Aufbau und Komponenten einer Photovoltaik-Anlage

 

Grundsätzlich lassen sich Photovoltaik anhand Ihres Einsatzgebiets in zwei Arten einteilen: Inselanlagen und Anlagen zur Netzeinspeisung des erzeugten Stroms. Letzteren kommt in urbanen Bereiche eine wesentlich größere Bedeutung zu, weshalb Ihnen an dieser Stelle auch eine intensivere Betrachtung eingeräumt wird.

Inselanlagen oder Off Grid-Systeme dienen dazu, Strom in nicht ans öffentliche Netz angebundenen Gebieten zur Verfügung zu haben. Anwendungsfälle sind z.B. Wochenendhäuser, aber auch autarke Wohnmobile oder Boote. Um auch bei Nacht oder nicht ausreichender Einstrahlung Strom zur Verfügung zu haben, kommt bei Inselanlagen der Speicherung der Energie eine wesentliche Rolle zu. Der Stromspeicher in Form eines Akkumulators (wiederaufladbare Batterie) und der dazugehörige Laderegler (der neben seiner eigentlichen Ladefunktion die Überladung des Akkus vermeidet und eine Tiefentladung verhindert) sind dann auch die größten Unterschiede zur netzgekoppelten Anlage. Die Größe des Solargenerators, d.h. die Anzahl und die Verschaltung der Module sowie die Dimensionierung von Batterie, Laderegler und Wechselrichter hängen vom Spannungsart und Leistungsbedarf der Verbraucher, dem Nutzungsverhalten und der täglichen Nutzungsdauer ab. Beim eingesetzten Wechselrichter ist wiederum die Art der zu versorgenden Geräte zu beachten. Um 230V-Glühlampen oder einen Heizlüfter zu betreiben ist ein einfacher Rechteck-Wechselrichter ausreichend. Sollen elektronische Geräte wie z.B. Computer versorgt werden, so ist ein wesentlich teurerer Sinus-Wechselrichter notwendig, der eine saubere Sinuswelle wie im "normalen" Stromnetz aus der gelieferten Gleichspannung generieren kann.

 

 

In der Regel kommen jedoch netzgekoppelte Photovoltaikanlagen zum Einsatz, d.h. der erzeugte Strom wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist und zu dem im EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) für die jeweilige Anlagenart und -größe festgelegten Preis vergütet. Die wichtigsten Komponenten einer derartigen Anlage sind in der folgenden Grafik abgebildet:

 

 

Die Summe der verwendeten PV-Module bildet den Generator. Die Module liefern einzeln eine zu geringe Gleichspannung, um direkt mit dem Wechselrichter verbunden zu werden. Deshalb müssen mehrere Module in Serie zu einem sogenannten Strang (englisch: String) geschaltet werden, in dem sich die Spannungen der Module addieren. Wieviele Module das mindestens sein müssen und höchstens sein dürfen, hängt vom Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters ab. Möchte man noch mehr Module anschließen, können an die meisten Wechselrichter mehrere Stränge parallel angeschlossen werden. Hier ist zu beachten, dass die Leistung, die der Generator im Betrieb bringt, nicht über der maximal erlaubten des Wechselrichters liegen darf. Um Asymmetrien im Stromnetz zu vermeiden (sogenannte Schieflast), ist es nur erlaubt, bis zu einer Leistung von 4,6 Kilowatt einphasig ins Netz einzuspeisen. Bei höheren Leistungen müssen dreiphasig einspeisende Wechselrichter verwendet werden oder mehrere kleinere, einphasig einspeisende Geräte zum Einsatz kommen. Damit es durch das Einspeisen keine Beeinträchtigungen des Versorgungsnetzes gibt, muss der Wechselrichter als zentrale Komponente der Anlage alle vom Energieversorgungsunternehmen geforderten Anschlussbedingungen erfüllen (Konformitätserklärung), ansonsten erhält die Anlage vom EVU keine Genehmigung zum Betrieb.

Seit Anfang 2009 besteht in Deutschland die Möglichkeit der Eigennutzung des selbst erzeugten Solarstroms. Hierfür muss zusätzlich zu den in der Abbildung aufgeführten Komponenten ein weiterer Stromzähler in die Anlage integriert werden, der diesen Strom misst.