Woraus besteht eine PV-Anlage?

Abbildung 7: Einspeisung von Solarstrom in ein öffentliches Netz (Quelle: GrAT)

Die wichtigsten Bestandteile von Photovoltaik-Anlagen sind die Solarmodule. Zu einer Anlage werden sie aber erst in Kombination mit anderen Komponenten. Eine PV-Anlage enthält in jedem Fall folgende Basiskomponenten:

Solarmodule
Leitungen, Schalter, Sicherungen
Wechselrichter
Gestelle/Befestigung

Die einzelnen Solarmodule (z. B. Glas-Glas-Module mit darin eingeschlossenen Solarzellen) werden in einer PV-Anlage zu einem sogenannten „Solargenerator“ miteinander verschaltet, und zwar in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung.

Mit einer Reihenschaltung steigt die Gesamtspannung bei gleichbleibender Stromstärke; bei der Parallelschaltung wird die Stromstärke erhöht, während die Spannung gleich bleibt. Bei unverschatteten PV-Flächen werden die Module üblicherweise in Reihe geschaltet. Wenn jedoch damit zu rechnen ist, dass Teile der PV-Anlage zeitweise verschattet werden, empfiehlt sich die Parallelschaltung, um keine Kettenreaktion von Ausfällen auszulösen. (Die Verschattung ist ein wichtiger Punkt bei der Planung von PV-Anlagen, wir kommen später noch einmal darauf zurück.)

In Solarzellen wird Gleichstrom erzeugt. Für die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz braucht man aber 50 Hertz Wechselstrom, d. h. einen Strom, der 50-mal in der Sekunde seine Polarität wechselt. Deshalb ist ein Wechselrichter notwendig, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Daraufhin kann ein Transformator die Wechselspannung in Wechselspannung von 230 Volt (bei Einspeisung in eine Phase) bzw. 400 Volt (bei dreiphasiger Einspeisung) umwandeln, wie sie für die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz benötigt wird.

Funktionsweise einer netzgekoppelten Solarstromanlage

Je nachdem, wo am Gebäude die Solaranlage montiert wird, werden unterschiedliche (Metall- ) Gestelle und Befestigungsvarianten verwendet. Auf Schrägdächern werden die Solarmodule beispielsweise parallel zum Dach montiert – die Gestelle dafür unterscheiden sich von solchen für Flachdächer, wo sogenannte „Aufständerungen“ zum Einsatz kommen. Solarmodule können auch konventionelle Bauteile direkt ersetzen, z. B. in Form von Solardachziegeln oder Solarfassadenteilen. Sie können ähnlich wie die konventionellen Bauteile befestigt werden.

Das folgende Video erklärt anschaulich, wie eine netzgekoppelte PV Anlage funktioniert:

Mit einer Erhöhung des PV-Stromanteils wird ein flexibleres Gesamtsystem notwenig. „Die Speicher ermöglichen es, Angebot und Nachfrage – auch in Kombination mit Demand Side Management (DSM) – auszugleichen und die Systemstabilität zu erhöhen. Somit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit.“ (Dena)

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen den folgenden vier verschiedenen Speicherformen für elektrische Energie:

mechanische Speicherung (z. B. Pump- und Druckluftspeicher)
elektrochemische Speicherung (z. B. Akkumulatoren und Wasserstoffspeicher)
thermische Speicherung (z. B. Wasser- und Latentwärmespeicher)
elektrische Speicherung (z. B. Kondensatoren und Spulen)

Während elektrische Energie bei Kondensatoren oder Spulen direkt, also in Form von elektrischer Energie gespeichert wird, ist bei mechanischen, thermischen bzw. elektrochemischen Speichern von einer indirekten Speicherung die Rede, da elektrische Energie zur Speicherung umgewandelt wird (Felberbauer 2012).

Speicher sind auch für Inselanlagen notwendig, da nicht an ein Stromnetz angeschlossen sind und die daher nur den selbst erzeugten Strom nutzen können. Allerdings kann nicht immer so viel Strom aus der Sonnenenergie hergestellt werden, wie gerade benötigt wird. Im Winter und bei Schlechtwetter wird meist weniger Strom erzeugt, als benötigt wird. In der Nacht wird gar kein Strom erzeugt. Weil bei Inselanlagen der fehlende Strom nicht aus dem Netz bezogen werden kann, brauchen diese Anlagen Akkumulatoren („Batterien“), die den erzeugten Strom speichern (als „Kurzzeit-Pufferspeicher“). Üblicherweise werden für PV-Anlagen Blei-Akkus verwendet.

Zusätzlich braucht man Laderegler, die dafür sorgen, dass die Akkumulatoren effizient und sicher aufgeladen und entladen werden. Sie steuern die Auf- und Entladung, registrieren kritische Temperaturänderungen und schützen vor Überladung. Sie helfen damit, die Lebensdauer von Akkus zu verlängern und den Betrieb sicher zu halten.

Definition Inselanlagen

Darunter versteht man Anlagen oder Geräte, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind. Kleine Geräte wie Ventilatoren oder Kühlschränke aber auch größere Anlagen wie Wohnwägen, Kleingärten oder ganze Ferienhäuser können sich somit eigenständig mit Energie versorgen, falls keine Möglichkeit des Anschlusses gegeben ist.

Woraus besteht eine PV-Anlage?

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