Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren Solarmodulen, einer Gleichstrom-Hauptschaltung, einem Wechselrichter (Netzeinspeisegerät [NEG]) und Einspeisezähler. Der Stromerzeugungsprozess wird durch das Einfallen des Sonnenlichts in Gang gesetzt. Bei diesem Strom, der aus mehreren in Reihe geschalteteten Solarzellen kommt, handelt es sich um Gleichstrom, der in der Hauptschaltung zusammengefasst bzw. aufsummiert wird. Danach wird aus dem hochspannigen Gleichstrom in einem Wechselrichter gebrauchsfähiger Wechselstrom (230 V 50 Hz) hergestellt. Dieses Gerät regelt den Strom und die Spannung so, dass die PV-Anlage besonders leistungsfähig arbeitet. Der erzeugte bzw. in das öffentliche Stromnetz einspeiste Strom wird im Einspeisezähler angezeigt.

Photovoltaik-Strategie
Handlungsfelder und Maßnahmen für einen beschleunigten Ausbau der Photovoltaik
Stand 05.05.2023
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Bauteile einer PV-Anlage

• monofaziale Solarmodule + bifaziale Solarmodule
• PVT-Kollektoren
• Solarzelle
• Solarfolie
• Watt Peak(Wp - Kilowatt Peak - kWp)
• Solargenerator (Gleichstrom-Hauptschaltung)
• Wechselrichter
• Strommessgerät - Einspeisemessung
• ready2plugin Einspeisewächter
• Wallbox
• Carport mit Ladestation
• MPPT-Funktion
• Stromspeicher
• Sonnenbatterie
• E-Auto als Stromspeicher
• Energiespeicher
• Einspeisezähler
• Bezugszähler
• Zweirichtungszähler
• Ertragszähler
• Nachführung - Solar Tracking System
• Die richtige Ausrichtung
• Integrierte Photovoltaik (IPV)
• Blitzschutz - Überspannungsschutz

Funktionsweise einer Photovoltaikanlage (Bild durch Anklicken vergrößer)
Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien - DAA Deutsche Auftragsagentur GmbH

Drohnenprüfung an PV- und Solaranlagen
viZaar industrial imaging AG

Photovoltaikanlage installieren
Eine Firma zu beauftragen, um eine PV-Anlage zu installatieren, ist gesetzlich nicht vorgeschrieben. Die PV-Module können selbst montiert werden, aber die gesamte Anlage muss von einem Elektroinstallateur angeschlossen werden. Im gesamten Montageprozess gibt es einiges zu beachten, vor allem die Brandschutzsicherheit. Bei Photovoltaikanlagen fließen erhebliche Gleichströme, die weit über die haushaltsüblichen 220 Volt-Leitungen hinausgehen. Somit steigt die Brandgefahr durch Lichtbögen, wenn die Verkabelung unsachgemäß oder schlecht isoliert installiert wird, denn die Leitungen verlaufen durch das Haus. Fehler bei der Montage oder Installation können schwerwiegende Konsequenzen haben, bei einer unsachgemäßen Installation erlischt die Garantie auf die PV-Module oder der Versicherungsschutz der Anlage im Schadensfall. Deswegen wird von einer eigenhändigen Montage einer Photovoltaikanlage abgeraten. Zum Schutz der persönlichen und finanziellen Sicherheit sollte die Anlage von einem Fachbetrieb (Solarteur) installiert werden.
Steckerfertige Balkon-PV-Anlagen dürfen in Eigenleistung installiert werden. Die Anlagen müssen bei dem Stromlieferanten angezeigt werden.
Bei der Montage von Solaranlagen auf Dächern müssen geeignete sichere Zugänge zum Dach, Absturzsicherungen an der Traufe und am Ortgang und Maßnahmen gegen Durchsturz bei Lichtkuppeln, Dachfenstern sowie Möglichkeiten für den sicheren Materialtransport vorhanden sein. Ein Gerüst mit Treppe und Materialaufzug ist ein dafür geeignetes Arbeitsmittel. Zu beachten ist auch, dass Photovoltaikmodule mit dem Vorhandensein von Licht unmittelbar Strom erzeugen. Darum bestehen elektrische Gefährdungen, mit denen grundsätzlich nur Elektrofachkräfte umgehen dürfen.
Organisatorische Maßnahmen für den Auftragnehmer / Montagebetrieb:
• Berücksichtigen Sie bei der Angebotsabgabe die erforderlichen Absturzsicherungen (Absturz und Durchsturz).
• Überzeugen Sie den Kunden von der Notwendigkeit der Schutzmaßnahmen als Bestandteil des Angebotes. Die Anforderungen an die Montage einer PV-Anlage seitens Gesetzgeber und Unfallversicherungsträger müssen dem Auftraggeber bekannt sein.
• Legen Sie die anzuwendenden Schutzmaßnahmen und den Arbeitsablauf in einer Montageanweisung fest.
• Bestimmen Sie den aufsichtsführenden Fachbauleiter/ Montageleiter, der Sie vor Ort vertritt, schriftlich und klären Sie mit ihm alle Fragestellungen während der Ausführung der Arbeiten ab.
• Benennen Sie oder veranlassen Sie die Bestimmung eines Koordinators bei der Zusammenarbeit mehrerer Unternehmer ggf. in Absprache mit dem Auftraggeber oder Bauleiter.
• Bestimmen Sie einen Arbeitsverantwortlichen, gemäß VDE 0105-100, bzw. eine Elektrofachkraft für die Durchführung der elektrotechnischen Arbeiten.
• Veranlassen Sie die Unterweisung aller Mitarbeiter vor Ort durch den Fachbauleiter und die Besprechung des Arbeitsablaufes.
• Legen Sie die Verkehrssicherungsmaßnahmen und die Transportabläufe fest.
• Stellen Sie die Rettungskette für den Not- und Rettungsfall sicher, zur Rettung von Personen von hochgelegenen Arbeitsplätzen (DGUV Regel 112-199) sowie Maßnahmen nach elektrischer Körperdurchströmung und Störlichtbogeneinwirkung (DGUV Informationen 204-022 und
203-002)
Quelle: Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.V. (DGUV)

