Aus welchen Komponenten besteht eine PV-Anlage?

Photovoltaikanlagen bieten die Möglichkeit, aus Sonnenenergie nachhaltig Strom zu erzeugen. Dies geschieht durch das Zusammenspiel aufeinander abgestimmter Komponenten. Mit diesem erzeugten Solarstrom kann der Eigenverbrauch zum größten Teil gedeckt werden und dadurch reduzieren sich die Energiekosten beim öffentlichen Netzbetreiber enorm. Die Unabhängigkeit von öffentlichen Netzen spielt ebenso eine Rolle wie die enorme Ersparnis durch die Solaranlagen.

Denkt man über die Anschaffung einer Solaranlage nach, so entsteht gleichzeitig die Frage: “Aus welchen bzw. wie vielen einzelnen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?” Diese Frage wird in diesem Beitrag beantwortet.

Es gibt mehrere Komponenten, von denen einige notwendig und andere optional sind. Je nach Typ und gedachtem Verwendungszweck der Photovoltaikanlage können die Komponenten variieren.

Zu den erforderlichen Komponenten zählen:

Möchte man mit dem erzeugten Solarstrom ein Elektrofahrzeug laden, so wird eine Wallbox ebenfalls zu den notwendigen Komponenten einer PV Anlage gezählt.

Die aufgelisteten Komponenten sind notwendig, um das einwandfreie Funktionieren einer PV Anlage gewährleisten zu können. Des Weiteren gewährleisten diese Komponenten eine sichere Stromerzeugung und auch den Schutz der einzelnen Komponenten.

Die Solarmodule sind dafür zuständig, um aus Sonnenlicht elektrischen Strom zu erzeugen. Sie sind zudem der sichtbarste Teil der Photovoltaikanlage und enthalten Solarzellen. Die Solarzellen in einem Solarmodul sind miteinander verbunden.

Das Solarmodul besteht aus einem Aluminiumrahmen, in dem sich die Solarzellen befinden. Die Vorderseite eines Moduls besteht in der Regel aus Glas. Die Hinterseite hingegen kann ebenfalls aus Glas bestehen oder aus Folie. Hier ist zu beachten, dass Glas-Glas-Module langlebiger sind als Glas-Folie-Module und auch robuster.

Solarmodule werden in drei verschiedenen Varianten angeboten:

Zudem befindet sich in den Solarmodulen ein Solargenerator, der die Sonnenenergie in Gleichstrom umwandelt. Dieser Gleichstrom kann jedoch nicht im Haushalt verwendet werden. Der Gleichstrom muss erst in Wechselstrom umgewandelt werden, um nutzbar zu werden. Hierzu wird der Wechselrichter benötigt.

Der Wechselrichter wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dadurch wird es erst möglich, den Solarstrom verwenden zu können.

Damit der Wechselrichter seine Aufgabe erfüllen kann, ist es wichtig, diesen an die Photovoltaikanlage und deren Leistung anzupassen. Ein Wechselrichter übernimmt jedoch weitere Aufgaben. So zum Beispiel überwacht er verschiedene Parameter und besitzt eine Schutzfunktion. Diese Schutzfunktion schützt die Photovoltaikanlage vor Schäden, indem bei einer Störung die Photovoltaikanlage abgeschaltet werden kann.

Neue Wechselrichter-Modelle sind bereits mit einem MPP-Tracker ausgestattet. Der Tracker kann nicht nur dafür sorgen, dass die Solarmodule Leistung maximiert werden kann, sondern er überwacht auch die Betriebsspannung und die Stromstärke. Wechselrichter erzeugen in ihrem Betrieb Wärme, wodurch eine gute Belüftung notwendig ist.

Damit die Solarmodule sicher und stabil befestigt werden können, ist eine Unterkonstruktion bzw. ein Montagesystem notwendig. Die Montagesysteme unterscheiden sich nicht nur nach den verschiedenen Varianten der Dächer, sondern auch durch die unterschiedlichen Photovoltaikanlagen-Systeme.

Grundsätzlich wird bei den Montagesystemen zwischen drei Kategorien unterschieden:

Bei der Indachmontage ersetzen die Solarmodule die Dacheindeckungen, während bei der Aufdachmontage die Solarmodule auf der Dacheindeckung befestigt werden. Bei der Flachdachmontage hingegen sind in der Regel PV-Aufsteller notwendig, um den richtigen Neigungswinkel zu erhalten. Zudem müssen die Solarmodule mit Gewichten fixiert werden, um starkem Wind standhalten zu können.

Eine stabile Montage der Solarmodule ist außerordentlich wichtig, um die Anlage selbst zu schützen und Schäden am Gebäude zu vermeiden. Zudem können schlecht montierte Solarmodule bei Sturm vom Dach geweht werden und große Schäden anrichten. In diesem Fall können auch Menschen schwer verletzt werden.

Die Verkabelung der Photovoltaikanlage ist ebenfalls eine wichtige Angelegenheit. Ohne korrekte und sichere Verkabelung kann kein Solarstrom erzeugt und genutzt werden. In erster Linie werden hier die einzelnen Solarmodule verkabelt. Die Verbindung der Solarmodule erfolgt mittels Reihen- oder Parallelschaltung.

