Was bedeutet VDE-AR-N 4105 bei einem Wechselrichter?

Norm des Wechselrichters eines Balkonkraftwerks

Ein Wechselrichter muss die VDE-AR-N 4105:2018-11 erfüllen. Doch nicht jeder Wechselrichter entspricht dieser Norm, was dazu führt, dass eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage nicht in Betrieb genommen werden darf. Denn man muss bei der Anmeldung der PV-Anlage nachweisen, dass die VDE-AR-N 4105 erfüllt wird. Aber was genau ist die VDE-AR-N 4105?

 

Was macht ein PV-Wechselrichter?

Wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um

Ein PV Wechselrichter gehört zu den wichtigsten Komponenten eines Balkonkraftwerks. Denn Solarmodule produzieren zwar Solarstrom, können diesen aber nicht nutzbar machen. Es handelt sich nämlich nur um Gleichstrom, den Solarzellen erzeugen. Wir aber nutzen Wechselstrom. Deshalb kommt der Wechselrichter ins Spiel, der den von den Solarmodulen produzierten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.

MPP-Tracking

Aber der Wechselrichter eines Balkonkraftwerks hat noch eine andere wichtige Aufgabe, und zwar das MPP-Tracking. MPP, das für Maximum Power Point steht, bezeichnet den Punkt, an dem eine Solaranlage ihre höchste Leistung erbringt. Diese hängt von Sonneneinstrahlung und Temperatur ab. Ein Solar Wechselrichter hat einen eingebauten MPP-Tracker, mit dem er durch Anpassung der Spannung dafür sorgt, dass die Photovoltaikanlage immer ihre maximale Leistung erbringt. Der Wechselrichter hat also die Funktion der Regulierung des Balkonkraftwerks.

Sorgt für Sicherheit der PV-Anlage

Zu den wichtigen Funktionen des Wechselrichters eines Balkonkraftwerks gehört auch die Überwachung des Netzes und die Trennung der PV-Anlage vom Stromnetz, falls die Spannung zu stark von den vorgegebenen Werten abweicht oder ein Defekt im Stromnetz vorliegt. Das geschieht über den im Wechselrichter integrierten NA-Schutz (Netz- und Anlagenschutz). Er misst die Netzspannung und schaltet die Photovoltaikanlage notfalls ab.

Da der Solar-Wechselrichter unter anderem für die Sicherheit der PV-Anlage sorgt, ist nachvollziehbar, dass ein Wechselrichter einer bestimmten Norm entsprechen muss. Das bedeutet, dass er bestimmte technische Anforderungen erfüllen muss, die in der Anwendungsregel VDE-AR-N 4105:2018-11 zusammengefasst sind. Sie gilt für Erzeugungsanlagen, die an das öffentliche Netz angeschlossen sind. Somit gilt sie für netzgekoppelte Balkonkraftwerke, die man auch als On-Grid-Anlagen bezeichnet. Bei der VDE-AR-N 4105:2018-11 geht es um Erzeugungsanlagen, die an das Niederspannungsnetz angeschlossen werden. Da netzgekoppelte Photovoltaikanlagen mit dem Niederspannungsnetz verbunden werden und anmeldepflichtig sind, unterliegen sie folglich der VDE-AR-N 4105. Zu den wichtigsten Anforderungen der VDE-AR-N 4105 gehört der Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz). Somit muss der Wechselrichter einer netzgekoppelten PV-Anlage die Anforderungen der VDE-AR-N 4105: 2018-11 unbedingt erfüllen, ob es sich nun um einen Mikrowechselrichter, einen Stringwechselrichter, einen Hybridwechselrichter oder einen Zentralwechselrichter handelt.

 

Bei der Anschaffung eines PV Wechselrichters sollte also genau darauf geachtet werden, dass er die VDE-AR-N 4105:2018-11 erfüllt. Andernfalls darf man eine Photovoltaikanlage nicht in Betrieb nehmen, sofern es sich nicht um eine autarke PV-Inselanlage handelt. Das bedeutet natürlich nicht, dass bei einer PV-Inselanlage Sicherheit keine Rolle spielt. Vielmehr geht es darum, dass sie nicht unter die VDE-AR-N 4105:2018-11 fällt.

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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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. 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 und Solaranlage jedoch synonym verwendet.

Aber 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.

Die Nachfrage nach Photovoltaikanlagen 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 einer Photovoltaikanlage. Gleichzeitig lassen sich mit einer PV-Anlage die Stromkosten senken, was angesichts hoher Energiepreise ein entscheidendes Kriterium ist, sich eine Photovoltaikanlage 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 die Solaranlage 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.

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 eine Photovoltaikanlage 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.

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. Photovoltaikanlagen 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 sogenannte Balkonkraftwerk. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, wo man eine Solaranlage montieren kann. Hierzu benötigt man lediglich das passende Befestigungssystem für den gewählten Standort.

Bei Sonnenenergie, die auch als Solarenergie bezeichnet wird, handelt es sich um Energie der elektromagnetischen Sonnenstrahlung. Um die Solarenergie als elektrischen Strom, als Wärme oder als chemische Energie nutzen zu können, bedarf es technischer Lösungen. Zum Beispiel muss die Solarenergie in für den Menschen nutzbaren elektrischen Strom umgewandelt werden. Hierbei geht es darum, die Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie umzuwandeln. Dies geschieht mittels Solarzellen. Solange Licht auf die Solarzelle fällt, produziert sie Strom. Je mehr Solarzellen man verwendet, d. h., je größer die Photovoltaikanlage ist, und je mehr Licht vorhanden ist, desto mehr Solarstrom kann produziert werden.

