Der Aufbau einer PV-Anlage einfach erklärt (mit und ohne Speicher)

Eine PV-Anlage besteht aus mehreren Komponenten. Diese gewährleisten nicht nur ihre Funktion, sondern auch den Schutz der einzelnen Bauteile. In diesem Beitrag erklären wir den Aufbau einer PV-Anlage auf leicht verständliche Weise.

Das Wichtigste zuerst

• Solarmodule wandeln Sonnenlicht in elektrischen Gleichstrom um.
• Der Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um.
• PV-Kabel verbinden die Komponenten der PV-Anlage und leiten den Strom weiter.
• Die Unterkonstruktion befestigt die Solarmodule sicher auf dem Dach.
• Der Stromzähler misst die erzeugte und verbrauchte Strommenge.
• Der Smart Meter überwacht und optimiert den Stromverbrauch.
• Das Energiemanagementsystem (optional) steuert den Energiefluss und erhöht die Effizienz der Anlage.
• Der Stromspeicher (optional) speichert überschüssigen Strom für die Nutzung zu einem späteren Zeitpunkt.
• Die Wallbox (optional) ermöglicht das Laden von Elektrofahrzeugen mit Solarstrom.

Wie ist eine PV-Anlage aufgebaut? 

Eine PV-Anlage besteht aus Solarmodulen, einer Unterkonstruktion, einem Wechselrichter, PV-Kabeln und verschiedenen Zählern. Solarmodule wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um. Der Wechselrichter macht daraus nutzbaren Wechselstrom. PV-Kabel verbinden die Komponenten, während die Unterkonstruktion die Module sicher befestigt. Zähler überwachen den Energiefluss der Solaranlage.

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Solarmodule

Solarmodule wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Sie bestehen aus mehreren Solarzellen. Diese sind in Serie und parallel verschaltet, damit sie die gewünschte Spannung und Leistung erreichen. Die Effizienz eines Solarmoduls ist abhängig vom Zelltyp - monokristalline Solarzellen erreichen mit bis zu 25% den höchsten Wirkungsgrad.

Das Solarmodul ist in einem Aluminiumrahmen gehalten. Die Vorderseite ist mit einer Glasabdeckung geschützt. Die Rückseite besteht entweder aus Folie oder Glas. Glas-Glas-Module sind zwar teurer, dafür aber robuster und langlebiger. 

Vom Modul zum String

Die einzelnen PV-Module werden miteinander verbunden und bilden einen String. Hier ist eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung möglich. 

• Reihenschaltung: erhöht die Spannung, da sich die Spannungen der einzelnen Module summieren. Der maximale Strom entspricht dem niedrigsten Strom eines Moduls im String. Bei Verschattungen fällt der gesamte Strang aus.
• Parallelschaltung: erhöht die Stromstärke, da sich die Ströme der einzelnen Module summieren. Die Spannung bleibt konstant. Dies ist besonders nützlich zur Leistungsoptimierung bei Verschattungen.

Unterkonstruktion

Die Unterkonstruktion befestigt die Solarmodule sicher auf dem Dach und gewährleistet ihre Stabilität. Je nach Dachart gibt es verschiedene Montagemethoden. Auf Schrägdächern wird meist eine Aufdach-Montage genutzt. Hier werden die Module auf Aluminiumschienen montiert. Bei Flachdächern kommen oft beschwerte Gestelle zum Einsatz.

• Aufdach-Montage: PV-Module werden auf Aluminiumschienen montiert, die in Dachbalken verankert sind. Diese Methode ist besonders beliebt bei Schrägdächern.
• Indach-Montage: Solarmodule werden in die Dachhaut integriert und ersetzen Teile der Dacheindeckung, was ein ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild ergibt.
• Flachdach-Montage: Module werden aufgeständert und mit Gewichten beschwert, um Stabilität gegen Wind zu gewährleisten.

PV-Kabel

Die Kabel verbinden die Solarmodule mit dem Wechselrichter und den anderen Systemkomponenten und leiten den erzeugten Strom weiter. PV-Kabel sind speziell für den Außenbereich entwickelt und halten Witterungseinflüssen stand. Sie werden durch Kabelkanäle geführt und dürfen nicht direkt auf dem Dach aufliegen.

Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dadurch ist er im Haushalt nutzbar und geeignet für die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz. Für die Effizienz der Photovoltaikanlage ist es wichtig, dass der Wechselrichter passend zur Gesamtleistung dimensioniert ist.

