Eine Photovoltaik-Anlage mit Stromspeicher besteht aus mehreren wichtigen Komponenten, die alle einen bestimmten Zweck erfüllen, um den erzeugten Solarstrom umzuwandeln und dem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Bei der Installation von netzgekoppelten anlagen unterscheidet man zwischen AC- oder DC- gekoppelten Speichern.
Bevor die Anlage einsatzbereit ist, müssen die Komponenten richtig verschaltet werden.
Komponenten einer Photovoltaikanlage
Folgende zu verschaltende Komponenten gehören zu einer Solaranlage:
Solarmodule: Die Solarmodule werden auf dem Dach montiert und bestehen aus ca. 60 Solarzellen pro Modul, in denen mit Sonnenergie ein Energiefluss -und damit Strom- erzeugt wird. Meist werden mehrere PV-Module in einer Reihe geschaltet, was als ‚String‘ bezeichnet wird.
Wechselrichter: Der Wechselrichter wandelt den von den Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der für die elektrischen Geräte der Verbraucher nutzbar ist.
Generatoranschluss: Im GAK laufen die Strings zusammen und bilden die Gleichstromhauptschaltung. Hier befindet sich auch eine Sicherung vor Überspannung, die auch Schäden durch Blitzeinschläge verhindert.
Einspeisezähler: Ein Einspeisezähler befindet sich an netzgekoppelten PV-Anlagen. Dieser misst die Mengen an Energie, und wie viel Strom ins Netz eingespeist wird. Meist fließt der Energieüberschuss, der nicht zum Eigenverbrauch beiträgt, ins öffentliche Stromnetz.
Stromspeicher: Stromspeicher gibt es oft schon zu Solaranlagen dazu, können aber auch später noch nachgerüstet werden. Hier wird der umgewandelte, nicht genutzte Strom gespeichert und für einen späteren Zeitpunkt bereitgestellt.
Kabel: Bei Photovoltaikanlagen gibt es natürlich auch Kabel zur Verschaltung der Komponenten. Davon gibt es zwei Arten, die Gleichstromverkabelung und die Wechselstromverkabelung.
Anlageüberwachung: Die Anlageüberwachung erfolgt durch Online-Monitoring über die Internetverbindung. Hier werden alle Erträge, Einspeisungen und der eigene Stromverbrauch dokumentiert. Auch die einzelnen Komponenten werden überwacht, falls es mal zu Ausfällen kommen sollte. An sich beträgt die Lebensdauer einer PV-Anlage jedoch um die 20 Jahre.
Laderegler: Ein Laderegler verhindert eine Überladung der Batterie.
Schaltplan der PV-Anlage
Netzgekoppelte Solaranlage mit AC-gekoppeltem Speicher
AC-Kopplung = Der Speicher wird nach dem Wechselrichter angeschlossen
Schaltplan
Zuerst werden die Module montiert und installiert. Diese werden in Reihen untereinander verschaltet, zu sogenannten ‚Strings‘. Dabei wird jeweils das Pluskabel des einen Moduls an das Minuskabel des nächsten geschlossen.
Die Strings werden am Generatoranschlusskasten zur Gleichstromhauptleitung zusammengeschlossen. Die jeweils Anfangs- und End-Gleichstromkabel der Strings werden dann mit den Plus- und Minusanschluss am Wechselrichter verbunden.
Im Wechselrichter wird der Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt. Danach geht es mit der Wechselstromverkabelung weiter zum PV-Zähler. Daran wird sowohl der Verbraucher geschlossen, als auch der Einspeisezähler, der über den Hausanschluss ins öffentliche Netz führt.
Ebenso wird der Batteriewechselrichter mit Laderegler mit dem PV-Zähler verschaltet. Dieser wandelt den Wechselstrom wieder in Gleichstrom um und speichert ihn im Stromspeicher (Batterie).
Um den gespeicherten Solarstrom nutzen zu können, wird der Gleichstrom aus der Batterie genutzt, der wieder zurück über den Batteriewechselrichter fließt und dabei in Wechselstrom gewandelt wird, der anschließend vom Verbraucher genutzt wird.
PV Schaltplan PDF Download
Vor- und Nachteile
Bei der AC-Kopplung gibt es neben dem normalen Wechselrichter noch einen zusätzlichen Batteriewechselrichter für den Speicher. Durch die häufigere Umwandlung des Stroms kommt es zu höheren Verlusten als bei einer DC-Kopplung.