Fossile Brennstoffe wie Kohle und Gas, aus denen fossile Energie gewonnen wird, sind begrenzt vorhanden und daher irgendwann aufgebraucht. Sie benötigen Millionen von Jahren, um sich zu erneuern. Bei der Verbrennung dieser fossilen Energieträger zur Stromerzeugung wird zudem viel CO2 in die Luft ausgestoßen, das die Hauptursache für den Klimawandel ist. Solarenergie ist saubere Energie. Gegenüber anderen Energien hat Sonnenenergie zudem den Vorteil, dass sie keine Zeit braucht, um sich zu regenerieren. Die Sonne ist eine unerschöpfliche Energiequelle, die man nicht aufbrauchen kann. Somit zählt Sonnenenergie zu den erneuerbaren Energien wie Windenergie oder Wasserkraft. Sie ist das ganze Jahr über verfügbar, auch wenn im Winter die Anzahl der Sonnenstunden sinkt. Für die Energiewende, wozu der Ausbau erneuerbarer Energien zählt, ist Solarenergie unverzichtbar, wenn der Kohleausstieg und der Atomausstieg gelingen sollen.

Im Gegensatz zu Windenergie hat Solarenergie den Vorteil, dass sich mehr Menschen an der Produktion von Solarstrom beteiligen können, da die Stromgewinnung aus Solarenergie mit viel weniger Aufwand betrieben werden kann. Man kann sich nicht einfach sein eigenes Windrad in den Garten stellen. Eine Photovoltaikanlage lässt hingegen viel Spielraum dafür, welche Größe sie haben soll und wo man sie installiert. Selbst auf dem eigenen Balkon ist es möglich, mithilfe eines Balkonkraftwerks Solarstrom zu produzieren. Jeder kann folglich aus Solarenergie Strom gewinnen und diesen nicht nur für den Eigenverbrauch nutzen, sondern ins öffentliche Stromnetz einspeisen.

Solarzellen sind kleine Kraftwerke, deren Energiequelle unerschöpflich ist. Mit ihnen lässt sich elektrischer Strom produzieren. Aber wie funktioniert eine Solarzelle in einer Photovoltaikanlage genau? Was passiert in einer Solarzelle?

Eine Solarzelle besteht aus zwei Schichten Silizium. Silizium ist ein sogenannter Halbleiter, den man aus Quarzsand gewinnt. Leitfähig wird ein Halbleiter erst durch die Zufuhr von Licht oder Wärme. Beides liefert die Sonne.

Silizium-Atome haben an der Außenhülle vier negativ geladene Elektronen. Die Silizium-Atome verbinden sich über ihre vier Außenelektronen miteinander und bilden ein Gitter. Es ist allerdings möglich, einzelne Silizium-Atome aus diesem Gitter herauszunehmen und durch fremde Atome zu ersetzen. Fügt man ein Fremdatom hinzu, das mehr Außenelektronen besitzt als das Silizium-Atom, dann erhält man einen Überschuss an Elektronen des Fremdatoms, die kein Elektron des Silizium-Atoms finden, um sich damit zu verbinden. Fügt man beispielsweise dem Silizium Phosphor hinzu, das fünf Elektronen besitzt, dann bleibt bei der Verbindung zwischen einem Silizium-Atom mit seinen vier Elektronen und einem Phosphor-Atom mit seinen fünf Elektronen ein Elektron frei. Dadurch entsteht eine negative Ladung. Umgekehrt kann man dem Silizium einen Stoff hinzufügen, dessen Atom weniger Elektronen besitzt als das Silizium. Bor hat z. B. nur drei Elektronen. Dadurch bleibt ein Elektron des Silizium-Atoms ohne Verbindung, so dass in dem Gitter frei bewegliche Elektronenlöcher entstehen, die positiv geladen sind.

Das Hinzufügen von Fremdatomen in eine Schicht – in diesem Fall in eine Silizium-Schicht – nennt man dotieren. Fügt man der Silizium-Schicht der Solarzelle Phosphor hinzu, das mehr Elektronen besitzt, dann ist die Silizium-Schicht n-dotiert. Man spricht auch von n-Schicht, die negativ geladen ist, weil ein Überschuss an negativ geladenen Elektronen vorherrscht. Haben hingegen die Fremdatome wie bei Bor weniger Elektronen, die der Silizium-Schicht hinzugefügt werden, führt das zu einer positiven Ladung. Dann ist die Silizium-Schicht p-dotiert und man spricht von p-Schicht.

Da das Bor-Atom aus der einen Silizium-Schicht der Solarzelle ein Elektron zu wenig hat, um sich mit dem Silizium zu verbinden, und das Phosphor-Atom aus der anderen Schicht ein Elektron zu viel hat, fließen die überschüssigen Elektronen der Phosphor-Atome zu den freien Plätzen der Bor-Atome, die in Verbindung mit Silizium immer vier Elektronen brauchen. Das passiert schon bei Zimmertemperatur. Auf diese Weise entsteht in der n-Schicht mit dem Phosphor eine positive Ladung, weil an der Stelle, wo das abgewanderte Elektron war, eine positive Ladung zurückbleibt. Umgekehrt lädt sich die p-Schicht mit dem Bor negativ auf, weil die Löcher von Elektronen besetzt werden. Dieser Austausch erfolgt an der Kontaktfläche zwischen n-Schicht und p-Schicht. Dieser Bereich heißt p-n-Übergang. Man sagt auch Grenzschicht, Sperrschicht oder Raumladungszone dazu. Das heißt, innerhalb dieser Grenzschicht ist die n-Schicht positiv geladen und die p-Schicht negativ geladen.

