestiegen, genau wie die Zahl der Anbieter für Wechselrichter und Solarmodule zugenommen hat. Aber die wenigsten, die sich für ein Balkonkraftwerk interessieren und über die Anschaffung einer PV Anlage nachdenken, kennen sich mit der Technik aus, die hinter einem Balkonkraftwerk steckt. Welcher technische Laie weiß schon, was ein Modulwechselrichter, ein Strangwechselrichter, ein Zentralwechselrichter oder aber ein Hybrid Wechselrichter ist? Was ist ein 1-Phasen Wechselrichter und ein 3-Phasen Wechselrichter und worin liegt der Unterschied zwischen einphasig und dreiphasig? Und was ist ein netzgeführter Wechselrichter? Welchen Wechselrichter benötigt man für eine PV-Inselanlage? Es tun sich, wie man sieht, viele Fragen auf. Deshalb ist es wichtig, sich genau zu informieren, um den passenden Wechselrichter zu wählen, der den eigenen Anforderungen genügt, was von der PV Anlage abhängt, die man installieren möchte.

 

Welche Wechselrichter gibt es?

Es gibt drei Arten von Wechselrichtern: Modulwechselrichter, Strangwechselrichter und Zentralwechselrichter. Ein Modulwechselrichter, der auch Microwechselrichter oder Solar Microwechselrichter heißt, wird direkt an das Solarpanel angeschlossen und eignet sich für kleine Balkonkraftwerke, während ein Strangwechselrichter an einen ganzen Strang (String) von Solarmodulen angeschlossen wird, die in einer Reihe stehen. Er heißt auch Stringwechselrichter. Will man nicht nur einen, sondern mehrere Strings an einem Wechselrichter befestigen, gibt es den Multistring Wechselrichter. Ein Zentralwechselrichter ist ein Wechselrichter für sehr große PV-Anlagen und ist selbst auch sehr groß. Mit ihm sind alle PV-Module zentral verbunden. Bei einer normalen Photovoltaikanlage greift man entweder auf einen Modulwechselrichter bzw. Microwechselrichter oder einen Stringwechselrichter zurück.

 

Was ist der Wirkungsgrad eines Wechselrichters?

Unter dem Wirkungsgrad versteht man das Verhältnis zwischen dem in den Wechselrichter eingehenden Gleichstrom, den die PV Anlage produziert, und dem ausgehenden Wechselstrom. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters zeigt an, wie effizient der Wechselrichter Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Es geht also um die Frage, wie groß der Wandlungsverlust ist. Man möchte den Verlust natürlich so gering wie möglich halten. Der durchschnittliche Wirkungsgrad liegt zwischen 96 und 98 Prozent. Wechselrichter gibt es mit und ohne Transformator bzw. Trafo, was Einfluss auf den Wirkungsgrad des Wechselrichters hat. Mit Trafo ist der Wirkungsgrad etwas geringer. Der Wechselrichter ist somit genauso entscheidend für den Stromertrag einer Photovoltaikanlage wie das Solarpanel mit den Solarzellen.

 

MPPT Wechselrichter

Solar Wechselrichter haben einen MPP-Tracker (MPPT) integriert. Ein Multistring Wechselrichter besitzt sogar mehrere MPP-Tracker. MPP steht für Maximum Power Point und meint den Punkt, an dem die Photovoltaikanlage ihre maximale Leistung erbringt. Die maximale Leistung der PV-Anlage variiert z. B. aufgrund der sich ändernden Sonneneinstrahlung oder Temperatur. Der MPP-Tracker sorgt dafür, dass das Balkonkraftwerk den äußeren Bedingungen entsprechend durch Anpassung der Spannung immer seine maximale Leistung erbringt.

 

Was macht der Wechselrichter bei Stromausfall?

Eine weitere wichtige Funktion des Wechselrichters ist die Netzüberwachung. Das heißt, er sorgt für die Sicherheit der PV-Anlage. Wenn die Spannung zu sehr von den Vorgaben abweicht, schaltet der Wechselrichter die Photovoltaikanlage ab und trennt sie vom Netz. Das geschieht auch im Falle eines Stromausfalls, denn die Solaranlage soll schließlich keinen Strom in ein defektes Stromnetz einspeisen.

 

Wechselrichter für netzgekoppelte PV Anlage und PV Inselanlage

Ist die Photovoltaikanlage an das öffentliche Stromnetz gekoppelt – man spricht auch von netzgekoppelter PV Anlage –, was für gewöhnlich der Fall ist, benötigt man einen netzgebundenen Wechselrichter, der genau genommen ein Netzeinspeisegerät (NEG) ist. Es gibt aber auch Solaranlagen, die nicht mit dem Stromnetz verbunden sind, weil kein solches vorhanden ist, etwa in einem Wohnmobil oder auf einem Boot. Dann spricht man von einer Solar-Inselanlage oder PV-Insel, für die man keinen Netzwechselrichter, sondern einen Inselwechselrichter braucht.

