Photovoltaik-Komponenten
Ein Wechselrichter ist ein elektrisches Gerät, welches Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt. Er ist neben Gleichrichtern, Gleichspannungswandlern und Umrichtern eine Unterkategorie der Stromrichter.
Je nach Anwendung erzeugt ein Wechselrichter entweder einen ein- oder mehrphasigen Ausgangsstrom bzw. eine ein- oder mehrphasige Ausgangsspannung.
Eingesetzt werden Wechselrichter dort, wo elektrische Verbraucher Wechselspannung bzw. -strom für Betrieb benötigen, jedoch nur eine Gleichspannungsquelle zur Verfügung steht.
In der Photovoltaik dient der Wechselrichter zur Umwandlung des von Solarmodulen erzeugten Gleichstroms in einen Wechselstrom, zur Einspeisung für den direkten Verbrauch im Haushalt oder in das öffentliche Stromversorgungsnetz.
- Photovoltaik-Wechselrichter: Für Photovoltaikanlagen ohne Batteriespeicher
- Batterie-Wechselrichter: zur Nachrüstung eines Batteriespeichers an einer vorhandenen Photovoltaikanlage
- Hybrid-Wechselrichter: für neu errichtete Solaranlagen, an die sofort oder künftig ein Batteriespeicher angeschlossen werden soll
- Insel-Wechselrichter: Wechselrichter für Inselanlagen, die nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind und über einen Batteriespeicher verfügen
Das Standard Glas-Folie-Modul ist das derzeit am häufigsten verbaute Modul. Die Zellen sind hier in einem wetterfesten Glas-Folienlaminat eingehäust.
Das Glas-Glas-Modul besitzt auf der Rückseite statt einer Folie ein weiteres Glas. Hierdurch wird die Zelle noch besser geschützt und die Lebensdauer des Moduls erhöht, was sich durch besonders hohe Leistungs- und Produktgarantien bemerkbar macht. Es verfügt jedoch technisch über die gleichen Leistungen wie das Glas-Folie-Modul.
N-dotierte Solarmodule bestehen aus n-Typ Silizium. Sie haben wesentliche Vorteile gegenüber einem klassischen Solarmodul, welches p-dotiert ist. Neben der längeren Lebensdauer besitzen n-dotierte Zellen auch eine höhere Effizienz im Vergleich zum verbreiteteren p-Typ.
Wir haben einen sehr spannenden und ausführlichen Beitrag über n-dotierte Module geschrieben.
Wer die aus der PV-Anlage erzeugte Energie auch abends und nachts nutzen möchte, benötigt einen Batteriespeicher. Dieser kann tagsüber den erzeugten Strom der Photovoltaikanlage speichern und stellt ihn abends/nachts, wenn die Photovoltaikanlage keinen Strom mehr erzeugt, zur Verfügung.
Grundsätzlich erzeugt die Photovoltaikanlage auf dem Dach immer Gleichstrom. Bei Batteriespeichern unterscheidet man zwischen AC- und DC-gekoppelten Systemen.
Ein AC-gekoppelter Batteriespeicher wird verschaltungstechnisch nach einem Wechselrichter installiert. In diesem Fall wandelt der Solarwechselrichter von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und macht ihn damit für den Verbrauch im Haushalt nutzbar. Der Strom, der zu diesem Zeitpunkt im Haus benötigt wird, wird also von der Photovoltaikanlage gedeckt. Produziert die Photovoltaikanlage mehr Strom, als im Haus verbraucht wird, wird der Batteriespeicher damit gespeist. Ein AC-gekoppeltes System hat einen eigenen Batterie-Wechselrichter um den Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln und zu speichern.
Bei einem DC-gekoppelten Batteriespeicher wird kein externer Wechselrichter benötigt. Die Photovoltaikanlage erzeugt Gleichstrom und dieser wird direkt in der Batterie gespeichert. Wird im Haushalt Strom benötigt, wird dieser von der Batterie über einen (batterie-internen) Wechselrichter in Wechselstrom gewandelt und fließt in das Haus Netz. Bei einem DC-gekoppelten System wird der Strom nur einmal umgewandelt. Nicht benötigter Strom verbleibt somit im Batteriespeicher.
Bei beiden Varianten wird mit der erzeugten Energie zuerst immer der aktuelle Strombedarf im Haushalt abgedeckt und überschüssige Energie in den Speicher eingespeist. Ist der Batteriespeicher voll und der aktuelle Hausstrombedarf abgedeckt, wird der überschüssige Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Erzeugt die Photovoltaik-Anlage keine Energie mehr, wird der benötigte Strom aus dem Speicher entnommen, bis dieser leer ist. Ab diesem Zeitpunkt wird der Energiebedarf im Haushalt durch das öffentliche Stromnetz gedeckt.