Nun kommt das Entscheidende: Trifft Sonnenlicht, das aus Photonen besteht, auf die Solarzelle, dann lösen die Photonen die Elektronen der Fremdatome innerhalb der Grenzschicht aus ihren Bindungen heraus, so dass diese sich frei bewegen können. Das nennt man den photovoltaischen Effekt. Durch das elektrische Feld werden die freien Elektronen zu der positiv geladenen n-Schicht mit dem Phosphor hingezogen, die sich oben auf der Solarzelle befindet. Die positiv geladenen Löcher wandern hingegen nach unten in die negativ geladene p-Schicht mit dem Bor. Die Elektronen wandern also nach oben, die Löcher wandern nach unten, weil sich entgegengesetzte Ladungen immer anziehen. Das heißt, es kommt zu einer Ladungstrennung und somit zu einer Spannung, weil nun ein Ungleichgewicht zwischen oberer und unterer Schicht herrscht. Um daraus elektrischen Strom zu gewinnen, muss man die freien Elektronen dazu bringen, in die gleiche Richtung zu fließen. Das erreicht man, indem man an der Ober- und Unterseite der Solarzelle Metallplättchen anbringt und diese über ein Kabel miteinander verbindet. Die Elektronen können durch das Kabel von der n-Schicht wieder in die p-Schicht fließen, so dass der Vorgang wieder von Neuem beginnen kann. Solange Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, ist dieser Vorgang unendlich wiederholbar.

Verbindet man nun das Kabel mit einem Verbraucher von Strom, beispielsweise mit einer Glühbirne, dann bringen die Elektronen, die durch das Kabel fließen, die Glühbirne zum Leuchten und fließen danach wieder in die Solarzelle, so dass ein geschlossener Kreislauf entsteht. Was hier fließt, nennt sich Gleichstrom, weil der elektrische Strom, also die Elektronen, immer in die gleiche Richtung fließt. Wir benötigen aber nicht nur Gleichstrom, sondern vor allem Wechselstrom. Mit einem Wechselrichter kann man den von den Solarzellen produzierten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln.

Unsere Energieversorgung erfolgt in Form von Wechselstrom. Eine Solarzelle bzw. eine Photovoltaikanlage kann aber nur Gleichstrom produzieren, bei dem die elektrisch geladenen Teilchen in eine Richtung fließen und die Bewegungsrichtung nicht wechseln können. Die physikalische Stromrichtung ist hierbei vom Minuspol zum Pluspol, weil die Elektronen vom Pluspol angezogen werden. Früher dachte man allerdings, dass der Strom vom Pluspol zum Minuspol fließt. Und obwohl man später erkannte, dass diese Annahme falsch ist, blieb man bei der Angabe. Man spricht dann von technischer Stromrichtung. Wenn also heute von Stromrichtung die Rede ist, dann ist die technische Stromrichtung gemeint und nicht die physikalische. Die Spannung ist bei Gleichstrom genau wie die Stromrichtung immer konstant, so dass man von Gleichspannung spricht.

Aus unseren Steckdosen kommt kein Gleichstrom, sondern Wechselstrom, so dass man mit dem elektrischen Strom, den die Solaranlage produziert, zunächst einmal nicht viel anfangen kann. Es gibt keine PV-Anlage, die ohne Wechselrichter in der Lage wäre, Wechselstrom zu erzeugen. Aber was ist der Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom? Bei Wechselstrom ändert der Strom in periodischen Abständen seine Fließrichtung. Man nennt ihn auch sinusförmigen Wechselstrom. Die Anzahl des Wechsels der Stromrichtung pro Sekunde gibt man in Hertz (Hz) an. Das ist die Frequenz und beträgt in Europa 50 Hz. Das heißt, dass der Strom 50 Mal in die eine und 50 Mal in die andere Richtung fließt. Gleichstrom fließt hingegen immer in eine Richtung.

Gegenüber Gleichstrom hat Wechselstrom den Vorteil, dass er über weite Entfernungen besser übertragen werden kann. Die Übertragung von elektrischem Strom über Leitungen ist immer mit Verlusten verbunden, weil eine Leitung auch einen Widerstand hat. Dadurch geht elektrische Energie verloren. Bei Wechselstrom ist dieser Verlust geringer als bei Gleichstrom.

Manche elektrischen Geräte benötigen Gleichstrom und einige Wechselstrom. Batterien und Akkus beispielsweise brauchen während des Ladevorgangs Gleichstrom. Das bedeutet, dass alle akkubetriebenen Geräte Gleichstrom benötigen, wie etwa Smartphone oder Laptop. Hierbei stellt sich natürlich die Frage, wie man ein Smartphone, das Gleichstrom benötigt, an einer Steckdose aufladen kann, aus der Wechselstrom kommt. Das funktioniert mithilfe eines Gleichrichters, der im Netzteil eingebaut ist und den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

Dies geht aber auch umgekehrt. Wenn man Gleichstrom hat, aber Wechselstrom benötigt, kann man den Gleichstrom mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umwandeln. Ein Wechselrichter ist ein Stromrichter, der Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt. Es handelt sich folglich um einen Spannungswandler. Deshalb ist ein Wechselrichter bei einer Photovoltaikanlage unverzichtbar. Denn die Solarzellen der Photovoltaikanlage produzieren, wie gesagt, nur Gleichstrom, der mithilfe des Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Ein Wechselrichter ist also unbedingt notwendig und gehört zur Solaranlage dazu. Die wichtigsten Bestandteile einer Photovoltaikanlage sind daher die Solarpanels und der Wechselrichter. Solarmodule ohne Wechselrichter wären nutzlos.

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.

Was ist ein Mikrowechselrichter?

Was ist der Unterschied zwischen einem Mikrowechselrichter und einem Strangwechselrichter?

Der Mikrowechselrichter, auch unter der Bezeichnung Modulwechselrichter oder PV Mikroinverter bekannt, wird direkt am Solarmodul bzw. Solarpanel angeschlossen. Das bedeutet, dass jedes Solarmodul des Balkonkraftwerks seinen eigenen Mikrowechselrichter hat und sich nicht wie bei einem Strangwechselrichter mit anderen Solarmodulen einen PV Wechselrichter teilt. Ein Mikrowechselrichter wandelt also nur den Strom eines einzigen Solarpanels in Wechselstrom um, während ein einzelner Strangwechselrichter den Strom mehrerer PV-Module umwandelt. Somit hängt die Anzahl der benötigten Mikrowechselrichter von der Anzahl der Solarmodule des Balkonkraftwerks ab.

