Eine PV-Anlage besteht neben den Solarmodulen, die in ihrer Gesamtheit den Solargenerator bilden, aus dem Wechselrichter, der Verkabelung, optional dem Speichermedium und einigen Instrumenten und Systemen, mit denen die Stromerzeugung geregelt und gemessen sowie die Anlage überwacht und geschützt wird.
Aufbau und Funktionsweise
Ausführliche Informationen zu PV-Anlagen finden Sie in:
Alle diese Komponenten müssen aufeinander abgestimmt sein, damit ein optimales Ergebnis erzielt werden kann. Aber nicht alle diese Komponenten kommen bei jeder PV-Anlage zum Einsatz. Grundsätzlich müssen Inselanlagen (mit oder ohne Speichertechnik) und netzgekoppelte Anlagen (mit oder ohne Speichertechnik) unterschieden werden.
Bei der netzgekoppelten Anlage laufen die Stränge (strings) des Solargenerators im Generatoranschlusskasten zusammen und werden zur Gleichstromhauptleitung, die bis zum Wechselrichter führt. Der Gleichstrom wird dort zu Wechselstrom gewandelt und die Wechselstromhauptleitung führt bis zum Einspeisepunkt. Dort wird durch den Einspeisezähler gemessen, wie viel Strom ins Netz eingespeist und wieviel selbst verbraucht wird. Diese Messung ist die Grundlage für die Abrechnung mit dem Netzbetreiber.
Anlagen können allerdings als Nulleinspeise-Anlage betrieben werden, wenn eine Einspeisung nicht möglich oder erwünscht ist, solange die erzeugte Energie zu 100 % selbst verbraucht wird. Um dies zu optimieren, kann optional mit einem Speichermedium ein Überschuss an Solarstrom tagsüber gespeichert werden, um diesen dann über Nacht zu nutzen. Im Unterschied dazu ermittelt der Ertragszähler (Erzeugungszähler) den gesamten von der PV-Anlage produzierten Strom (siehe Abb. 4).
Abb. 4 Die Komponenten einer netzgekoppelten PV-Anlage; Quelle: Anondi GmbH, Solaranlage-Ratgeber.de.
Inselanlage
Bei der Inselanlage werden die häufig parallel geschalteten Stränge (strings) ebenfalls im Solargenerator zusammengeführt. Von dort führt das Solarkabel bis zum Generatoranschlusskasten mit den Sicherungen und oftmals auch dem Hauptschalter. Wenn die PV-Anlage für den Verbrauch von Gleichstrom (12 Volt) und Wechselstrom (230 Volt) ausgelegt werden soll, wird ein Laderegler dazwischengeschaltet, um Tiefenent- oder Überladungen des Speichermediums (Energiespeicher) zu verhindern. Der Energiespeicher speichert den Solarstrom und kann gibt ihn an den Verbraucher ab, wenn kein Solarstrom produziert werden kann, aber Energie benötigt wird. Wenn mit der PV-Anlage auch das Wechselstrom-Hausnetz versorgt werden soll, wird wie bei der netzgekoppelten Anlage ein Insel-Wechselrichter dazwischengeschaltet (siehe Abb. 5).
Abb. 5 Schematischer Aufbau einer Inselanlage; Quelle: Anondi GmbH, Solaranlage-Ratgeber.de.
Solarmodule
Je nach Herstellungstechnik der Halbleiter gibt es unterschiedliche Solarzellen und daraus folgend sehr viele unterschiedliche Module. Sie können zu Modultypen zusammengefasst werden, die sich in Material, Fertigung, Wirkungsgrad und Preis unterscheiden. Die folgenden fünf PV-Modultypen werden derzeit mit unterschiedlicher Häufigkeit verbaut:
Monokristalline und polykristalline PV-Module
Sie werden aus dem Halbleitermaterial Silizium mit aktuell 320 bis 340 W werden hergestellt. Die Flächenleistung liegt bei etwa 5 bis 7qm/kWp. Kristalline Solarmodule sind verhältnismäßig schwer, bringen aber auch unter weniger günstigen Strahlungsbedingungen gute Leistung. Obwohl monokristalline Solarmodule deutlich teuer sind, haben sie sich wegen des höheren Wirkungsgrads gegenüber den polykristallinen Solarmodulen auf dem Markt durchgesetzt.
Dünnschicht-PV-Module mit amorphem Silizium (a-Si) oder mit Cadmium-Tellurid (CdTe)
Sie sind sehr leicht und damit für statisch problematische Flächen und mobile Anwendungen bestens geeignet. Zudem liefern sie selbst bei schwachem oder diffusem Lichteinfall und vergleichsweise hohen Temperaturen noch gute und konstante Erträge. Sie sind günstig in der Anschaffung, benötigen aber für eine bestimmte Leistung eine größere Solargeneratorfläche als kristalline Module. Sie liegt bei 8 bis 15 qm/kW. Dies macht sie für kleinere Dachflächen ungeeignet, da so auch nur eine kleine PV-Anlage mit geringer Leistung installiert werden kann.
Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) bzw. Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-PV-Module (CIGS)
Sie eignen sich besonders gut für Gebäude mit suboptimaler Dachausrichtung und bei Streulicht. CIGS-Solarmodule haben einen mittleren Wirkungsgrad (12-15 %). Sie sind leicht und haben eine geringe Störanfälligkeit. Die Fertigung ist teuer, das Recycling wegen des eingesetzten Selens aufwendig.
Im Handel erhältliche Solarmodule sollten anerkannten Qualitäts- und Leistungsstandards entsprechen. Sie sollten sicher, haltbar, robust, belastbar und in der Lage sein, auch unter erschwerten klimatischen Bedingungen verlässlich die ...
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