Zur Wahl der richtigen Speichergröße haben wir einen sehr detaillierten Beitrag geschrieben. Dort zeigen wir anhand einiger Grafiken die konkreten wissenschaftlichen Zusammenhänge auf.
Grundsätzlich kann man aber sagen: Die Speicherkapazität der Batterie in Kilowattstunden (kWh) sollte nicht viel größer sein als die Leistung der Photovoltaikanlage in Kilowatt (kWp). Für einen Haushalt mit einer 5 kWp-PV-Anlage wäre also ein Batteriespeicher mit rund 5 kWh passend.
Im Allgemeinen empfehlen wir bei der Auswahl der richtigen Speichergröße folgende Faustregel: Der Batteriespeicher sollte mindestens die Kapazität von 60% des 24h-Tagesverbrauchs in kWh haben. So ermitteln Sie die ideale Speicherkapazität am Beispiel von 4.000 kWh Jahresverbrauch:
4.000 (kWh) / 365 (Tage) x 60% = 6,6 (kWh)
Folgende weitere Faktoren sind für die Wahl der richtigen Größe entscheidend:
- Größe der PV-Anlage bzw. der tägliche Energieertrag
- Höhe des Jahresstromverbrauchs
- Höhe des täglichen Strombedarfs
- gewünschtes Maß an Autarkie / Eigenversorgung
Hinweis: Wählen Sie Ihren Speicher zu klein, kann dieser nicht die gewünschte Eigenversorgung gewährleisten. Wählen Sie ihn zu groß, kann der Speicher nicht effizient genutzt werden.
Notstromsteckdose:
Eine Steckdose (zumeist in Verbindung mit einem notstromfähigen Wechselrichter) liefert bei Netzausfall Strom. Die Umschaltung erfolgt manuell.
Dabei kann in der Regel allerdings meistens nur ein einziges Gerät angesteckt/betrieben werden. Die Notstromsteckdose ist die einfachste Versorgungsform bei Netzausfall.
Ersatzstrom „light“:
Bei einem Netzausfall werden nur bestimmte ausgewählte Stromkreise versorgt. Eine zusätzliche Umschalteinrichtung wird hierbei im Allgemeinen nicht benötigt, da die Verbraucher der Notstromkreise werden auf Dauer über den Wechselrichter „durchgeschleift“ – der Strom für die (ausgewählten) Verbraucher fließt durch den Wechselrichter, unabhängig davon, ob es einen Netzausfall gibt oder nicht. Hinweis: Der Aufwand für die Verkabelung/Elektroinstallation bei dieser Variante ist oftmals recht hoch und damit kostenintensiver.
Ersatzstrom:
Ein Ersatzstromsystem versorgt einige Sekunden nach einem Netzausfall den gesamten Haushalt mit Strom.
Die Umschaltung bei Netzausfall erfolgt automatisch – das System trennt sich selbsttätig vom öffentlichen Stromnetz und erzeugt ein eigenes Ersatzstromnetz für die Dauer des Netzausfalls.
Hierfür wird zumeist eine Umschalteinrichtung am Netzanschlusspunkt benötigt, die zwischen Zähler und Hausverteilung installiert wird.
Insel:
Im Vergleich zum Ersatzstromnetz hat ein Inselsystem keine Verbindung zum öffentlichen Stromnetz. Hierfür ist individuelle Planung erforderlich.
Batteriespeicher für PV-Anlagen sind für den heimischen Energiebedarf in der Nacht ausgelegt und haben meist eine Kapazität zwischen 5 und 15 kWh. Elektroautos verfügen hingegen über einen weitaus größeren Speicher von mindestens 40 kWh und haben einen Verbrauch von mind. 15 kWh auf 100 km. Mit diesem ungünstigen Verhältnis würde das Laden des E-Autos über Nacht den heimischen Speicher (sehr) zügig entleeren, jedoch hätte der Akku des Fahrzeugs kaum an Kapazität hinzugewonnen.
Kurzum – ein schöner Gedanke, dessen Umsetzung aber derzeit noch unwirtschaftlich ist. Das Elektroauto aus überschüssigem PV-Strom zu laden (im Moment der Erzeugung), ist dagegen durchaus sehr sinnvoll und derzeit die wohl beste Methode, seine Solaranlage optimal zu nutzen.