 

Was sind die Vorteile des Mikrowechselrichters?

Balkonkraftwerk ist problemlos erweiterbar

Ein Modulwechselrichter hat gegenüber einem Strangwechselrichter, der auch Stringwechselrichter heißt, mehrere Vorteile. Eine PV-Anlage mit Mikrowechselrichtern lässt sich problemlos erweitern. Man kann die Solaranlage durch weitere Solarmodule ergänzen, ohne auf die Leistung der bereits installierten Solarpanels achten zu müssen. Verwendet man hingegen nur einen einzigen Wechselrichter für einen ganzen Strang bzw. String, d. h. für eine Solarmodul-Reihe, ist das nicht so einfach möglich. Ein weiter Vorteil des Mikrowechselrichters: Fällt er einmal aus, führt das nicht zum Ausfall der ganzen Photovoltaikanlage. Das heißt, alle Solarpanels des Balkonkraftwerks mit intaktem Mikrowechselrichter arbeiten normal weiter.

Ertragsverlust der PV-Anlage wird auf ein Minimum reduziert

Da ein Mikrowechselrichter nur ein Solarmodul steuert, kann er den Maximum Power Point (MPP) eines Moduls mithilfe seines integrierten MPP-Trackers (MPPT) genau ermitteln. Damit ist der Punkt gemeint, an dem die Photovoltaikanlage ihre Maximalleistung erbringt Ein Strangwechselrichter kann das mit seinem MPP-Tracker nicht, weil er mehrere Solarpanels steuert und nur den MMP des gesamten Strangs ermitteln kann. Mit PV Mikrowechselrichtern kann man folglich aus jedem einzelnen Solarmodul die maximale Leistung und den höchstmöglichen Ertrag erzielen. Das ist wichtig, wenn die installierten Solarpanels des Balkonkraftwerks unterschiedlich ausgerichtet sind und das eine Solarmodul mehr und das andere weniger Sonnenstrahlen abbekommt oder verschattet ist. Verluste durch Verschattung werden mit Modulwechselrichtern deutlich reduziert. Darüber hinaus ändert sich die Sonneneinstrahlung im Laufe des Tages. Die äußeren Gegebenheiten wie Lichtverhältnisse sind für ein und dasselbe Solarpanel also nie konstant. Schlechte Bedingungen eines Solarmoduls beeinflussen nicht die Arbeit der anderen Solarmodule. Mikrowechselrichter können den Ertragsverlust der PV-Anlage somit auf ein Minimum reduzieren.

Mehr Flexibilität bei der Installation des Balkonkraftwerks

Mikrowechselrichter ermöglichen mehr Flexibilität bei der Installation einer Photovoltaikanlage. Man kann jedes Solarmodul individuell ausrichten. Die Solarmodule müssen nicht im gleichen Winkel und nebeneinander in einer Reihe stehen. Eine PV-Anlage, die auf Modulwechselrichtern basiert, ist daher einfacher zu planen, was z. B. den Aspekt der Verschattung angeht.

Höhere Sicherheit

Ein weiterer Vorteil von Modulwechselrichtern ist die höhere Sicherheit gegenüber Stringwechselrichtern. Denn die Spannung eines einzelnen PV-Moduls beträgt maximal 60 V. Sind jedoch mehrere Solarmodule über einen Strang miteinander verbunden, entsteht eine gefährlich hohe Spannung.

 

Es spricht also vieles dafür, die PV Anlage mit Mikrowechselrichtern auszustatten. Jedoch ist das nur bis zu einer gewissen Größe des Balkonkraftwerks zu empfehlen. Ab einer bestimmten Anzahl an PV-Modulen ist ein Strangwechselrichter sinnvoller.

Welcher Wechselrichter passt zum Solarmodul meines Balkonkraftwerks?

Die richtige Kombination für den besten Ertrag des Balkonkraftwerks

Wer eine Photovoltaikanlage installieren möchte, sollte sich vorab ein Basiswissen über Balkonkraftwerke aneignen, bevor er sich die einzelnen Komponenten einer PV Anlage kauft. Denn nicht jeder Wechselrichter passt zu jedem Solarmodul und ist damit kompatibel. Wechselrichter und Solarmodule stellen die Hauptkomponenten der Photovoltaikanlage dar und müssen aufeinander abgestimmt sein. Das ist nicht immer einfach, weil es so viele verschiedene Solarmodule mit unterschiedlichen Eigenschaften und Leistungen auf dem Markt gibt. Es geht nicht allein darum, sich zwischen monokristallinem und polykristallinem oder zwischen starrem und flexiblem Solarmodul zu entscheiden. Viel wichtiger sind andere Faktoren wie die technischen Eigenschaften von Solarmodulen. Erst die ideale Kombination aus Solarpanel und Wechselrichter ergibt den besten Ertrag eines Balkonkraftwerks.

 

Wie wähle ich den richtigen Wechselrichter für mein Balkonkraftwerk aus?

