Photovoltaikanlage Aufbau: Alle 7 Komponenten im Überblick

Beim Aufbau einer Photovoltaikanlage wird grob in zwei Hauptbestandteile unterschieden: in die Solarmodule und den Wechselrichter, auch Netzeinspeisegerät genannt. Die Module werden auf einer Unterkonstruktion beziehungsweise einem Montagegestell befestigt und mit Solarkabeln verbunden beziehungsweise angeschlossen. Zudem gibt es noch einen Stromzähler und optional einen Batteriespeicher, mit dem sich die erzeugte Energie auch nutzen lässt, wenn die Sonne nicht scheint.

Aus diesen 7 Komponenten ist eine Photovoltaikanlage aufgebaut (Überblick)

Die nachfolgenden Bauteile sorgen dafür, dass die Sonnenenergie in nutzbaren Strom umgewandelt werden kann:

Komponente #1: Montagegestell

Um die Solarmodule auf dem Dach zu befestigen, ist eine Unterkonstruktion notwendig. Diese Konstruktion muss neben dem eigentlichen Gewicht der PV-Anlage auch eine zusätzliche Windlast tragen. Je nach Wohnort, kann auch eine Schneelast hinzukommen.

Die Unterkonstruktion muss mit den tragenden Dachbalken verbunden werden, die das Hausdach halten und das zusätzliche Gewicht normalerweise ohne Probleme aufnehmen können. Bei älteren Dächern oder Flachdächern sollte ein Statiker hinzugezogen werden, der das zusätzliche Gewicht berechnet und feststellen kann, ob das Dach die PV-Anlage trägt.

In die Balken werden die Dachhaken mit sogenannten Tellerkopfschrauben aus Edelstahl verschraubt, wobei jeder Haken mit mindestens zwei Schrauben befestigt wird. Da die Haken aus dem Dachziegel herausragen, muss jeder Dachziegel mit dem Winkelschleifer bearbeitet werden.

Das Montagegestell sichert einen ausreichenden Abstand zwischen dem Dach und den Solarmodulen, da letztere eine gute Belüftung und eine ausreichende Abkühlung benötigen.

Bei einer PV-Anlage mit einer Leistung von 10 Kilowattpeak werden zwischen 40 und 80 Dachhaken benötigt. Die Haken werden anschließend mit einer Aluminiumschiene verbunden. Pro Modulreihe werden zwei Schienen eingebaut, auf denen mit speziellen Klemmen die Solarmodule dann befestigt werden.

Komponente #2: Solarmodule

Das Kernstück jeder Photovoltaikanlage sind die Solarmodule oder Solarpanels. Sie erzeugen den Strom.

Die in Reihe geschalteten Solarmodule werden als Strang oder String bezeichnet, und so kann jede PV-Anlage aus mehreren Strängen bestehen. Es ist auch möglich, die Module parallel zu verschalten.

Beim Kauf der Solarmodule rate ich als Landschaftsgärtner dazu, etwas mehr Geld in eine angemessene Qualität und Technik zu investieren, was sich am Ende durch höhere und längerfristige Erträge bezahlt macht. Wichtige Kaufkriterien sind neben der Lebensdauer der Wirkungsgrad und die Leistung. Ein modernes Modul hat eine Maximalleistung von bis zu 350 Wattpeak und benötigt rund 1,7 Quadratmeter Fläche.

In jedem Modul sind mehrere Solarzellen zusammengeschlossen. Moderne Module haben 60 Zellen oder 120 Halbzellen. Halbzellen haben einen geringeren Widerstand, wodurch bis zu 5 Prozent mehr Strom erzeugt werden kann.

Auf dem Markt gibt es verschiedene Arten von Solarmodulen wie monokristalline oder polykristalline Module, Dünnschichtmodule oder Module mit organischen Solarzellen. Polykristalline Module haben ein besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis und werden daher häufiger als monokristalline Zellen genutzt. Für den privaten Gebrauch sind monokristalline Module immer dann sinnvoll, wenn eine geringe Fläche zur Verfügung steht.

Dünnschichtmodule haben ein etwas besseres Schwachlichtverhalten als polykristalline oder monokristalline Module. Allerdings variieren die Werte auch innerhalb des Modultyps zum Teil sehr stark, sodass sich ein Blick auf die Werte im Datenblatt auf jeden Fall lohnt.