Der Vorteil dabei ist die Unabhängigkeit des Speichers vom Batteriewechselrichter. Damit ist eine AC-Kopplung perfekt für die Nachrüstung eines Stromspeichers geeignet.
Netzgekoppelte Solaranlage mit DC-gekoppeltem Speicher
DC-Kopplung = Der Anschluss des Speichers erfolgt vor dem Wechselrichter
Schaltplan
Auch bei Photovoltaik mit DC-Kopplung werden die Solarmodule untereinander zu Strings verschaltet, die zuerst zum Gleichstromwandler mit Laderegler führen. Dieser ist mit dem Batteriespeicher verschaltet und speichert den ankommenden Gleichstrom direkt ein.
Des Weiteren ist auch der Wechselrichter am Gleichstromwandler angeschlossen. Dieser wandelt nun den nicht-gespeicherten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um, und führt weiter zu den Zählern (PV-Zähler, Einspeisezähler, Bezugszähler).
Von da aus wird der Strom weiter über den PV-Zähler zum Verbraucher geleitet, und über den Einspeisezähler zum Hausanschluss, wo der Strom ins öffentliche Stromnetz fließt.
Bei Gebrauch des in der Batterie gespeicherten Gleichstroms, wird dieser über den normalen Wechselrichter geleitet, wo er in Wechselstrom umgewandelt wird und weiter zum Verbraucher fließt.
Vor- und Nachteile
Da bei der DC-Kopplung weniger Stromumwandlungen benötigt werden, ist die Leistung, bzw. der Wirkungsgrad, höher als bei der AC-Kopplung. Es geht weniger Energie verloren.
Der Nachteil ist, dass alle Komponenten aufeinander abgestimmt sein müssen. Der Speicher ist nicht unabhängig und deswegen ist die DC-Kopplung eher für Neuanlagen geeignet – nicht für Nachrüstungen.
Wie werden die PV Module verkabelt?
Im Allgemeinen können Photovoltaikmodule (PV-Module) auf zwei Hauptarten miteinander verkabelt: In Reihe / Serie oder parallel.
Serienschaltung (String)
Bei der Serienschaltung werden die Pluspol (+) eines Moduls und der Minuspol (–) des nächsten Moduls miteinander verbunden. Dies hat zur Folge, dass die Spannung der Module addiert wird, während der Strom gleich bleibt.
- Verbinde den Pluspol des ersten Moduls mit dem Minuspol des nächsten Moduls.
- Wiederhole diesen Vorgang für alle Module im String.
- Die freien Enden (Plus des ersten Moduls und Minus des letzten Moduls im String) werden dann zum Wechselrichter geführt.
Parallelschaltung
Bei der Parallelschaltung werden alle Pluspole miteinander und alle Minuspole miteinander verbunden. Dadurch bleibt die Spannung gleich, während der Strom addiert wird.
- Verbinde den Pluspol des ersten Moduls mit dem Pluspol des nächsten Moduls.
- Wiederhole diesen Vorgang für alle Module, die parallel geschaltet werden sollen.
- Mache dasselbe für die Minuspole der Module.
- Die gebündelten Plus- und Minuskabel werden dann zum Wechselrichter geführt.
Kombination von Serie und Parallel
In vielen Fällen werden Module sowohl in Serie als auch parallel geschaltet, um die gewünschte Systemspannung und Stromstärke zu erreichen.
Mehr dazu: Solarmodule in Reihe oder parallel schalten?
Welcher Querschnitt für die Solarkabel?
- Kabel mit einem Querschnitt von 4 mm² oder 6 mm² werden häufig für kleinere bis mittlere Anlagen verwendet.
- Für größere Anlagen oder längere Kabelwege können auch Kabel mit 10 mm² oder mehr erforderlich sein.
Fazit
Beide Kopplungsarten haben sowohl Vorteile als auch Nachteile, die bei der Wahl berücksichtigt werden müssen.
Bei einer bestehenden Anlage, die über eine AC-Kopplung verfügt, ist eine Nachrüstung des Speichers möglich. Wenn man sich also eine PV-Anlage anschafft und noch nicht sicher ist ob ein Speicher gewollt ist, kann sich für diese Kopplung entschieden werden, sodass bei Bedarf später noch ein Speicher dazugekauft werden kann.
Beim Neukauf von PV-Anlagen mit Speicher kann man sich für die leistungsstärkere DC-Kopplung entscheiden. Dies ist kostengünstiger als eine spätere Nachrüstung.