Die Peakleistung des Solarmoduls in Watt

Um diese Frage zu beantworten, muss man zunächst die technischen Daten des Solarmoduls im Einzelnen kennen. Diese befinden sich auf der Rückseite des PV Moduls. Die erste und wichtigste Angabe ist die Peak Power. Die sogenannte Peakleistung ist die Spitzenleistung eines Solarpanels unter standardisierten Bedingungen, die auf jedem PV Modul angegeben sind. Sie wird in Kilowatt-Peak (kWp) bzw. Watt (W) angegeben. Bei einem Solarmodul mit einer Leistung von 300 Watt bedeutet das, dass das Modul eine maximale Leistung von 300 Watt hat. Doch in der Realität wird das Solarmodul niemals so viel Strom produzieren können, weil diese Leistung nur unter Testbedingungen entstanden ist. Das Solarmodul liefert in der Praxis weit unter 300 Watt. Deshalb wählt man in der Regel für das Balkonkraftwerk Solarmodule mit einer höheren Leistung als benötigt aus. Nimmt man z. B. einen Wechselrichter wie den Deye SUN600G3-EU-230 mit einer maximalen Ausgangsleistung von 600 Watt, an den zwei Solarmodule angeschlossen werden können, dann kann man Module mit einer Leistung von jeweils 400 Watt wählen. Zusammen ergeben die beiden Solarpanels zwar eine Leistung von 800 Watt, aber die PV Module werden niemals auf diese 800 Watt kommen. Die Leistung der Solarmodule wird weit darunter liegen, weil in der Realität keine Idealbedingungen herrschen und die Sonne beispielsweise nicht dauerhaft im richtigen Winkel auf die Solarmodule fällt oder die Außentemperatur nicht konstant ist. Die maximal zulässige Leistung der Solarmodule ist bei jedem Wechselrichter angegeben. Wenn man sich an die Angaben hält, kann man nicht viel falsch machen, weil der Wechselrichter seine maximale Ausgangsleistung nicht überschreiten kann. Der Wechselrichter aus dem Beispiel kann maximal 600 Watt Strom liefern.

Ausgangsspannung und Ausgangsstrom des Solarpanels

Allerdings reicht es bei der Planung eines Balkonkraftwerks nicht aus, nur die Leistung des Solarpanels in Watt zu kennen. Denn die Wattzahl wird durch Multiplikation der Spannung in Volt mit dem Strom in Ampere berechnet. Das heißt, die elektrische Leistung ist immer das Produkt aus Spannung mal Strom. Die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom können bei den Solarmodulen variieren, auch wenn sie die gleiche Leistung in Watt haben. Ein Solarmodul mit 300 Watt kann z. B. eine maximale Ausgangsspannung von 32,75 V und einen maximalen Ausgangsstrom von 9,16 A haben. Multipliziert man beide Werte, ergibt das 300 Watt. Ein anderes Solarmodul mit der gleichen Leistung von 300 Watt hat eine Ausgangsspannung von 29,25 V und einen Ausgangsstrom von 10,25 A. Der Wechselrichter, den man wählt, muss sowohl die Spannung als auch den Strom des Solarmoduls der PV-Anlage verarbeiten können. Er muss, was diese technischen Daten angeht, zu dem Modul passen. Das heißt, die auf dem Modul angegebene Spannung muss im Spannungsbereich des Wechselrichters liegen. Das Gleiche gilt für den Strom. Oftmals entstehen Fehler bei der Installation von Balkonkraftwerken, weil man nicht auf diese technischen Details achtet. Dann wird ein Defekt des Wechselrichters vermutet, obwohl die Ursache darin liegt, dass Wechselrichter und Solarmodul nicht aufeinander abgestimmt wurden.

Was ist ein Balkonkraftwerk?

Ein Balkonkraftwerk ist eine Mini-Solaranlage

Der Begriff Balkonkraftwerk wird oftmals als Synonym für PV-Anlage verwendet. Das ist aber nicht ganz richtig. Jedes Balkonkraftwerk ist immer auch eine Photovoltaikanlage, aber nicht jede PV-Anlage ist ein Balkonkraftwerk. Ein Balkonkraftwerk ist eine kleine Photovoltaikanlage, d. h. eine sogenannte Mini-PV-Anlage. Es handelt sich um eine Solaranlage, die kleiner ist als eine herkömmliche PV-Anlage. Man spricht auch von Stecker-Solaranlage, Plug-and-Play-Solaranlage oder Guerilla-PV-Anlage. Der Vorteil eines Balkonkraftwerks ist die einfache Installation und Wartung. Es benötigt zudem weniger Platz als eine gewöhnliche Photovoltaikanlage und ist eine einfache Alternative zu den großen Solaranlagen. Denn die Balkonmodule sind spezielle Solarmodule, die kleiner sind als die herkömmlichen PV Module. Wie der Name schon sagt, kann diese PV-Anlage auf dem Balkon installiert werden. Der Balkon ist aber nicht zwingend der Standort eines Balkonkraftwerks. Man kann ein Balkonkraftwerk auch im Garten auf dem Boden, auf dem Dach, auf dem Carport oder der Garage befestigen.

 

Balkonkraftwerk bis 600 Watt

Aufgrund der geringeren Größe liefert ein Balkonkraftwerk weniger erneuerbaren Solarstrom als eine große PV-Anlage. Gesetzlich erlaubt sind 600 Watt. Die verwendeten Solarmodule der Mini-PV-Anlage haben deshalb meist eine Leistung von jeweils 300-400 Watt. Liegt der Ausgangsstrom höher als 600 Watt, muss die Photovoltaikanlage von einem Elektriker abgenommen und zudem genehmigt werden. Auch wenn ein Balkonkraftwerk mit einer Leistung von maximal 600 Watt nicht genehmigungspflichtig ist, muss es sowohl beim Netzbetreiber als auch bei der Bundesnetzagentur angemeldet werden. Das gilt für jede stromerzeugende Anlage, die Strom ins öffentliche Netz einspeist.

 

Wie schließt man ein Balkonkraftwerk an?

Ein Balkonkraftwerk besteht wie jede andere PV-Anlage auch aus zwei Hauptkomponenten: den PV Modulen und dem PV Wechselrichter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Der Mikrowechselrichter wird an das Solarmodul über die MC4-Steckverbindung angeschlossen. Anschließend wird der Wechselrichter über einen Betteri Stecker mit einem Anschlusskabel mit passender Betteri Buchse verbunden. Das Anschlusskabel kann nun über den Schuko-Stecker mit einer haushaltsüblichen Schuko-Steckdose verbunden werden. Wenn man jedoch ein Anschlusskabel mit Wieland-Stecker wählt, muss man zunächst einen Elektriker beauftragen, die herkömmliche Schuko-Steckdose gegen eine Wieland-Steckdose auszutauschen. Bei einem Wieland-Stecker liegen die Pins, anders als beim Schuko-Stecker, nicht frei. Außerdem kann der Wieland-Stecker nach dem Anschließen nicht mehr mit der Hand herausgezogen werden. Man kann den Wieland-Stecker nur mit einem Schraubenzieher wieder entfernen. Neben den Solarmodulen, dem Wechselrichter und dem Anschlusskabel benötigt man für ein Balkonkraftwerk natürlich noch eine spezielle Halterung für das Balkongeländer, also eine Halterung für Balkonkraftwerke, bzw. die passende Aufständerung, wenn man das Balkonkraftwerk im Garten oder auf der Garage aufständern will.

