Photovoltaik

Hier kommt Ihr Sonnenstrom

Wie es funktioniert

SMA Solar Technology AG
SMA Solar Technology AG

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch Solarzellen, die aus dem Tageslicht Gleichstrom erzeugen. Dieser kann in Batterien gespeichert werden oder wird mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt, der in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann.

Prinzip einer netzgekoppelten PV-Anlage
Eine netzgekoppelte PV-Anlage besteht im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten:
1. PV-Generator: mehrere PV-Module in Reihen- und Parallelschaltung mit Montagegestell
2. Generatoranschlusskasten
3. Gleich- und Wechselstromverkabelung
4. Wechselrichter
5. Schutz- und Zähleinrichtung

Hauptmerkmal von netzgekoppelten PV-Anlagen ist ihre Anbindung an das öffentliche Stromversorgungsnetz.
Mit dem 100.000-Dächer-Programm (seit 1999) und dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz (seit 2000) hat die Bundesregierung Markteinführungsprogramme für netzgekoppelte PV-Anlagen gestartet, die weltweit viel Beachtung finden.

Prinzip eines Inselsystems
solarwatt_myreserve_seitlich_rechts_freigestelltInselsysteme benötigen in der Regel einen Energiespeicher, um die zeitliche Versetzung von Energiegewinnung und Energieverbrauch auszugleichen. Als Stromspeicher eignen sich Akkumulatoren, kurz Akkus genannt. Grundsätzlich bedeutet aber die Verwendung von Akkus, dass zu ihrem Schutz und damit zum Erreichen hoher Verfügbarkeit und hoher Lebensdauer ein geeigneter Laderegler als Strommanager unverzichtbar ist.
Ein typisches Inselsystem besteht aus folgenden Hauptkomponenten:
1. PV-Generator: ein oder mehrere PV-Module, meist in Parallelschaltung
2. Laderegler
3. Akkumulator
4. Verbraucher

Wie viel Energie produziert eine PV-Anlage?
Ein Kilowatt (kW) installierter PV-Leistung produziert, je nach Standort und Ausrichtung der Anlage, jährlich ca. 750–900 kWh Strom.
Die weit verbreitete standardmäßige 3-kW-PV-Anlage deckt somit den Jahresbedarf einer vierköpfigen Familie zu etwa 80% ab.

Allgemeine Planung
Der optimale Standort für eine Photovoltaikanlage ist eine südorientierte Fläche mit einer Neigung von ca. 30° bis 45°. Eine Abweichung nach Südwest/Südost oder Neigungen zwischen unter 30° oder über 45° verringern den Energieertrag aber nur geringfügig.
Verschattungen durch Nachbarhäuser oder Bäume hingegen sind bei PV-Anlagen zu vermeiden. Denn dadurch können einzelne Module keinen oder nur sehr wenig Strom erzeugen, die dann die Gesamtleistung einer Anlage möglicherweise erheblich negativ beeinflussen. Dies hängt mit der Verschaltung mehrere Module zu einem String zusammen, der dann seine Gesamtleistung nicht erreicht und nicht genügend Energie an den Wechselrichter liefert.
Grundsätzlich gilt die Regel: Der schwächste String regelt die Wechselrichter-Gesamtleistung und somit die Gesamtleistung einer Photovoltaikanlage. Bei größeren Anlagen mit mehreren Wechselrichtern kann man sich durch geschickte Planung auf diese Gegebenheiten besser einstellen.

quickplanMit dem Tool QuickPlan können Sie ganz einfach Ihr Photovoltaik-Projekt einer ersten Überprüfung unterziehen.

Das ersetzt zwar nicht die professionelle Projektierung nach einem Vor-Ort-Termin, erzeugt aber aus den wichtigsten Erfolgsfaktoren schon mal ein sinnvolles Gesamtbild als Entscheidungshilfe für Sie.
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Befestigung einer Photovoltaikanlage
Bei der Befestigung einer PV-Anlage unterscheidet man in:

  • Aufdach- bzw. Schrägdachmontage: Die Befestigung der Module wird direkt auf den Dachpfannen oder dem Welldach fixiert.
  • Indachmontage: Die Befestigung wird in die Dachhaut eingebaut. Dies bedeutet auch, dass die Bauausführung sehr gewissenhaft ausgeführt werden muss, um die Dichtigkeit zu gewährleisten.
  • Flachdachmontage: Hier werden die Module mit Hilfe eines Rahmengestells auf den richtigen Winkel gebracht. Dieses Gestell wird dann mit dem Gebäude verbunden bzw. mit Gewichten windsicher verankert.
  • Freilandaufständerung: Das Prinzip ist ähnlich wie die Flachdachmontage. Die Rahmen werden jedoch mit einem Fundament verbunden.

Solaranlagen können auch als Fassadenanlagen senkrecht bzw. angewinkelt an der Hauswand gebaut werden. Weitere Möglichkeiten der Befestigung lassen sich im Einzelfall mit dem Fachhandwerker besprechen.