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Montage und Instandhaltung von Photovoltaik-Anlagen
Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.V. (DGUV).
Gefährdungen bei der Montage von Photovoltaikanlagen
Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse
Photovoltaik Montage – so läuft die Installation einer PV-Anlage ab
Nadine Kümpel, wegatech greenergy GmbH
Aus diesen Gründen sollten Sie Ihre Solaranlage niemals selbst anschließen
Arne Gonschor, wegatech greenergy GmbH
Koordination bei der Installation von PV-Anlagen
ZVEH Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke
Bundesinnung für das Gerüstbauer-Handwerk/Bundesverband Gerüstbau

Photovoltaik Montage
Die Planung, Montage und Überwachung einer Photovoltaikanlage sollte grundsätzlich von einem Solarteur bzw. Solartechniker, die gute Kontakte zu entsprechenden Handwerksbetrieben (Dachdecker, Elektriker, Gerüstbauer) in der Region haben, durchgeführt werden. In der Regel sind die Solarteure in einem Dachdecker- oder Elektrobetrieb integriert. Der Anschluss an die Hauseinspeisung und das Stromnetz muss von einem registrierten und zertifizierten Elektroinstallateur erfolgen (gesetzlich vorgeschrieben). Die Kosten der Planung, Montage und elektrischer Anschluss mit Inbetriebnahme belaufen sich auf ca. 40 % der Gesamtkosten der Anlage.

Montageablauf - Aufdach-Montage (Schrägdach)
• Die Komponenten (Photovoltaikmodule, das Montagesystem, der Wechselrichter sowie gegebenenfalls ein Stromspeicher) für die Photovoltaikanlagewird auf Vollständigkeit und Brauchbarkeit überprüfen. Diese müssen an einen trockenen, frostsicheren und diebstahlsicheren Platz gelagert werden.
• Absturzsicherung (Gerüst, beim Flachdach Kantenschutz) anbringen, die die Arbeitssicherheit gewährleistet.
• Montage der Dachhaken - Dabei werden die Ziegel an dem Punkt, an dem der Dachhaken befestigt werden soll, zurückgeschoben. Anschließend wird der Haken eingesetzt und mit dem Dachsparren verschraubt. Danach werden die Ziegel wieder zurückgeschoben.
• Befestigung der Schienen - Die Montageschienen werden als Auflagepunkt für die Photovoltaikmodulen mit den Haken verschraubt.
• Auflegen der Module - Die Photovoltaikmodule werden auf die Montageschienen gelegt. Damit die Module nicht verrutschen, werden sie mit Modulklemmen fixiert. Ein Modul wird mit jeweils vier Modulklemmen befestigt. Am letzten bzw. ersten Modul einer Modulreihe werden sogenannte Endklemmen eingesetzt. Zwischen zwei Modulen verwendet man Mittelklemmen, die der Fixierung der Module auf den Schienen dienen und zwei Module miteinander verbinden.
• Kabelverbindungen - Die Module mit den Kabeln verbinden.
• Abbau der Absturzsicherung nach Dachmontageende.
• Elektroinstallation - Eine Elektrofachkraft installiert die Kabel zu den Wechselrichters und ggf. Batteriespeicher. Eine Verbindung zum Internet sollte vorhanden sein und auch nach der Installation muss der Internetanschluss weiterhin gewährleistet werden.
• Inbetriebnahme - Alle nötigen Unterlagen werden dem Netzbetreiber übergeben. Der Netzbetreiber nimmt die Anlage offiziell in Betrieb und tauscht ggf. den Stromzähler. Auch die Registrierung bei der Bundesnetzagentur im Marktstammdatenregister wird vom Solarteur bzw. Elektriker durchgeführt.

Die häufigsten Fehler:
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Montageablauf einer Photovoltaikanlage - Video
EWS GmbH & Co. KG
Photovoltaik Montage - PV-Module selbst montieren und Geld sparen?
Dr. Gudrun Valerius, solaranlage-ratgeber.de - Anondi GmbH
Photovoltaik Montage – so läuft die Installation einer PV-Anlage ab
Nadine Kümpel, wegatech greenergy GmbH
Koordination bei der Installation von PV-Anlagen
ZVEH Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke
Bundesinnung für das Gerüstbauer-Handwerk/Bundesverband Gerüstbau
Photovoltaik Montagefehler
Dr. Gudrun Valerius, solaranlage-ratgeber.de - Anondi GmbH
Typische Fehler bei der Installation von Photovoltaik-Modulen vermeiden
Dittmar Koop, haustec.de - Alfons W. Gentner Verlag GmbH & Co. KG
Die 7 häufigsten Fehler an Photovoltaikanlagen
Matthias Diehl, photovoltaikbuero Ternus und Diehl GbR

Photovoltaik Montagesicherheit
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Gefährdungen bei der Montage von Photovoltaikanlagen
Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse
Solarpanele sicher montieren - Eine saubere Sache
Andreas Warnecke, Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM)
Absturzsicherungen für Dachdecker und Solarteure
STEIGTECHNIK SYSTEME Rheinland GmbH
Absturzsicherung gesetzliche Vorschriften
Mauderer Alutechnik GmbH
Koordination bei der Installation von PV-Anlagen
ZVEH Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke
Bundesinnung für das Gerüstbauer-Handwerk/Bundesverband Gerüstbau

Die Anzahl der Solarmodule wird durch den gewählte Typ und wieviel Leistung die Anlage haben soll ausgewählt. Die Größe der Fläche kann vorab nach einer Faustformel berechnet werden.  Dabei ergeben ca. 10 m² Fläche auf einem Schrägdach eine Leistung von 1 Kilowatt Peak (6 - 9 m² bei monokristallinen Modulen; 7 - 10 m² bei polykristallinen Modulen; 15 - 20 m² bei Dünnschichtmodulen). Je nach Region in Deutschland erzeugt 1 Kilowatt Peak (kWp)* Leistung zwischen 900 und 1.200   (kWh) Strom.
Die Solarzellen bestehen immer aus mehreren Schichten. Neben der stromproduzierenden Schicht durch zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten müssen die Solarmodule stabil und korrosionsbeständig sein.
Die Halbleitermaterialien sind
- monokristallines Silizium
- polykristallines Silizium (Si)
- amorphes Silizium (a-Si)
- Kadmium-Tellurid (CdTe)
- Kupfer-Indium-(Gallium-)Diselenid (CIS/CIGS)
Am häufigsten wird Silizium eingesetzt. Die Silizium-Solarzellen bestehen aus (n- und p-dotiertem) Silizium und bei CdTe- oder CIS/CIGS-Solarzellen werden verschiedene Halbleiter in einer Zelle eingesetzt.