 

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Eine Photovoltaikanlage bietet die Möglichkeit, unabhängiger von der öffentlichen Stromversorgung zu sein. Aber um die maximale Effizienz aus der PV-Anlage herauszuholen, gibt es einige Tipps und Tricks, die man beachten sollte.

1. Verwenden Sie hochwertige Komponenten: Verwenden Sie nur hochwertige Solarpanels, Wechselrichter und Batterien, um sicherzustellen, dass Ihre PV-Anlage langlebig und zuverlässig ist.
2. Richten Sie die Solarmodule richtig aus: Stellen Sie sicher, dass die Solarmodule in die richtige Richtung ausgerichtet sind, um den größtmöglichen Ertrag zu erzielen. Maximale Erträge erzielt man bei einer Ausrichtung nach Süden. Denn im Süden ist die Sonneneinstrahlung am höchsten. Wenn man allerdings morgens und abends den meisten Stromverbrauch hat, sollte die Photovoltaikanlage eine Ost-West-Ausrichtung haben. Auch der Neigungswinkel sollte an die Sonne angepasst werden.
3. Überwachen Sie Ihre Solaranlage regelmäßig: Überwachen Sie Ihre Photovoltaikanlage regelmäßig, um sicherzustellen, dass alles ordnungsgemäß funktioniert und um frühzeitig eventuelle Probleme zu erkennen. Das Monitoring erfolgt über eine App und ermöglicht, die Stromerzeugung und den Stromverbrauch sowie die Speicherung des erzeugten Solarstroms in Echtzeit zu ermitteln.
4. Nutzen Sie Wechselrichter mit hoher Leistung: Ein hochmoderner Wechselrichter kann die Effizienz Ihrer PV-Anlage erhöhen.
5. Warten Sie Ihre Anlage regelmäßig: Warten und reinigen Sie Ihre Anlage regelmäßig, um sicherzustellen, dass sie in einwandfreiem Zustand bleibt und ihre Leistung nicht beeinträchtigt wird.

Indem Sie diese Tipps und Tricks befolgen, können Sie die Effizienz Ihrer Solaranlage maximieren und die Vorteile sauberer Energie voll ausschöpfen.

Die meisten werden noch nie etwas von einem Wieland-Stecker gehört haben und kennen nur den haushaltsüblichen Schuko-Stecker. Aber spätestens bei der Installation eines Balkonkraftwerks erfährt man, dass es neben dem Schuko-Stecker noch einen Wieland-Stecker gibt. Dann wird man mit der Frage konfrontiert, ob man für den Anschluss der PV-Anlage an das öffentliche Stromnetz einen Wieland- oder einen Schuko-Stecker verwenden soll. Muss es Betteri auf Wieland sein oder kann es auch Betteri auf Schuko sein? Hier gehen die Meinungen auseinander.

Eine Photovoltaikanlage besteht aus Solarmodulen, Wechselrichter und Anschlusskabel, mit dem man das Balkonkraftwerk an das Stromnetz anschließt. Die Solarpanels besitzen MC4-Stecker, um den Wechselrichter daran anzuschließen. Der Wechselrichter hat außerdem einen Betteri-Ausgang, über den das Anschlusskabel verbunden wird. Das bedeutet, man benötigt ein Anschlusskabel, das auf der einen Seite einen Betteri-Stecker hat. Die Betteri-Steckverbindung gibt es als „männlich“ und „weiblich“ bzw. als „male“ und „female“, wie es manchmal auch heißt. Es gibt also einen Betteri-Stecker und eine Betteri-Buchse. Denn der Wechselrichter hat zwei unterschiedliche Betteri-Ausgänge. Betteri-Steckverbindungen sind für die Nutzung im Außenbereich konzipiert und eignen sich deshalb für Photovoltaikanlangen. Hat man Solarpanels und Wechselrichter miteinander verbunden, stellt sich nun die Frage, ob man für den Anschluss des Balkonkraftwerks an die Steckdose ein Kabel verwenden soll, das einen Wieland-Stecker hat oder aber einen Schuko-Stecker. Man sagt auch Betteri auf Wieland und Betteri auf Schuko.

Auf der Seite, die an den Wechselrichter angeschlossen wird, muss das Anschlusskabel, wie schon beschrieben, eine Betteri-Steckverbindung haben. Aber wie sieht es mit dem anderen Ende des Anschlusskabels aus? Die PV-Anlage kann sowohl über einen Wieland-Stecke als auch über einen Schuko-Stecker angeschlossen werden. Mit beiden Steckern funktioniert die Photovoltaikanlage. Der haushaltsübliche Schuko-Stecker, d. h. Betteri auf Schuko, ist natürlich die bequemere Methode, ein Balkonkraftwerk anzuschließen, weil man die bereits vorhandenen Steckdosen nutzen kann. Man benötigt keinen Elektriker, der zunächst eine Wieland-Steckdose einbauen muss, und spart sich den Aufwand. Im Gegensatz zum Schuko-Stecker hat der normgerechte Wieland-Stecker den Vorteil, dass die Pins nicht offenliegen, so dass es unmöglich ist, mit ihnen in Berührung zu kommen, wenn der Stecker gezogen ist. Das heißt, der Wieland-Stecker hat im Gegensatz zum Schuko-Stecker einen Berührungsschutz. Zudem kann man den Wieland-Stecker nicht einfach mit der Hand herausziehen wie den Schuko-Stecker, wenn er einmal in der Wieland-Steckdose eingesteckt ist. Man benötigt hierzu einen Schraubenzieher. Dass der Wieland-Stecker einen Berührungsschutz hat und der Schuko-Stecker nicht, bedeutet jedoch nicht, dass man beim Schuko-Stecker einen Stromschlag bekommt, sobald man ihn herauszieht und mit den Pins in Berührung kommt. Denn der Wechselrichter muss gemäß VDE-AR-N 4105:2018-11 einen NA-Schutz (Netz- und Anlagenschutz) haben. Sobald der Stecker gezogen wird, registriert der Wechselrichter das und schaltet die Anlage innerhalb von 200 Millisekunden ab. Das ist gerade einmal ein Fünftel einer Sekunde. Der NA-Schutz des Wechselrichters sorgt dafür, dass man ein Balkonkraftwerk mit Schuko-Stecker betreiben kann.

