Photovoltaikanlage Konzeption

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Konzeption der Photovoltaikanlage

Solarenergie: Mit Photovoltaik die Sonnenenergie nutzen
Solarenergie: Mit Photovoltaik die Sonnenenergie nutzen © suzanmeer, stock.adobe.com

Photovoltaikanlagen werden danach unterschieden, ob sie an das öffentliche Netz angeschlossen sind – und damit der produzierte Solarstrom eingespeist werden kann – oder ob die Photovoltaikanlage als sogenannte Inselanlage unabhängig vom öffentlichen Stromnetz betrieben werden.

Inselanlagen

Eine Inselanlage, auch als Off-Grid-Anlage oder Solar Home System bezeichnet, dient der autarken Stromversorgung und kann überall dort eine Stromversorgung ermöglichen, wo der Anschluss an ein öffentliches Stromnetz nicht vorhanden oder zu aufwendig bzw. zu teuer ist. Die Zielsetzung einer Inselanlage ist also, den individuellen Bedarf an Strom vor Ort selbst zu decken. Typisch sind Inselanlagen zum Beispiel in Ferienhäusern, Berghütten oder entlegenen Regionen.

Insel-Anlagen bringen Strom in abgelegene Orte
Insel-Anlagen bringen Strom in abgelegene Orte

Häufig werden Inselanlagen auch mit anderen Stromgeneratoren, zum Beispiel Windkraft- oder Dieselgeneratoren, ergänzt. Denn das größte Problem bei Inselanlagen ist, dass das Angebot an Sonnenenergie bzw. Solarstrom zeitlich nicht unbedingt mit der Nachfrage übereinstimmt. Gerade im Dunkeln wird ja Strom insbesondere für die Beleuchtung gebraucht, dann kann die Photovoltaikanlage aber keinen Strom liefern, hier muss auf tagsüber in Stromspeichern zwischengelagerten Solarstrom zugegriffen werden.

Schema einer Photovoltaik- Inselanlage
Schema einer Photovoltaik- Inselanlage
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Komponenten einer Photovoltaik-Inselanlage

Aufgrund des fehlenden Netzanschlusses benötigt eine Inselanlage einen Stromspeicher. Meist werden dafür Bleiakkumulatoren eingesetzt, da diese robust sind und hinsichtlich ihrer Zyklusfestigkeit (wie oft kann geladen und entladen werden) und der Leistungsfähigkeit auf den Einsatz in der Inselanlage optimiert sind. Autobatterien sind hierfür nicht geeignet, da der Betrieb im Auto andere Anforderungen an die Lade- und Entladeeigenschaften stellt. So müssen beim Motorstart beispielsweise kurzfristig hohe Ströme abgegeben werden. Bei einer Inselanlage ist das nicht erforderlich, hier kann die Batterie statt auf Stromabgabe auf Lebensdauer optimiert werden.

Tipp: Auch bei Photovoltaikanlagen auf einem Wohnmobil oder auf Booten handelt es sich um eine Inselanlage. Hier wird meist die sowieso vorhandene Bordbatterie mit dem Solarstrom geladen.
Photovoltaik Komplettsets sind praktisch und leicht zu installieren
Photovoltaik Inselanlagen Komplettsets sind praktisch und leicht zu installieren

Zusätzlich benötigt eine Inselanlage einen sogenannten Laderegler, der die Batterien vor Tiefentladungen und Überladungen schützt. Sollen an die Inselanlage auch Geräte angeschlossen werden, die Wechselstrom benötigen, dann kommt noch ein sogenannter Insel-Wechselrichter hinzu.

Berechnung der Generatorgröße und der benötigten Batteriekapazität

Bei einer Inselanlage muss ziemlich genau abgeschätzt werden, wie viel Strom zu welchen Zeiten benötigt wird. Schließlich kann nicht benötigter Strom nicht in das öffentliche Netz eingespeist werden. Bedarf und Leistung sollen so gut wie möglich aufeinander abgestimmt sein. Dabei geht man am besten in folgenden Schritten vor:

  1. Berechnung des Strombedarfs: Alle Verbraucher (Leistungsaufnahme in Watt) und ihre mögliche Betriebszeit pro Tag abschätzen und multiplizieren (Ergebnis in Wattstunden bzw. Kilowattstunden pro Tag). Errechneten Bedarf um 10 bis 15 % erhöhen, um Leitungsverluste oder Ladeverluste abzudecken.
    Tipp: Großverbraucher wie Kühlschränke sollten eher mit Gas betrieben werden.
  2. Wattpeak: Danach Berechnung der Leistung der Photovoltaikanlage (in Watt bzw. Kilowatt) nach benötigter Arbeit (aus 1).
  3. Berechnung der Batteriegröße: Tagesverbrauch (aus Schritt 1) multiplizieren mit der Anzahl der Tage, für die die Stromversorgung sichergestellt sein soll (üblicherweise 3 Tage). Zusätzlich wieder eine Reserve einrechnen. Teilt man nun den Bedarf (in Watt- bzw. Kilowattstunden) durch die Spannung der Batterie, meist 12 V, erhält man die notwendige Kapazität (in Amperestunden). Diese muss im Falle von Bleibatterien noch verdoppelt werden, weil die Batterie dauerhaft nicht komplett entladen werden darf. Lithium-Batterien können tiefer entladen werden.
Strombedarf einer Inselanlage
Strombedarf einer Inselanlage

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Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen

Die meisten Photovoltaikanlagen werden als netzgekoppelte Anlagen betrieben. Sie besitzen gegenüber Inselanlagen den Vorteil, dass der Teil des erzeugten Solarstroms, der nicht direkt genutzt wird, in das öffentliche Netz eingespeist werden kann.

Schema einer PV-Anlage © guukaa, stock.adobe.com
Schema einer netzgekoppelten PV-Anlage © guukaa, stock.adobe.com

Komponenten einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage:

  • Solarmodule
  • Montagesystem
  • Gleich- und wechselspannungsseitige Verkabelung
  • Generatoranschlusskasten
  • Wechselrichter
  • Zwei-Richtungs-Zähler (Einspeise- und Bezugszähler)
Schema einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage
Schema einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage

Berechnung der Anlagengröße für eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage

Aufgrund der stark gesunkenen Einspeisevergütung und gestiegenen Strombezugskosten werden netzgekoppelte Photovoltaikanlagen üblicherweise nicht mehr nach der zur Verfügung stehenden Dachfläche ausgelegt, sondern auf den Eigenverbrauch hin optimiert. Ein anderes Kriterium kann aber auch der gewünschte Autarkiegrad des Nutzers sein. Dieser bestimmt den Grad der Unabhängigkeit in Bezug auf zukünftige Strompreisentwicklungen.

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