Photovoltaik

Eine Photovoltaik-Anlage wandelt die Energie der Sonne in elektrische Energie. Diese Direktumwandlung wird als Photovoltaik bezeichnet. Im privaten Umfeld dient sie hauptsächlich der Eigenversorgung und wird sinnvollerweise mit einem Stromspeicher ausgestattet, um einen möglichst hohen Eigenverbrauchsanteil zu ermöglichen.

Die Wirtschaftlichkeit einer solchen Photovoltaikanlage ist im Wesentlichen abhängig von der örtlichen Sonneneinstrahlung, der Dachausrichtung und -neigung, der Größe und Ausstattung der Anlage, dem eigenen Stromverbrauch und der Einspeisevergütung.

Die zentralen Komponenten einer Photovoltaik-Anlage sind die Solarmodule, der Wechselrichter und der Stromspeicher (Batterie). Um die Versorgungssicherheit von Verbrauchern bei Stromausfall durch den Netzversorger zu erhöhen, kann eine Ersatzstromversorgung der PV-Anlage hinzugefügt werden. Ergänzend sollte für den Verbraucher ein einfaches und nutzenorientiertes Monitoring (Überwachung und Protokollierung der Daten) der Gesamtanlage zur Verfügung stehen, damit die Erträge und Verbräuche transparent werden.

Bei Betrachtung eines Elektromobils gehört heute selbstverständlich auch die Installation einer Wallbox dazu, um das E-Auto mit Solarenergie wirtschaftlich effizient aufzuladen.

Das Solarmodul

Das Solarmodul besteht aus mehreren zusammengeschalteten Solarzellen und bildet somit eine elektrische Einheit, die auf einem Aluminiumrahmen montiert und von einer Glasplatte abgedeckt ist. Entscheidend für die Leistung eines Solarmoduls ist der Wirkungsgrad. Dieser gibt an, wie gut die Sonneneinstrahlung in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die heutigen Standard-Solarmodule liegen im Wirkungsgrad zwischen 19 und 22 %. Die Entwicklung der Solarmodule zeigt einen ständigen Aufwärtstrend zu besseren Wirkungsgraden.

Mehrere Solarmodule werden z. B. auf einem Dach zu einem Solarfeld (Solargenerator) elektrisch zusammengeschaltet und die elektrische Energie (Gleichstrom) wird einem Wechselrichter zugeführt.

Der Wechselrichter

Der Photovoltaik-Wechselrichter wandelt die von den Modulen gelieferte Gleichspannung in eine netzsynchrone Wechselspannung um. Dies ist notwendig, weil unsere öffentliche Netzversorgung und unsere Verbraucher im Haus auf Basis des Wechselstroms ausgelegt sind. Der Wechselrichter übernimmt auch gleich alle notwendigen Überwachungen und schaltet im Fehlerfall die PV-Anlage vom öffentlichen Netz ab.

Auch hier trägt der Wirkungsgrad der Komponente einen wesentlichen Faktor dazu bei, wie wirtschaftlich die Anlage über die Jahrzehnte betrieben werden kann. Gute Wechselrichter liegen hier bei einem Wirkungsgrad größer 98%.

Der Batteriespeicher

Der Batteriespeicher (PV-Speicher) speichert tagsüber die überschüssige Solarenergie der Photovoltaik-Anlage, die nicht im Haushalt verbraucht wird. Diese Energie steht dann abends oder an sonnenarmen Tagen dem Haushalt wieder zur Verfügung. Die Speicherkapazität der Batterie ist entscheidend – im Zusammenspiel mit der Leistung des Solargenerators und des Verbrauchs des Haushaltes – und bestimmt, wie autonom der Haushalt vom Netzversorger ist (Eigenverbrauchsquote).

Auch durch eine Batterie entstehen Verluste, die es zu berücksichtigen gilt. Hier haben Hochvolt-Batterien, die direkt gleichstromgekoppelt mit dem Wechselrichter sind, die besten Gesamtwirkungsgrade.

Eine Prognoserechnung für die gesamte Photovoltaikanlage zeigt die erreichbaren Ertrags- und Verbrauchswerte, den Gesamtwirkungsgrad und die Eigenverbrauchsquote sowie den Autarkiegrad.

Die Ersatzstromversorgung

Um die Versorgungssicherheit von Verbrauchern im Haus bei Stromausfall des Netzversorgers (EVU) zu erhöhen, ist eine Ersatzstromversorgung der PV-Anlage hinzuzufügen. Diese Ersatzversorgung kann solange aufrechterhalten werden, wie genügend Leistung durch Sonneneinstrahlung und/oder vorhandene Batteriekapazität erzeugt werden kann.

Nicht jeder Wechselrichter ist dafür geeignet, da er bei Ausfall der Stromversorgung durch den Netzversorger ein eigenes stabiles Inselnetz für die Ersatzstromversorgung aufbauen muss. Hier ist zu beurteilen, ob eine 1-phasige oder 3-phasige Versorgung im Haus notwendig wird. Entsprechend sind die erforderlichen Umschalteinrichtungen zu wählen.

Das Monitoring

Das Monitoring (Überwachung und Protokollierung der Daten) der Photovoltaik-Anlage soll einfach und transparent die wichtigsten Zusammenhänge der PV-Anlage widerspiegeln und Auskunft über die momentanen und vergangenen (gespeicherten) Ertrags-, Bezugs- und Leistungswerte in grafischer Form liefern.

Die Wallbox

Bei Besitz eines Elektrofahrzeuges ist es sinnvoll, die
Photovoltaik-Anlage um eine Wallbox zu erweitern. Hier wird das E-Auto deutlich schneller geladen als an einer Haushaltssteckdose. Die Wallbox erlaubt das sichere, und bequeme Laden von Elektrofahrzeugen. Darüber hinaus übernehmen sogenannte intelligente Wallboxen in Kommunikation mit der Photovoltaik-Anlage einen optimierten Ladevorgang.