Es gibt im Grunde kein besser oder schlechter bei der Frage, ob man Betteri auf Wieland oder Betteri auf Schuko wählt. Das muss jeder Anlagenbetreiber für sich entscheiden. Sowohl Wieland- als auch Schuko-Stecker erfüllen ihren Zweck.

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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Der Einsatz von Batteriespeichern für Photovoltaikanlagen ist eine wichtige Maßnahme, um den Energieverbrauch zu optimieren. Batteriespeicher können überschüssige Energie speichern, die erzeugt wird, wenn die Sonne scheint, und diese Energie dann zu einem späteren Zeitpunkt zurückgeben, wenn Sie benötigt wird. Sobald die PV-Anlage mehr Solarstrom erzeugt, als verbraucht wird, wird der überschüssige Strom nicht ins öffentliche Netz eingespeist, sondern mithilfe des Batteriespeichers gespeichert. Wenn die Photovoltaikanlage zu wenig oder keinen Strom produziert, wie etwa nachts, gibt der Stromspeicher die gespeicherte Energie ab. Er überbrückt die Zeit, in der die Photovoltaikanlage nicht genug Strom produziert. Auf diese Weise lässt sich der erzeugte Strom zeitversetzt nutzen, was mehr Unabhängigkeit vom Stromanbieter bedeutet. Dadurch wird die Kosteneffizienz und Effizienz von PV-Anlagen erhöht. Es lohnt sich also, den selbst erzeugten Solarstrom zu speichern und selbst zu nutzen, zumal die Einspeisevergütung viel niedriger ist als der Preis für den eingekauften Strom. Somit sind Stromspeicher eine sehr effektive Möglichkeit, um den Energieverbrauch von PV-Anlagen zu optimieren. Batteriespeicher tragen außerdem dazu bei, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren, indem sie saubere Energie speichern und zurückgeben.

Welche Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen gibt es?

Bei einem Stromspeicher für PV-Anlagen handelt es sich um einen Akkumulator. Es gibt zwei Arten: Blei-Batterien und Lithium-Ionen-Akkus. Blei-Batterien sind günstiger als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, sind dafür aber schwerer, haben einen geringeren Wirkungsgrad und erreichen weniger Ladezyklen. Außerdem ist die Entladetiefe geringer als bei einem Lithium-Ionen-Akku, so dass der Stromspeicher von der gespeicherten Energie weniger abgibt. Lithium-Ionen-Akkus können hingegen fast vollständig entladen werden und geben folglich so gut wie den gesamten gespeicherten Strom ab. Darüber hinaus haben sie eine höhere Anzahl an Ladezyklen. Sie sind im Vergleich zu Blei-Batterien jedoch teurer. Dennoch sind Lithium-Ionen-Akkus beliebter als Blei-Batterien.

Welche Größe muss der Stromspeicher haben?

Die Größe des Batteriespeichers hängt in erster Linie von der Leistung der PV-Anlage ab. Pro Kilowattpeak (kWp) sollte der Stromspeicher 1 Kilowattstunde (kWh) speichern können. Bei einer Photovoltaikanlage mit einer Leistung von z. B. 5 kWp müsste der Batteriespeicher 5 kWh speichern können.

AC-gekoppelter oder DC-gekoppelter Batteriespeicher?

Bevor man sich fragt, ob man einen AC-gekoppelten Stromspeicher oder aber einen DC-gekoppelten Stromspeicher nimmt, muss man wissen, dass ein Batteriespeicher nur Gleichstrom speichern kann. Das bedeutet, dass ein Batteriespeicher nicht direkt an den Wechselrichter angeschlossen werden kann, weil der Wechselrichter den von den Solarpanels produzierten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Der Wechselstrom muss wieder in Gleichstrom umgewandelt werden, um ihn speichern zu können, so dass wieder ein Wechselrichter nötig ist, um den Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Manche Photovoltaik-Batteriespeicher haben einen integrierten Wechselrichter, mit dem der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, so dass er gespeichert werden kann. Ist ein solcher nicht vorhanden, benötigt man einen externen Wechselrichter. Dieses Stromspeichersystem nennt man AC-gekoppelt.

Bei einem DC-gekoppelten Stromspeicher wird der Batteriespeicher direkt an der PV-Anlage angeschlossen, ohne dass ein Wechselrichter zwischen Solarpanels und Stromspeicher angeschlossen werden muss. Der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom wird direkt gespeichert. Ein Wechselrichter wandelt den im Stromspeicher gespeicherten Gleichstrom dann bei Strombedarf in Wechselstrom um. Das DC-gekoppelte Stromspeichersystem hat den Vorteil, dass nur eine Umwandlung des Stroms nötig ist und der Verlust somit geringer ist als bei einem AC-gekoppelten Stromspeicher, bei dem Gleichstrom in Wechselstrom, dieser wieder in Gleichstrom und schließlich wieder in Wechselstrom umgewandelt werden muss.

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.

