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Wechselrichter sorgt für Ausgleich zwischen Strom und Spannung

Der Gleichstrom, der von den Solarmodulen erzeugt wird, muss in Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter – für den Eigenverbrauch und die Einspeisung ins öffentliche Netz. Die Geräte haben einen Wirkungsgrad bis 98 Prozent. Da die Sonnenausbeute schwankt, muss der gesamte Leistungsbereich beachtet werden. Das bildet der „Europäische Wirkungsgrad“ ab, erfasst – ebenso der durchschnittliche Wert – in den Datenblättern.

Die Spannung, die die Module erzeugen, ist abhängig von der Temperatur, die Stromstärke wiederum von der Sonneneinstrahlung. Das Produkt aus beiden macht die Leistung der PV-Anlage aus. Dabei schwankt das Verhältnis zwischen Spannung und Stromstärke ständig. Das bedeutet: Der Wechselrichter muss fortwährend den optimalen Arbeitspunkt ermitteln, den Maximum Power Point (MPP). Und die Aufgabe hat der sogenannte MPP-Tracker.

Leistungsoptimierer wiederum passen die bestmöglichen Arbeitspunkte der Solarmodule an und kontrollieren deren Leistung, insbesondere bei kleineren Anlagen. Auch die jeweiligen Solarmodule liefern in der Regel unterschiedliche Leistung – abhängig von Dachneigung oder Ausrichtung. Was jedoch über die Stränge oder Strings am Wechselrichter ankommt, muss gleichen Bedingungen unterliegen. Daher wird für unterschiedliche Solarmodule jeweils ein eigener Strang geplant.

Die richtige Dimension für den Wechselrichter ermitteln

Da die Solarmodule nicht ständig maximale Leistung bringen, hat man früher dazu geraten, die Wechselrichter zu unterdimensionieren, etwa bei Anlagen mit ungünstigen Dachverhältnissen. Das heißt, es wurde beispielsweise bei einer Anlagenleistung von 10 kWp zu einem Wechselrichter mit 7 kWp Auslegung geraten.

Doch die Ausbeute der Solarmodule und die Qualität der Wechselrichter haben sich verbessert. Außerdem benötigt der Wechselrichter Reserven, wenn die Sonneneinstrahlung hoch ist und das Netz stark ausgelastet. Auf der anderen Seite sollte der Wechselrichter auch nicht größer sein als es die PV-Anlage hergibt. Sonst läuft er zu viel auf Teillastbetrieb, das heißt, die Bauteile sind nicht ausgelastet und arbeiten ineffektiv.

Aufgaben des Wechselrichters
Dreh- in Wechselstrom umwandeln	verlustarm, Wirkungsgrad bei 98 Prozent, Europäischer Wirkungsgrad in den Datenblättern
Leistung optimieren	optimalen Arbeitspunkt bestimmen für unterschiedliche Leistung der Solarmodule
Überwachen und sichern	Ertrag messen, Störungen anzeigen, Überwachung öffentliches Netz, sichere Abschaltung
Kommunikation/Monitoring	Daten vor Ort am Wechselrichter ablesbar; ortsunabhängig über Bluetooth/GPRS an PC/Internet/Smartphone abrufbar

Batteriespeicher versorgen mit Strom, wenn die Sonne nicht scheint

Das Prinzip eines Speichers ist einfach: Er nutzt den Strom, den die PV-Anlage zu den starken Phasen erzeugt, zu anderen Zeiten. So wird der Strom nicht ins öffentliche Netz eingespeist, sondern steht Ihnen zur Verfügung: Sie steigern Ihren Eigenverbrauch, was ja mittlerweile angebracht ist. Am häufigsten verwendet werden Lithium-Ionen-Batterien. Sie haben einen hohen Wirkungsgrad, hohe Energiedichte und halten lange.

Lithium-Ionen-Batterien gibt es in vielen Materialkombinationen. Die einen haben eine hohe Energiedichte, aber eher kurze Lebensdauer (Lithium-Cobalt-Oxid, LCO), andere eine geringere Energiedichte, sind dafür robuster und umweltfreundlicher (Lithium-Mangan-Oxid-Spinell, LMS, LMO); eine Kombi oder ein Kompromiss sind Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan (NMC, NCM) mit hoher Energiedichte, Leistungsfähigkeit und moderaten Kosten.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Bleiakkus müssen Lithium-Ionen-Batterien elektronisch überwacht werden und sind recht empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. Ihre Bestandteile: Lithiumbatterien, Batteriemanagementsystem, Monitoringsystem, Wechselrichter.