Die verschiedenen Schichten eines Photovoltaik-Solarmoduls

Aufbau Solarmodul
Quelle: RENEWABLE ENERGY CONCEPTS

Frontglas (ESG)
Die erste Schicht bildet eine in der Regel 4mm starke ESG Glasscheibe (Einscheiben Sicherheitsglas), die Beständig gegen Temperaturwechsel sowie schlag-, stoß- und druckfest ist. Für Flächenlasten in Schnee- und Windlastzone 3 sollten hier Werte von 5400 N/m2 eingehalten werden.
Obere Einbettfolie (EVA)
Eine Kunststoffschicht aus EVA (Ethylenvinylacetat) bzw. eine Gießharzschicht wird als obere Feuchtigkeitssperre eingezogen. Die Kunststofffolien werden bei Temperaturen um 150°C mit den Solarzellen verschweißt (laminiert) und bilden so einen wasserdichten Korrosionsschutz.
Solarzellen
Einzelne Solarzellen, über Lötbänder miteinander verschaltet, wandeln Sonnenlicht in Strom um.
Untere Einbettfolie (EVA)
Eine Kunststoffschicht aus EVA (Ethylenvinylacetat) bzw. eine Gießharzschicht wird als untere Feuchtigkeitssperre eingezogen. Die Kunststofffolien werden bei Temperaturen um 150°C mit den Solarzellen verschweißt (laminiert) und bilden so einen wasserdichten Korrosionsschutz.
Tedlar Verbundfolie
Den rückseitigen Abschluss bildet eine Kunststofffolie aus Polyvinylfluorid, besser bekannt unter den Handelsnamen Tedlar und ICOSOLAR bekannt, oder aber eine Glasplatte.
Rahmen
Um den verschiedenen Schichten weiteren Halt zu geben und die Einbausituation zu erleichtern, wird das Modul in einem Aluminiumrahmen gefasst. Quelle: RENEWABLE ENERGY CONCEPTS

Die typischen Nennleistungen solcher Solarmodule liegen zwischen 10 Watt Peak* (Wp) und 100 Watt Peak* (Wp).

Schematischer Aufbau eines Glas-Glas-Moduls
Quelle: Solarwatt GmbH

Solarmodule - Solarwatt GmbH
Photovoltaikmodule wandeln Sonnenenergie in elektrische Energie
enerix® Franchise GmbH & Co KG
Bald Solarzellen mit vierfachem Wirkungsgrad?
Circular Valley Foundation, Wuppertal - Circular Valley Stiftung
Neue Photovoltaikanlagen nutzen Sonnenlicht nicht nur für die Stromerzeugung -
die Abwärme kann Monate später noch verwendet werden
Ralph Diermann, Neue Züricher Zeitung

Bifazial PV-Module sind auf beiden Seiten mit gehärtetem Glas ausgestattet. Dazwischen befinden sich zwei Solarzellenschichten, eine auf der Vorder- und eine auf der Rückseite. Die obere Schicht besteht meist aus monokristallinen Solarzellen und die untere Schicht aus polykristallinen Solarzellen, die günstiger sind. Um die Transparenz zwischen den Solarzellen zu gewährleisten, wurde die traditionelle Rückseitenfolie entfernt.
Bifaziale PERC-Zellen mit passivierter Emissionselektrode und Rückseite haben einen Bifazialfaktor (Vergleich Wirkungsgrad zwischen Vorder- und Rückseite) von etwa 70 %, während Heterojunction-Zellen mit 2 dünnen Schichten amorphes Silizium einen Bifazialfaktor von 95 % und mehr erreichen können.
Die Module sollten in einem Winkel von 30 bis 35 Grad geneigt und nach Süden ausgerichtet sein. Die Reflexion des Untergrunds (Albedo) spielt eine entscheidende Rolle für den Ertrag und je heller die Oberfläche, desto höher die Albedo. Der höchsten Ertrag kann auf einer weißen Fläche erzielt werden. Besonders in einer Region mit viel Schnee oder einem hellen Dach können die Effizienz der bifazialen Module positiv beeinflussen.
Nachteile sind der höhere Wartungsaufwand und sie sind anfälliger für Leistungsverluste durch Verschattung.

PERC Zellen
Photonics Systems GmbH
Heterojunction-Solarzellen (HJT)
Anna Vöpel, Grünes Haus
Die doppelte Kraft der Sonne: Bifaziale Solarmodule für maximale Energiegewinnung
Nicolas, tryseo UG
Bifaziale Module: Alle Infos auf einen Blick
Rozilla Distribution GmbH

Als Hybridkollektor wird ein PVT-Kollektor (PV [Photovoltaik] und T [thermischer Kollektor - Flüssigkeit oder Luft]) oder ein Flüssigkeit/Luft-Kollektor bezeichnet. Mit dem PVT-Kollektor kann nicht nur elektrische Energie erzeugt, sondern auch Wärme produziert werden.

Solarzelle
Die Solarzellen bestehen immer aus mehreren Schichten. Die stromproduzierenden Schichten haben zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten.
Die Halbleitermaterialien sind
- monokristallines Silizium
- polykristallines Silizium (Si)
- amorphes Silizium (a-Si)
- Kadmium-Tellurid (CdTe)
- Kupfer-Indium-(Gallium-)Diselenid (CIS/CIGS)
Am häufigsten wird Silizium eingesetzt. Die Silizium-Solarzellen bestehen aus (n- und p-dotiertem) Silizium und bei CdTe- oder CIS/CIGS-Solarzellen werden verschiedene Halbleiter in einer Zelle eingesetzt.

Es ist also egal, ob es eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung ist, beide Schaltmöglichkeiten führen bei gleichartigen Solarzellen zu der gleichen elektrischen Leistung. Bei der Herstellung von Solarmodulen ist es üblich zwischen 36 und 144 Solarzellen in Reihe zu schalten, um die Gesamtspannung des Solarmoduls zu erhöhen. Ein solches Solarmodul erzeugt eine Gesamtspannung von 20 bis 80 V. Die Leistung eines solchen Solarmoduls beträgt zwischen 100 W und 300 W.

