Die PhotovoltaikanlagePhotovoltaikanlage Eine Photovoltaikanlage, in Kurzform PV-Anlage genannt, ist eine Anlage, welche die Solarenergie (Sonnenstrahlung) mit Hilfe von spezieller Solartechnik (Solarmodule) in elektrische Energie umwandelt. Hinweis: Anstelle der Photovoltaikanlage wird oftmals von einer Solaranlage gesprochen. Die Begriffe werden somit nicht selten synonym verwendet und meinen in diesem Zusammenhang das Gleiche. Der Begriff Solaranlage bezeichnet grundsätzlich jede Anlage, welche die Sonnenstrahlung mithilfe spezieller Solartechnik in eine andere Energieform umwandelt. Dabei sind es vor allem zwei Arten von Solar-anlagen: Die Solarthermie-Anlage, welche die Solarenergie in Wärmeenergie umwandelt und somit zur Warmwasserversorgung beiträgt. Die Photovoltaik-Anlage, welche die Solarenergie in elektrische Energie, also Solarstrom, umwandelt und somit zur Stromversorgung beiträgt

Eine PhotovoltaikPhotovoltaik Der Begriff der Photovoltaik leitet sich aus dem griechischen „Phos“ für Licht und „Volt“, der Einheit für die elektrische Spannung, ab. Photovoltaik bezeichnet also die Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Die Photovoltaik ist ein Teilbereich der Solartechnik, die weitere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.-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 EigenverbrauchsanteilEigenverbrauchsanteil Der Eigenverbrauchsanteil gibt an, wieviel des erzeugten erneuerbaren Stromes einer PV-Anlage zur Verbrauchsdeckung selbst genutzt wurde. Der durchschnittliche Eigenverbrauchsanteil bei einer PV-Anlage ohne PV-Speicher liegt bei rund 30 bis 40 %. Bei einer PV-Anlage mit Speicher kann dieser jedoch auf bis zu 70 % oder mehr steigen. Das heißt, ein PV-Speicher erhöht wesentlich die Unabhängigkeit vom örtlichen Netzversorger. Je mehr Solarstrom man selbst verbraucht, desto weniger Strom muss aus dem öffentlichen Netz bezogen werden. 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 EinspeisevergütungEinspeisevergütung Die Einspeisevergütung ist ein wichtiger Bestandteil des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG). Dieses legt fest, dass für jede Kilowattstunde Solarstrom, die in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, eine Vergütung an den Anlagenbetreiber ausgezahlt werden muss. Die Höhe der EEG-Einspeisevergütung wird dabei entsprechend der jährlichen Degressionsrate an den aktuellen Photovoltaik-Zubau angepasst. Im Mai 2021 beträgt die EEG-Einspeisevergütung 7,69 ct/kWh bei bis zu 10 kWp PV-Anlagengröße und bei größer 10 kWp bis zu 40 kWp 7,47 ct/kWh. Die Einspeisevergütung ist dem Anlagenbetreiber dabei für die ersten 20 Jahre nach Inbetriebnahme seiner PV-Anlage gesetzlich zugesichert. Die Höhe der erhaltenen EEG-Vergütung für den eingespeisten Solarstrom ändert sich in diesem Zeitraum somit nicht..