Bei der Reihenschaltung oder auch String-Schaltung genannt werden die Module in Reihen verbunden. Den sogenannten Strings. Dadurch wird die Spannung erhöht, da die Spannungen der miteinander verbundenen Module summiert werden. Der maximale Solarstrom eines Strings entspricht in diesem Fall immer dem Solarmodule mit der niedrigsten Spannungsleistung des in der Truhe befindlichen Moduls. Bei einer Verschattung eines oder mehrerer Module dieser Reihe fällt diese aus!

Bei der Parallelschaltung hingegen erhöht sich die Stromstärke, da die Strommenge der einzelnen Solarmodule addiert wird. Bei dieser Variante bleibt die Spannung immer konstant. Kommt es zu einer Verschattung erfolgt keine Minderung der Leistung der Module, da eine Leistungsoptimierung durchgeführt wird.

Des Weiteren ist eine Verkabelung von den Solarmodulen zum Wechselrichter notwendig. Durch die Verbindung der Solarmodule mit dem Wechselrichter wird der erzeugte Solarstrom zum Wechselrichter weitergeleitet. Der Wechselrichter wandelt danach den erhaltenen Gleichstrom in Wechselstrom um, der anschließend genutzt werden kann.

Die Verkabelung der Photovoltaikanlage ist speziell entwickelt worden, um im Außenbereich jeder Witterung standzuhalten. Es sollte darauf geachtet werden, dass die PV-Kabel immer in einem Kabelkanal verlegt werden und nicht lose auf dem Dach liegen!

Nicht zu vergessen die Verkabelung vom Wechselrichter zu den verschiedenen Zählern und einem Stromspeicher.

Damit eine Photovoltaikanlage effizient arbeiten kann, muss sie überwacht werden. Einen wichtigen Bestandteil bei der Überwachung der PV-Anlage übernimmt der bereits erwähnte Wechselrichter. Moderne Wechselrichter mit MPP-Tracker helfen dabei, die maximale Leistung der PV-Anlage zu erreichen.

Ein weiteres Überwachungssystem stellt der Smart Meter dar. Der Smart Meter überwacht den Stromverbrauch in Echtzeit und leitet die erfassten Daten weiter an das Energiemanagementsystem. Dadurch kann eine effiziente Steuerung der Photovoltaikanlage erzielt werden.

Die verschiedenen Zähler unterstützen die Überwachung der PV-Anlage ebenfalls. Sie messen den hergestellten Solarstrom und den Verbrauch. Dadurch wird die Abrechnung und Kontrolle vereinfacht.

Zu den wichtigsten Zählern gehören:

Neue, moderne PV-Anlagen besitzen in den meisten Fällen einen Zweirichtungszähler, der die Aufgabe der Verbrauchsmessung und der Messung der Einspeisung übernimmt.

Ein Laderegler ist notwendig, wenn in die PV Anlage ein Stromspeicher integriert wurde. Er übernimmt die Überwachung des Lade- und Entladevorganges des Stromspeichers. Dadurch wird verhindert, dass der Akku im Stromspeicher nicht durch zu hohe oder zu niedrige Stromspannung beschädigt wird.

Zudem achtet er darauf, dass der Stromspeicher nicht tiefentladen und dadurch Schaden verursacht wird. Die modernen Laderegler funktionieren mittels einer Mikroprozessor-Steuerung, die auch fähig ist, die Daten der Strommessung und die Überwachung der Speicherbatterie mittels integrierter Temperatursensoren durchzuführen.

Der Batteriespeicher, auch Stromspeicher, Photovoltaik-Speicher oder Akku genannt, ist eine Komponente der PV-Anlage, mit der der erzeugte Solarstrom gespeichert werden kann. Dadurch wird es möglich, den Eigenverbrauch enorm zu steigern und das Einkaufen von Strom zu reduzieren.

Je nach Wunsch kann ein PV-Anlagen-Besitzer einen Stromspeicher in das PV Anlage System integrieren. Der Stromspeicher ermöglicht es, während des Tages Strom zu speichern und nachts oder an Tagen, in denen die PV Anlage weniger Leistung erbringt, zu nutzen. Dadurch ist es möglich, weniger Strom des Netzbetreibers kaufen zu müssen und den Eigenverbrauch zu erhöhen.

Der Batteriespeicher bietet jedoch nicht nur Strom bei Nacht, sondern sorgt auch dafür, dass eine hohe Leistungserbringung während des Tages abgedeckt wird. Neue Modelle sind zudem mit einer Notstromfunktion ausgestattet, wodurch bei Stromausfällen der im Batteriespeicher gespeicherte Strom genutzt werden kann.

Batteriespeicher enthalten eine oder auch mehrere Batteriezellen, die aus Lithium-Ionen-Zellen bestehen. Diese Zellen befinden sich in einem speziellen Gehäuse, das mit einem Batteriemanagementsystem ausgestattet ist. Dieses Managementsystem überwacht die Be- und Entladung und sorgt für eine längere Lebensdauer und bessere Effizienz des Stromspeichers.