Verschiedene Solarzellenarten - Achmed A. W. Khammas
Solarzellen Aufbau und Herstellung - Michael Römer technische- und Sachillustration
Photovoltaik - Indach-Montage - ub.de Fachwissen GmbH

Die Solarzellenarten sind

• Monokristalline Zellen
• Polykristalline Zellen
• Dünnschichtzellen

Monokristalline Zelle
Monokristalline Solarzellen werden aus geschmolzenem Silicium hergestellt. Das geschmolzene Silicium wird gereinigt und zu einem Stab gezogen, der ein einheitliches Kristallgitter (Einkristall, Monokristall) bildet. Diese Ingots werden anschließend in nur wenige Mikrometer dicke Scheiben (Wafer) gesägt und mit Bor dotiert. Danach wird die Waferoberfläche durch eine chemische Behandlung gereinigt und die andere Hälfte der Wafer mit Phosphor dotiert.

Polykristalline Zelle
Polykristalline Solarzellen bestehen aus gereinigtem mit Bor dotierten Silizium, das mit einer Induktionsheizung geschmolzen und weiterverarbeitet wird. Hierbei unterscheidet man zwischen dem Blockguss-Verfahren und Bridgeman-Verfahren.

Dünnschichtzelle
Dünnschichtmodule bestehen aus einem Trägermaterial (z. B. Metall, Glas flexible Werkstoffe [Kunststoff]), das mit einem photoaktiven Halbleiterwerkstoff (amorphes Silizium, Cadmiumtellurid, CdTe, Galliumarsenid, GaAs, Kupfer-Indium-Selenid, CuInSe₂) beschichtet (bedampft) wird.

Solarfolie
Oft ist es schwierig, eine paasnede Solarlösung zu finden. Viele Flächen an Gebäuden sind nicht nutzbar. So haben Dächer eine geringe statische Tragfähigkeit, runde Dachformen, Fassaden, gewölbte Flächen oder Untergrundmaterialien, die nicht durchdrungen werden dürfen. Um diese Flächen für die Erzeugung von Solarstrom zu nutzen, hat die Heliatek GmbH eine innovative Solartechnologie entwickelt, die dieses Potenzial zu erschließen.

* Watt Peak (Kilowatt Peak - kWpp)
Die Maßeinheit "Watt Peak" (Wp) bzw. ("Kilowatt Peak" - kWp) wird speziell in der Photovoltaik zur Kennzeichnung der genormten elektrischen Leistung (Nennleistung) einer Solarzelle oder eines Solarmoduls eingesetzt. Sie gibt maximal mögliche Leistung bei Standardbedingungen an und wird deshalb als Peak-Leistung (Spitzen-Leistung) benannt. Diese wird in Watt bzw. Kilowatt gemessen und als Wp (Watt, Peak) bzw. kWp (Kilowatt, Peak) angegeben. Zum Vergleich verschiedener Solarzellen oder Solarmodule ist eine Normierung notwendig.
Die Standardbedingungen (Test- bzw. Laborbedingungen) für die Normierung sind eine optimale Sonneneinstrahlung von 1.000 W/m² bei einer Modultemperatur von 25 °C und einem Air Mass (AM)* 1,5  (Luftmasse bzw. Sonnenlichtspektrum). Die tatsächliche abgegebene Leistung ist aber ca. 15 bis 20 % niedriger, weil sie in der Praxis eine wesentlich höhere Betriebstemperatur haben und der Einfallswinkel der Zellen meistens nicht genau senkrecht zum einfallenden Licht ausgerichtet ist.
kWp - Kilowatt Peak
* Air Mass (Luftmasse bzw. Sonnenlichtspektrum)
Die Länge des Weges, den das Sonnenlicht durch die Erdatmosphäre bis zum Erdboden zurücklegt wird mit dem relativen Maß Luftmasse (Air Mass [AM]) bezeichnet. Der Einfallswinkel des Sonnenlichts ändert sich durch die Drehung der Erde um die Sonne und damit ändert sich auch die Länge des Weges durch die Atmosphäre. Dadurch ergibt sich die Minderung der Sonnenstrahlung durch Streuung, Reflexion, Absorption und die Veränderung seiner spektralen Zusammensetzung.

Solargenerator
Ein Solargenerator (Gleichstrom-Hauptschaltung) bei Photovoltaikanlagen besteht aus vielen Solarmodulen, die im Verbund parallel oder in Reihe miteinander verschaltet sind. Der Solargenerator ist mit dem Netzeinspeisegerät im Keller verbunden. Der sogenannte Strang eines Solargenerators wird aus einem Verbund von reihengeschalteten Solarmodulen gebildet. Die Summe der Spannung von Einzelmodulen ergibt die Gesamtspannung, die Gesamtstromstärke eines Moduls ist von dem Modul abhängig, welches die geringste Strommenge erzeugt. Die Stromstärken bei den Solarmodulen sollten identisch sein. Bei der Parallelschaltung von mehreren Modulsträngen ergibt sich die Gesamtstromstärke eines Solargenerators aus der Summe der ursprünglichen Stromstärken eines jeden Stranges.
Solarmodule bestehend aus 36 Solarzellen (Betriebsspannung: ca. 15 V - 20 V, Leistung: 50 Watt Peak [Wp] bis 225 Watt Peak [Wp]), die zu einem Solargenerator zusammengefasst werden, ist die Regel.
Werden höhere Ströme benötigt oder um auch (teil)verschattete Bereiche zu nutzen, aber ihren Einfluss auf die Gesamtanlage zu minimieren, werden Solarmodule als eigenständiger parallel geschalteter Modulstrang (String) mit einem eigenen Wechselrichter ausgeführt.
Wichtig ist, dass nur Solarzellen gleicher Technologie, des gleichen Herstellers und des gleichen Typs parallel geschaltet werden, da z. B. die Verdrahtung unterschiedlich ist.