 

Unabhängig von der Art der Solaranlage und dem verwendeten Wechselrichter stellt der Wechselrichter immer das Herz einer Photovoltaikanlage dar, ob Microwechselrichter, Stringwechselrichter oder Multistring Wechselrichter.

Wer eine Photovoltaikanlage installieren möchte, muss sich nicht nur Gedanken darüber machen, welche Solarmodule und Wechselrichter er wählt, sondern auch, wie er die PV-Anlage sicher befestigen kann. Es gibt spezielle Solarmodul-Halterungen, sogenannte Aufständerungen und Aufsteller sowie Balkonhalterungen für Balkonkraftwerke. Bevor man sich für ein Befestigungssystem für seine Solaranlage entscheidet, sollte man sich genau informieren, welche Befestigungsmöglichkeit am besten geeignet ist. Das hängt von mehreren individuellen Faktoren ab, wie z. B. vom Standort der PV-Anlage und der Ausrichtung zur Sonne.

Wird eine Aufständerung benötigt, mit der man den Neigungswinkel der Photovoltaikanlage individuell einstellen kann, dann gibt es dafür zwei einfache Lösungen. Zum einen gibt es Aufständerungen bzw. Aufsteller, die aus Montagedreiecken bestehen, deren Winkel man einstellen kann. Jedes Montagedreieck besteht aus drei Winkelprofilen mit Löchern, so dass man die Profile nach Bedarf verstellen und den benötigten Winkel einstellen kann. Hierbei ist es wichtig darauf zu achten, dass die Länge der Profile zur Größe des Solarpanels passt. Ein Profil wird direkt am Rahmen des Solarmoduls befestigt, während das andere Profil mit der Unterlage verschraubt wird. Mit dem dritten Profil stellt man den Neigungswinkel ein. Aufständerungen, die aus Montagedreiecken mit Profilen bestehen, sind sehr beliebt, um PV-Anlagen zu befestigen. Eine zweite einfache Möglichkeit, Solarmodule mit Neigungswinkel aufzuständern, ist eine Aufständerung, die aus zwei kurzen und zwei langen Stützen bzw. Konsolen besteht, an denen Winkel befestigt sind. Dabei werden die kurzen Stützen unten am Rahmen des Solarpanels befestigt und die langen Stützen oben am Solarmodulrahmen. Die langen Stützen der Aufständerung haben eine aus einem Profil bestehende ausziehbare Schiene, mit der sich die Länge der langen Stützen einstellen lässt. Bei einer Aufständerung, die aus kurzen und langen Stützen besteht, muss man nicht wie beim Montagedreieck auf die Größe des Solarmoduls achten.

Bei einem Balkonkraftwerk, also einer Mini-PV-Anlage, die am Balkongeländer befestigt wird, braucht man eine ganz spezielle Balkonhalterung. Eine Balkonhalterung besteht zum einen aus mehreren Haken, die oben am Rahmen des Solarmoduls montiert und am Balkongeländer eingehängt und sicher befestigt werden. Zum anderen werden die Balkonmodule unten am Solarmodulrahmen mit einem Profil bzw. mit einer Schiene am Balkongeländer befestigt, die zunächst am Geländer montiert werden muss. Will man außerdem einen Neigungswinkel einstellen, kann man z. B. lange Stützen verwenden, die am Solarmodul und an der Schiene befestigt werden. Mit ihnen kann man den gewünschten Winkel einstellen.

Am einfachsten ist es, auf fertige Montagesets zurückzugreifen, um eine Photovoltaikanlage zu befestigen. Damit spart man viel Zeit, denn die Montagesets enthalten in der Regel auch alle Schrauben, die für die Montage der PV-Anlage benötigt werden. Man muss sich die Einzelteile nicht mühselig zusammensuchen.