Komponente #3: Wechselrichter

Ein wichtiges Bauteil jeder PV-Anlage ist der Wechselrichter, der auch Umrichter oder Konverter genannt wird. Da der gewonnene Solarstrom als Gleichstrom für die elektrischen Geräte im Haus nicht direkt nutzbar ist, muss ein Wechselrichter diesen Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln.

Wichtig ist dabei, dass der Wechselrichter passend zur Größe der Photovoltaikanlage dimensioniert ist. Er sollte nie zu groß sein, sondern eher leicht unterdimensioniert sein. Denn Wechselrichter haben eine hohe maximale Generatorleistung, während PV-Anlagen auf 70 Prozent der Wirkleistung begrenzt werden. Das heißt, um eine Überlastung des öffentlichen Netzes zu vermeiden, dürfen höchsten 70 Prozent der Nennleistung eingespeist werden.

Ein wichtiger Bestandteil für einen Wechselrichter ist ein MPP-Tracker, der den Ertrag optimiert. Dieser ist je nach Temperatur und Stärke der Solarstrahlung verschieden. Moderne Wechselrichter sind mit einem multiplen MPP-Tracker versehen. Dies ist von Vorteil, da unterschiedliche Anlagenteile einzeln behandelt werden. So ist der Ertrag der PV-Anlage bei in Reihe geschalteten Solarmodulen immer vom schwächsten Glied abhängig. Schatten auf einem Modul beeinflussen den kompletten Strang negativ.

Ein Wechselrichter ist zudem mit einer Anlagenüberwachung ausgestattet, die über eine Internetverbindung läuft. Auf einem Online-Monitoring-Portal lässt sich damit auch die Tagesproduktion nachverfolgen, oder wie viel Strom aktuell ins öffentliche Netz eingespeist wird.

Komponente #4: Solarkabel

Der von den Solarmodulen erzeugte Strom fließt zunächst in spezielle Solarkabel. Die Kabel werden idealerweise so montiert, dass sie einen möglichst kurzen Weg haben, damit beim Transport der Energie keine Leitungsverluste entstehen. Die Kabel jedes Moduls werden verlängert und vom Dach durch das Gebäude zum Wechselrichter geführt. Sie werden dabei durch einen Kabelkanal geschützt.

Die Photovoltaik-Kabel werden am Untergestell der Module an den Schienen befestigt, und dürfen dabei nicht auf den Dachziegeln aufliegen, damit sie möglichst lange halten.

Da bei der Verkabelung erfahrungsgemäß die meisten Fehler bei der Installation einer PV-Anlage unterlaufen, sollte diese Arbeit an einen Fachmann übertragen werden.

Komponente #5: Überspannungsschutz

Bevor das Solarkabel am Wechselrichter ankommt, muss dazwischen ein Überspannungsschutz montiert werden. Der Schutz, der verpflichtend ist, verhindert zum Beispiel bei einem Blitzschlag einen Totalschaden am Wechselrichter. Deren Hersteller schließen nämlich in ihren Garantieleistungen Überspannungsdefekte aus.

Komponente #6: Stromzähler

Strom aus der eigenen PV-Anlage, der nicht selber verbraucht wird, fließt automatisch ins öffentliche Netz. Der verkaufte Solarstrom wird entsprechend der Einspeisevergütung entlohnt. Damit der Netzbetreiber weiß, wie viel Strom eingespeist wurde, ist ein Zähler notwendig. Der Zähler registriert zudem exakt, wie viel Strom produziert wird und welche Mengen selber verbraucht werden.

Komponente #7: Batteriespeicher

Ein Batteriespeicher ist für eine PV-Anlage zwar nicht zwingend erforderlich, jedoch eine sehr zu empfehlende Komponente. Denn je mehr vom erzeugten Strom selber verbraucht wird, desto mehr Geld wird gespart. Mit einem Batteriespeicher kann der tagsüber erzeugte Strom auch in den Abend- und Nachtstunden verbraucht werden – wenn die meisten Menschen zu Hause sind und Strom benötigen.

Übliche Batteriespeicher haben eine Kapazität von 6 bis 12 Kilowattstunden und sind daher dazu geeignet, die Zeit zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang zu überbrücken. Als saisonaler Speicher ist das Gerät aufgrund der Größe nicht geeignet.