Die Leistungsstärke des Wechselrichter (Inverter) hängt von der Anzahl der Photovoltaikmodule und der Leistung der Photovoltaikanlage ab. Bei einer optimalen Auslastung des Wechselrichters reduziert sich der Kostenanteil vom Wechselrichter an den Kosten für Photovoltaik.
Je nach Leistungsbereich stehen Modulwechselrichter (Micro-Inverter), Strangwechselrichter (String Inverter) und Zentralwechselrichter zur Verfügung.
Die Wechselrichter sollten nach der IEC 77 genormt sein und einen Spannungsrückgangsschutz haben, um zu verhindern, dass die Photovoltaikanlage ausfällt.
Positioniert man den Wechselrichter möglichst nah an den Photovoltaik-Modulen vermindert man Leistungsverluste durch lange Kabelstrecken. In den meisten Fällen wird der Inverter an einer Kellerwand installiert; bei einer Photovoltaikanlage auf einem Flachdach wird dieser manchmal sogar auf dem Boden aufgestellt. In jedem Fall sollte der Wechselrichter leicht erreichbar sein und nicht in einem Wohnraum montiert werden, da der Inverter beim Betrieb relativ laut sein kann.
Ein kühler und trockener Standort mit guter Lüftung und wenig Staub schützt den Wechselrichter vor Leistungsabfall und sichert den effizienten Betrieb der Photovoltaikanlage.

ready2plugin Einspeisewächter

Bei dem ready2plugin System handelt es sich um ein Regelsystem, dass es dem Nutzer ermöglicht Konform zu den Gesetzen und Normen mehr als nur die in der VDE festgelegten 600 Watt Einspeiseleistung anzuschließen. Es sollen 1800 Watt möglich sein und es soll eine Lücke geschlossen werden, um auf der einen Seite den Einsatz eines Elektrikers zu verhindern und auf der anderen Seite die Installation für Überlastung zu schützen. Ein Elektrofachbetrieb sollte bei der Planung immer dabei sein.
Der ready2plugin Stromwächter überwacht und steuert den Stromfluss in den Haushalt und in das öffentliche Stromnetz. Er erfährt per WLAN von einem Netzbezugssensor bzw. einer SmartHome-Zentrale den Stromverbrauch des Haushaltes.
Auf Basis dieser Daten regelt ready2plugin die Menge des produzierten Solarstroms innerhalb der normativen Vorgaben. Zudem überwacht der ready2plugin Stromwächter den Solar- und Netzstrombezug. So kann er mit der optionalen Cloud-Verbindung oder vorhandenen SmartHome-Zentrale die momentane Stromerzeugung protokollieren und im Webbrowser anzeigen. Der ready2plugin Stromwächter kann in alle MQTT-kompatiblen SmartHome-Zentralen eingebunden werden. Dies gestattet, den Eigenverbrauch zu optimieren.

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Der ready2plugin Einspeisewächter - der Schlüssel für den eigenen Solarstrom
indielux GmbH

Ready2plugin – Was steckt hinter dem Hype?
Lars-Simon Facius, My Blog Experience
Meldung von Steckdosen-Solargeräten in Deutschland
Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie Landesverband Berlin Brandenburg e.V.

Eine Wallbox (Wand-Ladestation, Wall Connector) ist eine kompakte, kleine Ladestation für E-Autos, die man zu Hause und/oder am Arbeitsplatz nutzen kann. In der Regel wird sie an einer Wand in einem Carport oder in einer (Tief-)Garage montiert.
DC- oder AC-Wallboxen laden ein Elektrofahrzeug bedeutend schneller gegenüber einer handelsübliche Haushaltssteckdose. Das Laden eines E-Autos über eine Steckdose benötigt meistens bis zu zehnmal mehr Zeit als über eine Wallbox.
Das Laden über eine Wallbox ist am sichersten. Die Haushaltssteckdosen sind für solche Strommengen nicht ausgelegt. Die Kombination aus langer Ladedauer und großen Strommengen kann dazu führen, dass eine Überhitzung auftritt. Hierbei besteht oftmals erhöhte Brandgefahr. Deswegen sollte das Laden eines E-Autos über eine normale Haushaltssteckdose nur in absoluten Notladesituationen durchgeführt werden. Und auch nur dann, wenn keine Wallbox oder öffentliche Ladestation greifbar ist.
Hochwertige Wandladegeräte nutzen einen Drehstromanschluss mit einer Spannung von 400 Volt (Starkstrom). Beim dreiphasigen Laden mit 16 A kann eine Leistung von 11 kW bezogen werden, mit 32 Ampere verdoppeln sich die Leistung und erlaubt das Laden mit 22 kW. Hier steht kW für Kilowatt und definiert die Ladeleistung. Ampere ist die Maßeinheit für die elektrische Stromstärke.

Technik: Darauf musst du beim Kauf einer Wallbox achten
e-mobilio GmbH
Elektroauto und Solarstrom
garage-und-carport.de - Anondi GmbH
Wallbox Förderung und Zuschüsse: Wo gibt's noch Geld?
Melanie Baumann, homeandsmart GmbH
E-Mobilität

Wallbox Zuhause - Wallbox Discounter B.V.

Eine Wallbox lohnt sich besonders in Verbindung mit einer eigenen Solaranlage. Da eine eigene Wallbox die bequemste und oft günstigste Lademöglichkeit für E-Auto-Inhaber ist, werden die Wandladestationen immer beliebter. Hier sollte man sich über die Kosten informieren.
Eine Wallbox kostet incl. Installation zwischen 600 - 3.500 €. Um die genauen Kosten zu ermitteln, muss man sich mit den Anschaffungs-, Installations- und Betriebskosten befassen.
• Je nach Hersteller und Modell liegen die Anschaffungskosten bei 400 - 1.500 €. Hier spielen die gewünschtem Funktionen eine große Rolle. So kann die eigene Wallbox schon einmal bis zu 2.000 € kosten.
• Vergleicht man die Angaben verschiedener Anbieter, so landet man insgesamt bei Installationskosten von 200 - 2.000 €. Aber auch bei den Installationskosten gibt es große Schwankungen, da es zahlreiche Faktoren gibt, die die Installationskosten von Wallboxen maßgeblich beeinflussen.