Die zentralen Komponenten einer Photovoltaik-Anlage sind die Solarmodule, der WechselrichterWechselrichter Der Wechselrichter ist das wichtigste Bauelement in einer PV-Anlage und wandelt den Gleichstrom (DC) in netzkonformen Wechselstrom (AC) um. und der Stromspeicher (Batterie). Um die Versorgungssicherheit von Verbrauchern bei Stromausfall durch den Netzversorger zu erhöhen, kann eine ErsatzstromversorgungInselstromfunktion Unter dem Begriff Inselstromfunktion oder auch Ersatzstromversorgung versteht man PV-Anlagen, die bei einem Stromausfall des öffentlichen Netzes automatisch ein vollständig autarkes Hausstromnetz aufbauen können. Auf diese Weise können Anlagenbetreiber auch dann Solarstrom erzeugen und verbrauchen oder Strom aus dem PV-Speicher entnehmen, wenn das öffentliche Netz ausfällt. Bei Wiederkehr des öffentlichen Netzes schaltet dann die PV-Anlage wieder selbständig in den Normalbetrieb um. der PV-AnlagePhotovoltaikanlage Eine Photovoltaikanlage, in Kurzform PV-Anlage genannt, ist eine Anlage, welche die Solarenergie (Sonnenstrahlung) mit Hilfe von spezieller Solartechnik (Solarmodule) in elektrische Energie umwandelt. Hinweis: Anstelle der Photovoltaikanlage wird oftmals von einer Solaranlage gesprochen. Die Begriffe werden somit nicht selten synonym verwendet und meinen in diesem Zusammenhang das Gleiche. Der Begriff Solaranlage bezeichnet grundsätzlich jede Anlage, welche die Sonnenstrahlung mithilfe spezieller Solartechnik in eine andere Energieform umwandelt. Dabei sind es vor allem zwei Arten von Solar-anlagen: Die Solarthermie-Anlage, welche die Solarenergie in Wärmeenergie umwandelt und somit zur Warmwasserversorgung beiträgt. Die Photovoltaik-Anlage, welche die Solarenergie in elektrische Energie, also Solarstrom, umwandelt und somit zur Stromversorgung beiträgt 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 WallboxWallbox Eine Wallbox ist eine spezielle Form der Elektroladesäule, die vor allem in Privathaushalten zum Einsatz kommt. Sie macht es möglich, das Elekt-roauto in der eigenen Garage oder der Auffahrt mit Strom zu versorgen. Denn in Verbindung mit einem PV-Speicher lässt sich ein Teil des selbst erzeugten Solarstroms zur Aufladung des E-Autos nutzen. Dadurch er-höht sich der Eigenverbrauchsanteil was wiederum die Rendite erhöht. dazu, um das E-Auto mit Solarenergie wirtschaftlich effizient aufzuladen.

Das Solarfeld auf dem Dach

Das SolarmodulKollektor Der Begriff Kollektor, im Zusammenhang mit PV-Anlagen, wird auch Solarmodul genannt und sammelt das Sonnenlicht, welches in elektrische Leistung umgewandelt wird.

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 (GleichstromGleichstrom Als Gleichstrom wird der Strom bezeichnet, bei dem die Ladungsträger stetig gleichbleibend fließen, und zwar sowohl in Richtung als auch in Stärke. Das Gegenteil vom Gleichstrom ist der Wechselstrom (AC). PV Module erzeugen grundsätzlich Gleichstrom, der über ein Plus- und Minuskabel zum Wechselrichter transportiert wird. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, der schließlich ins Hausnetz und ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird.) 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-SpeicherPV-Speicher Der PV-Speicher oder Photovoltaik-Speicher oder auch PV-Batterie genannt, ist ein Energiespeicher, der es möglich macht, den erzeugten und nicht direkt verbrauchten Solarstrom zu speichern. Auf diese Weise kann der gespeicherte Solarstrom auch dann verbraucht werden, wenn die PV-Anlage zu wenig oder keinen (Abend, Nacht) Solarstrom produziert. Der durchschnittliche Eigenverbrauchsanteil bei einer PV-Anlage ohne PV-Speicher liegt bei rund 30 bis 40 %. Bei einer PV-Anlage mit Speicher kann dieser jedoch auf bis zu 70 % oder mehr steigen. Das heißt, ein PV-Speicher erhöht wesentlich die Unabhängigkeit vom örtlichen Netzversorger. Je mehr Solarstrom man selbst verbraucht, desto weniger Strom muss aus dem öffentlichen Netz bezogen werden.) 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 AutarkiegradAutarkiegrad Der Autarkiegrad ist der Anteil wieviel des elektrischen Gesamtverbrauches mithilfe der Photovoltaikanlage gedeckt werden konnte oder anders ausgedrückt, der Autarkiegrad ist der Anteil des selbst genutzten Stroms am gesamten Stromverbrauch. Bei einem Autarkiegrad von 100% wäre somit kein Netzbezug mehr notwendig..

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.