Dachziegel sind seit Jahrhunderten ein zentrales Element in der Architektur und haben sich ständig weiterentwickelt, um den Bedürfnissen der Menschen und den Herausforderungen der Umwelt gerecht zu werden. Ihr Hauptzweck ist der Schutz des Gebäudes vor Witterungseinflüssen wie Regen, Schnee, Wind und sogar Sonneneinstrahlung. Die Vielfalt der verfügbaren Materialien und Formen macht Dachziegel zu einer flexiblen Lösung für nahezu jeden Baustil und jede geografische Lage. Sie sind aber nicht nur funktional, sondern stellen ein wichtiges ästhetisches Element von Häusern dar.

Materialien und Eigenschaften
Die am häufigsten verwendeten Materialien für Dachziegel sind Ton und Beton. Genau genommen handelt es sich bei einer Dachpfanne aber nur dann um einen Dachziegel, wenn dieser aus Ton hergestellt ist. Besteht der Ziegel jedoch aus Beton, spricht man von Dachstein. Dachziegel, die durch das Brennen von geformtem Lehm hergestellt werden, sind bekannt für ihre Langlebigkeit und Farbbeständigkeit. Sie verleihen Gebäuden ein traditionelles und oft rustikales Aussehen. Betonziegel bieten im Vergleich dazu eine kostengünstige und vielseitige Alternative. Sie sind in einer breiten Palette von Farben und Formen erhältlich und imitieren oft das Aussehen von Tonziegeln oder anderen Materialien wie Holz oder Schiefer. Auch Betonziegel sind langlebig und beständig, können Tondachziegel darin jedoch nicht übertreffen. So sind Dachziegel aus Ton nicht gefärbt, sondern erhalten ihre Farbe durch den natürlichen Ton. Unterschiede bestehen aufgrund des Materials auch in der Herstellungsart. Dachpfannen aus Ton werden geformt und bei hohen Temperaturen gebrannt, Dachsteine aus Beton hingegen in Formen gegossen. Eine typische und beliebte Dachpfanne aus Beton ist die Braas Frankfurter Pfanne, die aufgrund ihrer Form eine Hohlpfanne bzw. ein Hohlziegel ist. Aufgrund des Materials sind Dachziegel aus Ton leichter als Dachsteine aus Beton und sie bieten wegen ihrer porösen Struktur eine natürliche Isolation. Die Wahl zwischen Dachziegel aus Ton und Dachstein aus Beton hängt von unterschiedlichen Faktoren wie Budget, ästhetische Präferenzen, Dachkonstruktion oder Klima ab. Zudem haben Dachsteine eine bessere Ökobilanz als Dachziegel, weil Beton bei einer viel geringeren Temperatur aushärtet als Ton.

Verschiedene Formen und Stile
Dachziegel gibt es in vielen Formen und Stilen, wobei jeder Typ spezifische Vorteile bietet. Flachziegel sind für ihr modernes, einheitliches Aussehen beliebt, während Hohlpfannenziegel, wie die Frankfurter Pfanne, sich durch ihre wellenförmige Struktur auszeichnen, die eine effiziente Wasserabführung ermöglicht. Historische Formen wie Biberschwanz oder Mönch- und Nonnenziegel werden oft in der Restaurierung alter Gebäude verwendet und tragen zu deren authentischem Erscheinungsbild bei. Der Mönch-und-Nonne-Ziegel gilt als älteste Ziegelform. Genau wie der Krempziegel ist diese Ziegelart ohne Falz. Die Palette an Dachpfannen, ob aus Ton oder Beton, ist riesig. Der Klassiker ist die Frankfurter Pfanne. Beliebt sind z. B. auch die Harzer Pfanne, die S-Pfanne, die Sigma-Pfanne, der Flachdachziegel für Dächer mit geringer Neigung, der Reformziegel, der Hohlziegel mit und ohne Falz oder auch der Biberschwanzziegel.

Innovation und Nachhaltigkeit
In jüngster Zeit hat die Entwicklung von Solardachziegeln, die Photovoltaik-Technologie integrieren, eine neue Ära in der Dachgestaltung eingeleitet. Solardachziegel oder Solardachpfannen sind Photovoltaikmodule in Form von Dachziegeln oder Dachpfannen. Sie werden anstelle herkömmlicher Ziegel zur Deckung des Daches benutzt. Diese Ziegel produzieren Strom, während sie gleichzeitig Schutz bieten und ästhetisch ansprechend sind.

Verschiedene Dachhaken und Montagesystem für unterschiedliche Dachpfannen
Die Installation von Photovoltaikanlagen auf Dächern erfordert spezielle Dachhaken, um die PV-Module sicher zu befestigen. Für die unterschiedlichen Arten von Dachpfannen, wie Tonziegel, Betonziegel oder auch Schindeln aus Holz, Bitumenschindeln oder Schiefer, gibt es entsprechende Dachhaken. Die Ziegeldach Montagesysteme für Photovoltaikanlagen sind so konzipiert, dass sie die Dachverkleidung nicht beschädigen. Solche Ziegeldach Montagesysteme, einschließlich der Photovoltaik Dachmontage und der Solarpanel Befestigungssysteme, sind essenziell für eine effiziente und sichere Installation von Solaranlagen. Ein qualitativ hochwertiges Ziegeldach Montageset ist dabei unerlässlich, um die Langlebigkeit und Stabilität der Photovoltaikanlage zu gewährleisten. Durch die Verwendung eines speziell für Ziegeldächer konzipierten Montagesets wird sichergestellt, dass die Installation den spezifischen Anforderungen und Belastungen, die auf Ziegeldächern auftreten können, standhält. Darüber hinaus ermöglicht ein Ziegeldach Montageset eine schnelle und unkomplizierte Montage, was nicht nur Zeit spart, sondern auch die Installationskosten reduziert. Die Auswahl des richtigen Ziegeldach Montagesets ist daher ein wichtiger Schritt für die erfolgreiche Umsetzung von Solarprojekten auf Ziegeldächern.

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