• Unterschiedliche Modelle haben oft auch unterschiedliche Schutzmaßnahmen. Hier muss evtl. nachgerüstet werden, was wiederum die Installationskosten erhöht.
• Je länger das Kabel vom Aufstellort zur Wallbox sein muss, desto höher die Kosten.
• Ein hoher Umbaubedarf (z. B. Mauerdurchbrüche) lässt auch die Installationskosten einer Wallbox steigen.
• Wallboxen müssen beim Netzbetreiber angemeldet werden. Normalerweise sind diese Kosten in den Installationskosten enthalten. Da Ladestationen mit mehr als 11 kW Ladeleistung allerdings eine besondere Genehmigung brauchen, können hier nochmal Kosten von ca. 500 € anfallen.

Der Großteil der Wallbox-Betriebskosten sind erst einmal nur die Stromkosten, die beim Laden des E-Autos anfallen. Dazu kommen regelmäßige Wartungen, die ca. alle zwei bis vier Jahre empfohlen werden, sind aber keine Pflicht. Die Wartungskosten liegen bei ca. 200 €.

Die Anschaffungskosten für Ihre Wallbox kann man sparen, wenn man ein Kompletpaket aus PV-Anlage und Solarstromspeicher kauft oder mietet. Hier ist dann in der Regel eine intelligente Wallbox integriert. So bietet z. B. die Firma Enpal ein Rundum-Sorglos-Paket, in dem Wartung, Versicherung, Monitoring und Reparatur inklusive sind, an. Hier wird die Wallbox über eine IoT Cloud Plattform regelmäßig weiterentwickelt. Dies hilft dabei, den Stromverbrauch und die Ladeprozesse im Haushalt zu optimieren.

Wallbox Kosten: Alle Infos in 2022
Yannick Van Noy, Enpal GmbH

MPPT-Funktion
Die MPPT-Funktion (Maximum Power Point Tracking > Maximal-Leistungspunkt-Suche) eines Reglers ermöglicht einen maximalen Ertrag einer Photovoltaikanlage.
Das System wird für alle Systeme eingesetzt, deren Leistungs-Ausgang nicht konstant bleibt. Ein MPPT-System funktioniert folgendermaßen:
1. Speichern der aktuellen Leistung.
2. Ändern der Steuergröße.
3. Einen Moment warten.
4. Vergleich der aktuellen Leistung mit der vorhergehenden Leistung. Wenn sie größer ist, Speicherung der Leistung.
5. Korrektur oder Änderung der Steuergröße.
6. Wiederholung von Punkt 3 an.
Das MPPT-Verfahren erlaubt Energie zu sparen und Zeit zu gewinnen. Energie zu sparen, weil die Verluste verringert werden. Und Zeit, weil die Aufladung schneller abläuft. Quelle: Diplomarbeit 2010 - Lucien Roten - Stromversorgung für einen drathlosen Sensor
Der Maximal-Leistungspunkt (Maximum Power Point) ändert sich somit ständig, da er von der Sonneneinstrahlung (und Beschattung), der Temperatur und den Moduleigenschaften abhängig ist. Ein MPP-Tracker im Wechselrichter sorgt ständig dafür, dass die Leistung der zu Strings zusammengefassten Module, immer optimal auf den jeweiligen Strahlungs- und Temperaturzustand abgestimmt ist. Es gibt auch Wechselrichter für Photovoltaikanlagen, die teilweise verschattet sind, bei denen die MPP-Tracker auf Verschattungssituationen hin optimiert sind.

Funktion der MPP Regelung eines Photovoltaikwechselrichters - Matthias Diehl

Zunehmend werden Stromspeicher in eine Photovoltaikanlage integriert. Dadurch kann der erzeugten Solarstrom in größeren Mengen selbst verbraucht werden. Die eingesetzte  Speichertechnologie kann durch die Materialien Blei oder Lithium erfolgen. Die Stromspeicher laden grundsätzlich nur Gleichstrom und kann zwischen den Modulen und Wechselrichter im Gleichstromkreis angeschlossen werden. Bei einer Nachrüstung wird der Speicher auch hinter dem Wechselrichter im Wechselstromkreis eingesetzt. Dann hat der Speicher einen eigenen Batteriewechselrichter, der den Strom zum Laden noch einmal umwandelt.

Wenn die Energiewende gelingen soll, dann werden kostengünstige, leistungsfähige Stromspeicher (Sonnenbatterie, Heimspeicher) benötigt, die den aus erneuerbaren Energiequellen gewonnenen Strom dezentral speichern können und bei Bedarf wieder abgeben. Eine Möglichkeit, neben den zentralen Speichern (z. B. Pumpspeicherwerk), sind neuentwickelte Sonnenbatterien (Akkus). Mit diesen können der selbst erzeugte Strom aus Photovoltaik- oder Kleinwindkraftanlagen, BHKW's, Mini-Wasserkraft- oder Biogasanlagen gespeichert werden.
Bei einem Blackout können die zur Zeit vorhandenen Stromspeicher nur für einige Stunden genügend Strom zur Verfügung stellen.

Wenn ein Stromspeicher geplant ist, dann sollte dieser eine zukunftsfähige Ausstattung haben, damit er bei einer Systemerweiterung flexibel ist. Ein Stromspeicher kann umfangreiche Aufgaben des Energiemanagements erfüllen, was aber davon abhängt, welche Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle das Gerät unterstützt. Wichtig ist auch, dass offene Standards und herstellerübergreifende Lösungen eingebunden werden können. Die Möglichkeit der modularen Erweiterung mit zusätzlichen Speicherblöcken sollte möglich sein.
Der Käufer eines Stromspeichers sollte überlegen, welche Aufgaben zur Zeit und in Zukunft anstehen:

• Anschluss einer Mini-PV-Anlage oder Photovoltaikanlage
• Anschluss einer Klein- bzw. Mikrowindkraftanlage
• Integration einer Wärmepumpe
• Wärmeerzeugung durch Solar- und Windstrom per Heizstab
• Integration einer Ladestation für ein E-Auto
• Steuerung von Heizungs- und Lüftungselementen
• Hausautomatisierung - Smart-Home (Sicherheitssystemen, Waschmaschine, Spülmaschine, Eisschrank)
• Teilnahme an zukünftigen Regelenergiemärkten

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Stromspeicher kaufen fürs Haus 2022: Leitfaden & Testsieger
Patrick Jüttemann, Klein-Windkraftanlagen.com

