5 Unverzichtbare Elemente in einer Photovoltaikanlage: vollständiger Leitfaden

Die Installation einer Photovoltaik-Solaranlage ist eine zunehmend beliebte Wahl für diejenigen, die ihre Stromrechnung senken und zur ökologischen Nachhaltigkeit beitragen möchten. Aber welche Elemente sind wirklich essenziell, um das korrekte Funktionieren und die Effizienz eines Photovoltaiksystems zu gewährleisten? In diesem Artikel betrachten wir die 5 unverzichtbaren Komponenten einer Photovoltaikanlage, die unbedingt vorhanden sein müssen, um maximale Leistung zu erzielen.

1. Photovoltaikmodule (Solarmodule)

Die Photovoltaikmodule sind das Herzstück jeder Anlage. Sie bestehen aus Silizium-Solarzellen und sind dafür verantwortlich, Sonnenenergie in Gleichstrom (DC) umzuwandeln. Die Wahl der Module hängt ab von:

Effizienz

Die Effizienz gibt an, welcher Prozentsatz der Sonnenenergie das Modul in elektrische Energie umwandeln kann. Je nach Technologie variieren die Werte:

• Monokristalline Module: bieten eine hohe Effizienz, die allgemein zwischen 18 % und 21 % liegt.

• Polykristalline Module: sind etwas weniger effizient als monokristalline, haben jedoch die Fähigkeit, besser bei wechselnden Lichtverhältnissen während des Tages zu arbeiten.

• Dünnschichtmodule: zeichnen sich durch eine geringere Effizienz aus, sind jedoch leistungsfähig bei diffusem Licht oder hohen Temperaturen.
  
  
  

Technologie

Die wichtigsten verfügbaren Technologien sind:

• Monokristalline: Hergestellt aus monokristallinem Silizium, erkennbar an der gleichmäßigen dunklen Farbe. Sie werden für ihre hohe Effizienz und Langlebigkeit geschätzt, die über 25 Jahre hinausgehen kann.

• Polykristalline: Bestehen aus polykristallinem Silizium mit zufällig orientierten Kristallen. Sie haben eine intensive blaue Färbung und eine etwas geringere Leistung als monokristalline.

• Dünnschicht: Hergestellt aus Materialien wie amorphem Silizium oder Cadmiumtellurid, haben sie ein gleichmäßig dunkles Aussehen und eignen sich gut für unterschiedliche architektonische Lösungen aufgrund ihrer Flexibilität.
  
  
  

Nennleistung

Die Nennleistung eines Moduls, ausgedrückt in Watt-Peak (Wp), gibt die maximale Leistung an, die das Modul unter Standard-Testbedingungen (STC) erzeugen kann, also bei einer Bestrahlung von 1000 W/m² und einer Umgebungstemperatur von 25 °C.

2. Photovoltaikinverter

Der Inverter ist ein Schlüsselelement jeder Photovoltaikanlage. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die von den Modulen erzeugte elektrische Energie, die in Gleichstrom (DC) ist, in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, was sowohl für den inländischen Verbrauch als auch für die Einspeisung ins Stromnetz nutzbar ist.

Es sind verschiedene Invertertypen verfügbar, die jeweils für spezifische Anforderungen entwickelt wurden:

• String-Inverter: Diese Inverter verbinden mehrere Solarmodule in Reihe und bilden „Strings“. Die erzeugte Gleichstromenergie wird dann in Wechselstrom umgewandelt. Ein kritischer Punkt ist, dass die Leistung des gesamten Strings abnehmen kann, wenn auch nur ein Modul abgeschattet wird oder eine Fehlfunktion aufweist.

• Mikroinverter: Werden direkt auf jedem einzelnen Modul installiert. Sie ermöglichen es jedem Modul, unabhängig zu arbeiten, was die Gesamteffizienz insbesondere in Anlagen mit teilweiser Verschattung oder unterschiedlicher Ausrichtung verbessert. Der Hauptnachteil sind die höheren Anfangskosten im Vergleich zu String-Invertern.

• Zentralinverter: Hauptsächlich in großen Anlagen verwendet, wie Industrieanlagen oder Freiflächen, sind sie in der Lage, die Energie aus zahlreichen Strings zu verarbeiten und in Wechselstrom umzuwandeln. Ideal für die Bewältigung hoher Produktionsvolumina.

• Hybride Inverter: Kombinieren die Funktionen eines normalen Inverters mit der Möglichkeit, Energiespeichersysteme zu verwalten. Neben der Umwandlung der Energie regulieren sie auch das Laden und Entladen der Batterien, erleichtern den Eigenverbrauch und optimieren die Nutzung der erzeugten Energie.