Moderne Wechselrichter enthalten MPP-Tracker. Sie maximieren die Leistung der Solarmodule, indem sie kontinuierlich die optimale Betriebsspannung und Stromstärke überwachen. Sie verfügen ebenfalls über Schutzmechanismen. Diese verhindern Überlastung, Kurzschluss und andere Fehlfunktionen der Photovoltaikanlage. Zudem erzeugen sie Wärme und müssen daher gut belüftet sein.

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Zähler

PV-Zähler messen die erzeugten und verbrauchten Strommengen und helfen bei der Abrechnung und Überwachung des Stromverbrauchs. PV-Anlagen nutzen verschiedene Zähler wie Solarstromzähler, Einspeisezähler und Verbrauchszähler. Moderne Systeme verwenden oft Zweirichtungszähler, die sowohl Einspeisung als auch Verbrauch erfassen.

• Solarstromzähler: misst den von der PV-Anlage erzeugten Strom
• Einspeisezähler: misst den ins öffentliche Netz eingespeisten Strom
• Verbrauchszähler: misst den im Haushalt verbrauchten Strom
• Zweirichtungszähler: erfasst sowohl Einspeisung als auch Verbrauch, was bei modernen Solaranlagen oft der Fall ist 

Im Zuge der Energiewende werden intelligente Messsysteme (sogenannte Smart Meter) immer wichtiger. Diese intelligenten Zähler sind entscheidend für die effiziente Nutzung von erneuerbaren Energien und die Integration dezentraler Energiequellen in das Stromnetz.

Smart Meter

Ein Smart Meter ist ein intelligenter Stromzähler, der den Stromverbrauch in Echtzeit überwacht und diese Daten an den Netzbetreiber und das Energiemanagementsystem übermittelt. Herkömmliche Zähler messen nur den Gesamtverbrauch. Dagegen können Smart Meter detaillierte Informationen über den Energieverbrauch liefern und helfen bei der effizienten Steuerung des Stromverbrauchs.

Smart Meter bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Zählern:

• Echtzeit-Überwachung: Sie ermöglichen eine genaue Überwachung des Energieverbrauchs in Echtzeit, was zu einer besseren Kontrolle und Optimierung des Stromverbrauchs führt.
• Effizienzsteigerung: Durch die detaillierte Verbrauchsanalyse können Nutzer ihren Energieverbrauch effizienter gestalten und somit Kosten sparen.
• Unterstützung der Energiewende: Smart Meter sind essenziell für die Integration erneuerbarer Energien, da sie den Energiefluss aus dezentralen Quellen wie PV-Anlagen überwachen und steuern.
• Automatisierte Datenübertragung: Die automatische Übermittlung der Verbrauchsdaten an den Netzbetreiber erleichtert die Abrechnung und Verwaltung des Stromnetzes.

Energiemanagement (optional)

Das Energiemanagementsystem steuert und optimiert den Energiefluss innerhalb der PV-Anlage. Das maximiert die Effizienz der Solaranlage und erhöht den Eigenverbrauch von selbst erzeugtem Solarstrom. Es umfasst Hardware und Software zur Überwachung und Steuerung der Energieflüsse und wird mit anderen intelligenten Geräten im Haushalt vernetzt.

Es hat folgende Aufgaben:

• Überwachung der Energieerzeugung und des Verbrauchs
• Optimierung der Nutzung von selbst erzeugtem Strom
• Steuerung der Einspeisung ins Netz und der Nutzung von Stromspeichern

Stromspeicher (optional)

Stromspeicher speichern den überschüssigen Solarstrom zur späteren Nutzung. Dies ermöglicht es, den Eigenverbrauch zu erhöhen und die Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz zu steigern. Er wird meistens zwischen den Solarmodulen und dem Wechselrichter installiert.

Ein typischer Stromspeicher besteht aus einer oder mehreren Batteriezellen, die meist auf Lithium-Ionen-Technologie basieren. Diese Zellen sind in einem Gehäuse untergebracht, das zusätzlich über ein Batteriemanagementsystem (BMS) verfügt. Das BMS überwacht und steuert den Lade- und Entladeprozess zur Maximierung der Lebensdauer und Effizienz des Speichers.

Wallbox (optional)

Eine Wallbox ist eine Ladestation für Elektrofahrzeuge. Sie ermöglicht das schnelle und sichere Laden von E-Autos zu Hause. Sie sind eine komfortable Lösung zur Erhöhung des Eigenverbrauchs der PV-Anlage.

Eine typische Wallbox besteht aus einem robusten Gehäuse, einem Ladekabel und verschiedenen Elektronikkomponenten zur Steuerung und Überwachung des Ladevorgangs. Einige Modelle verfügen zudem über Funktionen zur Integration in das Energiemanagementsystem des Hauses und bieten intelligente Ladeoptionen.