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Dünnschicht Solarmodule bestehen aus Dünnschicht Solarzellen, die wir schon lange in unserem Alltag nutzen. Denn sie sind so dünn und leicht, dass sie in Geräte eingebaut werden und diese mit Energie versorgen können. Jeder kennt beispielsweise Solar-Taschenrechner, die auch ohne direkte Sonneneinstrahlung in Innenräumen funktionieren, da sie nicht viel Energie benötigen. Im Falle des Taschenrechners spricht man natürlich nicht von einem Dünnschicht Solarmodul, aber das Prinzip ist dasselbe wie das eines Dünnschicht Solarpanels einer Photovoltaikanlage.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es?
Es gibt drei Typen von Solarpanels, die in PV-Anlagen verbaut werden: monokristalline Solarmodule, polykristalline Solarmodule und Dünnschicht Solarmodule. Alle Solarpanels sind ganz ähnlich aufgebaut. Allerdings gibt es Unterschiede in der Art der Herstellung. Monokristalline Solarmodule werden aus einem einzigen Kristall hergestellt, der aus reinem Silizium besteht. Aufgrund dessen weisen die Solarzellen monokristalliner Solarmodule eine homogene kristalline Struktur auf, was zu einer höheren Effizienz beiträgt. Ihre Herstellung ist aufwendig. Polykristalline Solarmodule bestehen zwar auch aus Silizium, aber das Silizium wird zunächst geschmolzen und in Form gegossen. Beim Abkühlen bilden sich Kristalle verschiedener Größe und Ausrichtung. Dadurch unterscheiden sich monokristalline und polykristalline Solarmodule jedoch nicht nur optisch voneinander. Polykristalline Solarmodule sind weniger effizient, d. h., sie haben einen geringeren Wirkungsgrad. Die dritte Art von Solarpanels sind Dünnschichtmodule. Dünnschicht Solarmodule sind, wie der Name schon sagt, besonders dünn. Ihre Herstellung unterscheidet sich grundlegend von der Herstellung monokristalliner und polykristalliner Solarmodule.

Typen von Dünnschicht Solarmodulen
Dünnschicht Solarmodule können unterschiedlich hergestellt werden. Man unterscheidet drei Typen von Dünnschichtmodulen. Es gibt Dünnschicht PV Module aus amorphem Silizium (a-Si). Dabei handelt es sich um reines Silizium in nichtkristalliner Form. Ein weiterer Typ sind Dünnschicht Solarmodule aus Cadmiumtellurid (CdTe). Die dritte Art sind Dünnschicht Solarmodule aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Man bezeichnet Dünnschicht PV Module aus diesem Material auch als CIGS-Module. Bei allen drei Typen wird das Material besonders dünn auf ein Trägermaterial aufgetragen. Dünnschicht Solarmodule sind daher leicht und flexibel.

Vorteile von Dünnschicht Solarmodulen
Da bei der Herstellung von Dünnschichtmodulen viel weniger Material verbraucht wird, sind sie deutlich günstiger als kristalline Solarmodule. Sie sind außerdem leicht und flexibel. Zudem sind sie weniger temperaturempfindlich und heizen sich weniger stark auf als monokristalline oder polykristalline Solarmodule. Ein weiterer Vorteil ist ihr besseres Schwachlichtverhalten. Das heißt, der Leistungsverlust bei Schwachlicht fällt geringer aus als bei mono- und polykristallinen Solarpanels. Auch mit teilweiser Verschattung ist der Leistungsverlust bei Dünnschicht Solarmodulen nicht so gravierend wie bei kristallinen Modulen. Eine Verschattung einzelner Bereiche hat weniger Einfluss auf die Gesamtleistung des Solarpanels. Das Schwachlichtverhalten kann aber von Dünnschichtmodul zu Dünnschichtmodul variieren.

Nachteile von Dünnschicht Solarmodulen
Ein Dünnschicht Solarmodul hat einen geringeren Wirkungsgrad. Den besten Wirkungsgrad haben monokristalline Solarmodule, gefolgt von polykristallinen Solarmodulen. Man benötigt außerdem aufgrund der geringeren Effizienz von Dünnschichtmodulen viel mehr Fläche. Dünnschicht Solarmodule sind außerdem nicht mit allen Wechselrichtern kompatibel.

Montage von Dünnschichtmodulen
Da Dünnschicht Solarmodule keinen Rahmen haben, an dem man eine Solarpanel Halterung direkt befestigen kann, benötigt man spezielles Montagezubehör für Dünnschicht Solarmodule. Es gibt Klemmen für Dünnschicht Solarmodule, um die Module nicht zu beschädigen. Solche Klemmen heißen auch Laminatklemmen, da man bei Dünnschicht Solarmodulen auch von Laminatmodulen spricht.

Wo werden Dünnschicht Solarmodule verwendet?
Dünnschicht Solarmodule sind eine gute Lösung für Dächer mit geringer Traglast. Sie eignen sich darüber hinaus gut für Fassaden und für große Flächen. Aufgrund ihres Schwachlichtverhaltens lassen sie sich gut an Orten mit schwachem Lichteinfall einsetzen. Sie können diffuses Licht besser nutzen als kristalline Solarmodule.