3. Trägerstruktur

Die Trägerstruktur ist dafür verantwortlich, die Solarmodule fest am Dach oder direkt am Boden zu verankern. Sie wird in der Regel aus hochfesten Materialien wie verzinktem Stahl oder Aluminium hergestellt, die Festigkeit und Langlebigkeit auch bei widrigen Wetterbedingungen gewährleisten und problemlos Wind- und Schneelasten tragen.

Bei der Planung und Installation einer Trägerstruktur müssen einige Schlüsselparameter berücksichtigt werden:

Neigung

Die Effizienz der Module hängt auch vom Winkel ab, mit dem sie geneigt sind. Dieser Wert variiert je nach Breitengrad des Installationsstandorts. In Italien wird eine Neigung zwischen 30° und 40° empfohlen. Genauer gesagt:

• In den nördlichen Regionen wird eine Neigung zwischen 35° und 40° empfohlen.

• Im Süden hingegen wird eine Neigung zwischen 20° und 30° empfohlen.
  
  
  

Ausrichtung

Die ideale Ausrichtung zur Maximierung der Solarstromproduktion ist nach Süden. Auch leicht abweichende Ausrichtungen, wie Südost oder Südwest, bieten gute Ergebnisse, mit Effizienzverlusten von in der Regel weniger als 5-10 %.

Zertifizierungen der Beständigkeit

Es ist essenziell, dass die Struktur die geltenden Normen erfüllt und Zertifikate besitzt, die die Beständigkeit gegen Wind-, Schneelasten und andere in der örtlichen Gesetzgebung vorgesehene Belastungen bestätigen.

4. Speichersystem

Immer mehr Nutzer entscheiden sich dafür, ihre Photovoltaikanlage mit einem Speichersystem zu integrieren. Die Batterien ermöglichen es, die tagsüber produzierte Energie zu speichern und abends oder bei geringer Sonnenbestrahlung zu nutzen.

Die Hauptbatterietechnologien sind:

Lithium-Batterien

Vorteile:

• Haben eine lange Lebensdauer und halten Tausende von Lade- und Entladezyklen aus.

• Bieten eine hohe Effizienz mit Erträgen über 95 %.

• Benötigen wenig Wartung, da keine Nachfüllungen oder regelmäßigen Kontrollen erforderlich sind.

• Können bis zu 80-90 % ihrer Kapazität entladen werden, ohne die Nutzungsdauer zu beeinträchtigen.

Nachteile:

• Die Anschaffungskosten sind höher als bei herkömmlichen Batterien.

Blei-Säure-Batterien

Vorteile:

• Sind in der Anschaffung im Allgemeinen günstiger.

Nachteile:

• Haben eine kürzere Lebensdauer und unterstützen weniger Lade-/Entladezyklen als Lithium-Batterien.

• Benötigen regelmäßige Wartung, wie die Kontrolle und Nachfüllung des Elektrolyten.

• Weisen eine geringere Effizienz auf, die zwischen 70 % und 85 % schwankt.

• Es wird empfohlen, sie nicht über 50 % zu entladen, um einer schnellen Verschlechterung vorzubeugen.​

5. Schaltschrank und Sicherheitsvorrichtungen

Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit der gesamten Photovoltaikanlage zu gewährleisten, sind einige grundlegende Komponenten unverzichtbar:

• Schaltschrank: Fungiert als Zentrale, die alle Sicherheitsvorrichtungen sammelt und organisiert. Er gewährleistet Ordnung in den elektrischen Verbindungen und erleichtert Kontroll- und Wartungsarbeiten.

• Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter): Schützen vor elektrischen Schlägen, indem sie Erdschlussströme erkennen und den Stromkreis bei Anomalien sofort unterbrechen.

• Leistungsschalter: Bieten Schutz in zwei Bereichen: Die thermische Komponente bewältigt langanhaltende Überlastungen, während die magnetische Komponente schnell auf Kurzschlüsse reagiert und die Anlage schützt, um das Brandrisiko zu reduzieren. 

• Überspannungsschutzgeräte (SPD): Schützen die Anlage vor Spannungsspitzen durch Ereignisse wie Blitzeinschläge. Sie leiten überschüssige Energie zur Erde ab. Es wird empfohlen, sie sowohl auf der Gleichstrom- (DC) als auch auf der Wechselstromseite (AC) zu installieren.

• Bidirektionale Zähler: Ermöglichen die Überwachung sowohl der aus dem Netzwerk entnommenen als auch der eingespeisten Energie, erleichtern das Energiemanagement und die Teilnahme an Anreiz- oder Net-Metering-Systemen.

Diese Geräte arbeiten zusammen, um eine effiziente und sichere Anlage zu gewährleisten, die sowohl die Geräte als auch die Nutzer schützt.

Eine sorgfältige Auswahl aller Elemente einer Photovoltaikanlage ist entscheidend, um Effizienz, Sicherheit und Langlebigkeit zu gewährleisten. Nur so können die wirklichen Vorteile dieser Technologie erzielt werden.