Varianten der Installation von Solarmodulen

  • Aufdachmontage
  • Dachintegration
  • Flachdachaufständerung
  • Solarfassade
  • Verschattung

Anlagenpass
Mit Sicherheit mehr Qualität
Eine Photovoltaikanlage ist ein hochwertiges Produkt mit einer langen Lebensdauer von über 30 Jahren – aber nur, wenn gute Komponenten eingesetzt wurden und die Planung nach den Regeln der Technik erfolgt sind. Doch in der Regel kann der Laie nur schwer erkennen, welche Qualität die Anlage aufweist.

Auf der sicheren Seite ist man mit dem Anlagenpass. Dieser ist ein mehrseitiges Formular, das angibt, welche Informationen und Dokumente bei der Übergabe einer PV-Anlage vorliegen und welche Richtlinien bei der Planung und Installation der Anlage beachtet werden sollten.
Darüber hinaus enthält der Pass die Vorlage für ein Protokoll der Abnahmemessung. Es belegt, dass die Anlage bei der Übergabe ordnungsgemäß funktioniert.
Der Handwerker stellt den Pass aus, indem er die aufgelisteten Punkte abhakt, die Protokolle ausfüllt und die entsprechenden Dokumente beilegt.
Mit dem Pass wird – für den Kunden leicht nachvollziehbar – bestätigt, dass nach den Regeln der Technik gearbeitet und ein qualitativ hochwertiges Produkt übergeben wurde.

Der Anlagenpass schafft Transparenz und Sicherheit. Er bestätigt, dass der Handwerker fachgerecht gearbeitet hat und ist damit ein Dokument über die verarbeiteten Komponenten und die Handwerkerleistung. Er stellt aber kein Qualitätszertifikat mit unabhängiger Prüfung dar. Deshalb können von den Pass-Entwicklern Bundesverband Solarwirtschaft (BSW) und Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (ZVEH) auch keine Garantien für die Anlage übernommen werden.
Dennoch sollte für jede neu errichtete Photovoltaikanlage ein Anlagenpass ausgestellt werden. Denn nicht zuletzt wirkt sich ein vorliegender Pass auch positiv auf die Prämien einer Solarversicherung aus.

Blitzschutz
Welche Auswirkung hat ein Blitzeinschlag – wie kann man sich schützen?
Beim Neubau einer Photovoltaikanlage, spätestens aber nach einem Blitzeinschlag, stellt sich die Frage nach einem Blitzschutz für die Anlage.
Eine eindeutige Antwort kann darauf nicht gegeben werden. Denn eine Vielzahl von Faktoren beeinflussen die Entscheidung für oder gegen die Errichtung eines Blitzschutzsystems bzw. die Art des Überspannungsschutzes.

PV-Anlagen können sowohl durch direkte als auch nahe Blitzeinschläge gefährdet werden. Durch die dabei auftretenden hohen Spannungen und sehr großen Ströme entstehen elektrische und magnetische Felder, die die Anlage möglicherweise stark bedrohen.
Die Bedrohungsfälle werden (aufsteigend) unterschieden in:

  • Ferneinschläge (über 1000 m): Dabei kommt es meist nur zu kapazitiven Einwirkungen, die in der Regel nicht gefährlich sind.
  • Naheinschläge (unter 500 m): Hier induzieren die großen magnetischen Felder Überspannungen in den elektrischen Installationsschleifen, die Schäden verursachen können.
  • Indirekte Einschläge: Es fließen Blitzteilströme über die elektrischen Installationen bzw. Versorgungsleitungen. Diese Ströme können große Schäden hervorrufen.
  • Direkte Einschläge: Hier fließt der Blitzstrom, sofern kein Blitzschutzsystem vorhanden ist, über die hauseigenen Installationen. Diese werden in der Regel zerstört. Auch starke mechanische Zerstörungen und Brände sind möglich.

Wie kann man sich dagegen schützen?
Es gibt zwei sich gegenseitig ergänzende Maßnahmepakete, ein Gebäude und damit auch die PV-Anlage zu schützen: die Installation eines Äußeren und eines Inneren Blitzschutzes.
Der Äußere Blitzschutz fängt den direkten Blitzeinschlag ab und leitet den Blitzstrom über die Ableiter und die Erdungsanlage in das Erdreich ab.
Der Innere Blitzschutz reduziert die Überspannungsgefahr im Gebäude.

Bei der Entscheidung, ob ein Blitzschutz für die PV-Anlage erforderlich ist, ist der Rat eines Fachmanns unerlässlich. Die Analyse sollte dabei unter Berücksichtigung der Vornorm DIN V VDE V 0185 Teil 2: 2002 [4] durchgeführt werden. Mit dieser Vornorm ist eine quantitative Bewertung des Blitzschadensrisikos für bauliche Anlagen möglich. Sie bietet eine objektive Entscheidungshilfe, welche Maßnahmen in welchem Umfang zu realisieren sind. Diese Maßnahmen betreffen sowohl den Äußeren als auch den Inneren Blitzschutz.
Der Blitzschutz für eine PV-Anlage erfordert einen Schutz gegen direkte Blitzeinschläge und weitergehende Überspannungsschutzmaßnahmen für die Anlagekomponenten.

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