Tipp: Oft sind die installierten Speicher zu groß. Das lässt die Batterie schnell altern. Die Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen empfiehlt daher als Richtwert etwa 1 Kilowattstunde Batteriekapazität pro 1.000 kWh Jahresstromverbrauch.

Was die Wirtschaftlichkeit betrifft, so wird die Bilanz für den Einsatz von Batteriespeichern zunehmend besser. Dennoch ist die Anschaffung teuer und ein Batteriespeicher hält nicht so lange wie die PV-Anlage. Allerdings gibt es in einigen Bundesländern Förderungen für Batteriespeicher.

Cloudlösung: Im Sommer „tanken“, im Winter verbrauchen

Die Cloudlösung kennen wir vom Datenmanagement: Dateien, Fotos, Videos schieben wir auf den Server eines Cloudanbieters, um Platz auf dem PC zu schaffen. Übertragen auf Photovoltaik: Der Überschuss im Sommer fließt in die Cloud, im Winter bedient man sich. Abgerechnet wird der Betrag zwischen Verbrauch und Überschuss.

Angeboten werden Cloudlösungen von großen Energieunternehmen. Dabei fällt eine monatliche Grundgebühr an. Oft handelt es sich um ein Komplettangebot aus PV-Anlage und Cloud. Das allerdings bindet an das Unternehmen und an die installierte PV-Anlage, die Sie dann nicht mehr nachrüsten können. Wägen Sie eine solche Lösung sehr sorgfältig ab.

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Mit Photovoltaik auch Wärme erzeugen

Noch vor kurzem war es wirtschaftlich nicht sinnvoll, Strom in Wärme umzuwandeln. Doch die Kosten für Photovoltaik sind gesunken. Daher kann es durchaus von Interesse sein, einen Warmwasserboiler oder Durchlauferhitzer mit selbst erzeugtem Strom zu betreiben.

Was das Heizen betrifft, war es bisher eine effiziente Lösung verschiedene Heizmedien zu kombinieren: konventionelle fossile Heizungen bzw. Pelletheizung mit einer solarthermischen Anlage. Fossile Heizungen sind angesichts der Energiewende Auslaufmodelle. Bei Solarthermie handelt es sich übrigens um ein Verfahren – anders als Photovoltaik –, das Wärme aus Sonnenenergie nutzt. Es arbeitet mit einem Pufferspeicher als Wärmeträger.

Auch Direkt-Stromheizungen wie Infrarotheizungen werden wieder attraktiver, wenn sie mit eigenem Solarstrom betrieben werden. Damit können fossile Energieträger eingespart werden.

Nun ist daneben, durch die gesunkenen Kosten, auch der Einsatz einer PV-Anlage zum Bereitstellen von warmem Wasser interessant geworden – allerdings immer in Kombination mit anderen Heizformen. Denn Sie benötigen gerade in der sonnenarmen Zeit besonders viel Wärme und die Speichermedien sind dazu nicht ausgelegt.

Kompakte Stecker-Solargeräte sind eine charmante Lösung

Im Trend liegen sogenannte Stecker-Solargeräte. Das sind kleinste PV-Anlagen etwa für den Balkon. Sie sind günstig, 300-Watt-Module gibt es schon ab 300 Euro, inklusive Wechselrichter; hinzu kommt an Kosten allerdings noch eine fachgerechte Installation. Platzieren kann man die Geräte auf dem Südseitenbalkon, dem Garagendach oder Rasen. Mittlerweile gibt es etwa 100.000 solcher Stecker-Solargeräte in Deutschland.

Zu beachten ist, dass die Anlagen moderne digitale Zähler benötigen, die in beide Richtungen messen können. Nur so ist erkennbar, wie viel Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen und wie viel geliefert wird. Die kleinen Anlagen lohnen sich vor allem, um den Eigenverbrauch zu steigern – für den Stromverbrauch, der tagsüber gleichmäßig hoch ist.

Absichern sollte man sich mit dem Einverständnis des Vermieters oder der Eigentümergemeinschaft. Man kommt auch nicht drumherum, die kleinen PV-Anlagen beim lokalen Netzbetreiber anzumelden und im Marktstammdatenregister, früher Bundesnetzagentur, zu registrieren.

Was steckt hinter dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)?

Seit 2000 gibt es das EEG, seither ist der Ertrag aus Erneuerbaren gestiegen, der CO₂-Ausstoß gesunken – stark verändert haben… weiterlesen

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