Die sonnenBatterie – unsere Stromspeicherlösung für Ihr Zuhause - sonnen GmbH
Solarwatt Stromspeicher - Solarwatt GmbH
Tesla hängt den Autoakku an die Hauswand

Stromausfall melden

E-Auto als Stromspeicher
Ein Stromspeicher ist eine sinnvolle Ergänzung zur PV-Anlage. Den grünen Sonnenstrom von der eigenen Photovoltaikanlage gibt es nur tagsüber, aber das Auto wird meistens nachts geladen wird. Also benötigt man einen Strom- bzw. Heimspeicher. In diesem wird die Solarenergie gespeichert und bei Bedarf später genutzt. Wichtig ist, dass der Stromspeicher auf die Wallbox abgestimmt ist.
Hier bietet sich ein Energiemanagement-System (EMS) an. Wenn man die Möglichkeit hat, das eigene E-Auto auch tagsüber zuhause zu "betanken", dann kann das Auto als Stromspeicher genutzt werden. Hierfür gibt es eigene Systeme, die im Haushalt gerade nicht benötigten Strom von der PV-Anlage in das Auto laden. Das System beobachtet etwaige PV-Überschüsse. Wenn die Wallbox eine Energiemanagement-Funktion hat, kann das EMS integrieren werden. Dieses erfasst die Ladeleistung der Ladestation digital und passt sie automatisch an die Auslastung in dem Energienetz an.

Der Akku des E-Autos muss nicht nur Strom aufnehmen, sondern auch abgeben und das Auto muss bei dem nächsten Start wieder voll einsatzfähig sein. Hier kommt die Technik des bidirektionalen Ladens (Vehicle-to-Grid [V2G[, Vehicle-to-Home [V2H]) zum Einsatz. Mit dieser Technik kann der gespeicherten Strom im Akku selbst genutzt werden und steigert den Eigenverbrauch.
Eine andere Mögkichkeit ist, den Akku (Stromspeicher) so zu nutzen, dass die überschüssige Energie gegen ein Entgelt zurück in das Stromnetz des Stromanbieters eingespeist wird. Das bidirektionale Laden über die Autoakkus als Stromspeicher könnten den Spitzenbedarf ideal abdecken.
Leider kann man zur Zeit noch nicht jedes Elektroauto als Stromspeicher zu nutzen. Trotzdem sollte das Auto mit einem CHAdeMO-Stecker ausgerüstet sein, damit das bidirektionale Laden überhaupt funktionieren kann. Diesen Stecker haben fast ausschließlich Fahrzeuge asiatischer Hersteller.

Wenn die beschriebenen Voraussetzungen vorhanden sind, hat das viele Vorteile:
• Die alternativ gewonnene Energie aus der Photovoltaikanlage und/oder Windkraftanlage kann zu 100 Prozent selbst genutzt werden.
• Mit jeder Kilowattstunde (kWh), die im Eigenverbrauch grenutzt wird, spart bares Geld.
• In Zeiten, in denen die Anlage nicht genügend Energie liefert, nimmt man einfach den Strom aus dem Autoakku. Das Elektroauto ist also ein Heimspeicher.
• Das macht auch von steigenden Strompreisen unabhängig.
• Wenn mehr Strom produziert wird, als verbraucht und gespeicht werden kann, kann gegen Bezahlung in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Quelle: Giuliano Fuchs, net4energy GmbH

Wie funktioniert ein Elektroauto als Stromspeicher?
Giuliano Fuchs, net4energy GmbH
Die Autobatterie als Stromspeicher für zu Hause
Kai Rüsberg, Deutschlandfunk

Energiespeicher
Energiespeicher können den Erfolg der Energiewende, die aufgrund des Klimawandels notwendig ist, entscheiden. Pumpspeicherwerke oder Blei-Säure-Batterien haben sich seit Jahrzehnten bewährt. An der Entwicklung, dem Bau und der Integration neuer Energiespeichersysteme in die Energieversorgung wir gearbeitet. Die Energiespeicher sind für die Verbreitung erneuerbarer Energien zur Stromversorgung entscheidend. Es gibt zurzeit verschiedene Energiespeicher, die sich im Aufbau, in der Betriebsart und der Energieform, die sie speichern, unterscheiden.

Verschiedene Speicherarten bzw. Speichertechnologien:

• Mechanische Energiespeicher
  Mechanische und thermomechanische Energiespeicher werden für die Langzeitspeicherung von elektrischer Energie durch die Umwandlung in eine andere Energieform genutzt.
  • Pumpspeicherkraftwerke
  • Hydraulischer Energiespeicher
  • Druckluftspeicher
  • Schwungradspeicher
  • Flüssigluft-Energiespeicher
  • Thermopotenzialspeicher
• Thermische Energiespeicher (Wärmespeicher)
  Thermische Energiespeicher gibt es in drei verschiedene Speicherkonzepten:
  1. Sensible Speicher (Wärmespeicherung durch Temperaturveränderung des Speichermediums)
  2. Latente Speicher (Wärmespeicherung hauptsächlich durch die Nutzung von Phasenwechsel von fest zu flüssig)
  3. Thermochemische Wärmespeicher (Wärmespeicherung in Form einer reversiblen thermo-chemischen Reaktion)
  Wärmespeicher werden zur Wärme- und Kälteversorgung sowie zur Kopplung mit unterschiedlichen Wärmenetzsystemen. Diese Lang- und Kurzzeitwärmespeicher werden zentral, dezentral und/oder gebäudeintegriert eingesetzt.
  • Erdwärmesondenspeicher
  • Naturstromspeicher (Eisspeicher)
  • Aquiferspeicher
  • PCM-Speicher (Phase Change Material)
  • Kies-Wasser-Speicher
  • Sorptionsspeicher
  • Gebäudeintegrierte Speicher (kaltes Nahwärmenetz)
  • Heißwasser-Speicher
  • Wasserspeicher für Power-to-Heat-Anlagen
  • SaltX-Anlage
• Chemische Energiespeicher
  Diese Speicher basieren auf dem Prinzip der Umwandlung von Strom (möglichst erneuerbare Stromüberschüsse), mittels Elektrolyse in Wasserstoff. Zurzeit sind die Methanisierung (Erdgas), Methanolisierung und die Fischer-Tropsch-Synthese (synthetischer Benzin/Diesel/Kerosin) noch am interessantesten.
  • Wasserelektrolyse
  • Power-to-Gas
  • Metallhydridspeicher
  • Flüssige organische Wasserstoffträger
• Elektrochemische Energiespeicher (Dezentrale und zentrale Batteriespeicher)
  Bei elektrochemischen Energiespeichern wird die zu speichernde elektrische Energie während des Ladevorgangs in chemische Energie umgewandelt. Bei der Entladung des Speichers wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt.
  Elektrochemische Energiespeicher bestehen aus einer Energiewandlungseinheit und einem Speichermedium.
  • Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien
  • Nickel-Kadmium und Nickel-Metallhydrid Batterien
  • Natrium-Schwefel-Batterien
  • Blei-Säure-Batterien
  • Luftsauerstoff-Batterie – Metall-Luft-Batterien
  • ZEBRA-Batterien – Natrium-Nickelchlorid-Batterien
  Redox-Flow-Batterie – Vanadium, Polysulfid-Bromid, Zink-Brom und andere
• Elektrische bzw. Elektromagnetische Energiespeicher
  Die Energiespeicherung in einem Kondensator beruht auf der Aufrechterhaltung eines elektrischen Feldes, in welchem Energie gespeichert ist. Im Zusammenhang der Energiespeicherung sind vor allem Superkondensatoren von Bedeutung.
  Bei Spulen dagegen wird die Energie in elektromagnetischen Feldern gespeichert. Um diese Felder nahezu verlustfrei aufrechtzuerhalten, ist ein sehr geringer Innenwiderstand notwendig. Dies wird z. B. mit Supraleitern realisiert, indem diese auf extrem niedrige Temperatur abgekühlt werde
  • Kondensatoren
  • Supraleitende magnetische Energiespeicher
  

Technologien des Energiespeicherns– ein Überblick
- ingenieur.de, VDI Verlag GmbH
Energiespeicher-Technologien im Überblick
- energie-experten.org, Greenhouse Media GmbH
Energiespeicherung als Element einer sicheren Energieversorgung
- Wiley-VCH GmbH
Der Stromspeicher. Selbst erzeugten Solarstrom jederzeit nutzen
Hager Vertriebsgesellschaft mbH & Co. KG

Elektronischer Haushaltszähler eHZ- k - Gehäuse-, Anzeige- und Bedienelemente
Quelle: EMH metering GmbH & Co. KG

Einspeisezähler

Solar Tracking - DEGERenergie GmbH & Co. KG
Vor- und Nachteile verschiedener Nachführsysteme im Vergleich
Christian Märtel, DAA Deutsche Auftragsagentur GmbH
Lohnen sich Solartracker?
Prof. Dr. Siegfried Kreußler, Dipl.Ing.(FH) Manfred Bergman,
Labor für Solartechnik, Fachhochschule Lübeck

Ausrichtung und Neigung

Neben der Globalstrahlung (Direkt- und Diffusstrahlung), die vom Standort, der Tages- und Jahreszeit sowie vom Wetter abhängig ist, sind die Ausrichtung (Azimut) und der Neigungswinkel der Solarmodule für den Ertrag einer Photovoltaikanlage ausschlaggebend. Ein Tracking System (Nachführsystem), das die Solaranlage automatisch zur Sonne ausrichtet, ist für kleinere private PV-Anlagen nicht sinnvoll.

Allgemeine Aussagen zur Photovoltaikausrichtung

• optimale Ausrichtung für PV-Anlagen nach Süden
• Ausrichtung nach Südwest oder Südost - Ertragsverlust unter 5 %
• Ost-West-Ausrichtung - Ertragsverlust ca. 20 %
• Ausrichtung nach Norden ist nicht empfehlenswert
• optimaler Neigungswinkel 30 – 35°
• PV-Anlagen in Süddeutschland den Neigungswinkel etwas kleiner wählen
• PV-Anlagen in Norddeutschland den Neigungswinkel etwas größer wählen

Die folgenden Hinweise tragen ebenfalls dazu bei, die Ausrichtung je nach Standort der Anlage bestmöglich zu wählen:
• Selbstreinigung beachten. Erst ab einem Neigungswinkel von ca. 12 Grad setzt der selbstreinigende Effekt der Solarmodule ein. Ist dieser nicht gegeben, sollte eine regelmäßige Reinigung der PV-Anlage einkalkuliert werden, damit keine Schäden durch Verschattungen entstehen.
• Schneelast bedenken. In Regionen mit hohem Schneeaufkommen sollten Solarmodule mit einem Neigungswinkel von mindestens 30 Grad installiert werden, damit der Schnee abrutschen kann und keine Verschattung entsteht.
• Kosten für Anlagen auf Flachdächern kalkulieren. Die Ausrichtung von PV-Anlagen auf Flachdächern lässt sich flexibler gestalten. Dazu werden allerdings Aufständerungen gebraucht, die mit zusätzlichen Kosten einhergehen.
• Bei starker Südabweichung Neigungswinkel korrigieren. Je stärker die Ausrichtung der PV-Anlage von Süden abweicht, desto kleiner sollte der Neigungswinkel gewählt werden. So lassen sich mit einem Winkel von 0 bis 20 Grad auch bei Ost-West-Anlagen noch etwa 90 % des maximalen Ertrags erreichen. Umsetzen lässt sich die Korrektur jedoch meist nur auf Flachdächern.

Der optimale Neigungswinkel für Photovoltaikanlagen - Nicolas, tryseo UG

Ausrichtung - Photovoltaikanlage
Quelle: rechnerphotovoltaik.de - Eugen Wagner, DeinFachmann
Bedeutung der Dachausrichtung für die Photovoltaikanlage

Ausrichtung Photovoltaikanlage – So erzielen Sie hohe Erträge
bauen & sanieren.net
Photovoltaikanlage Ausrichtung und Neigung
Solar-Ratgeber - Anondi GmbH
Photovoltaik Ausrichtung
Solarwatt GmbH

Integrierte Photovoltaik

Die Integrierte Photovoltaik (IPV - integrated photovoltaics), z. B. die Gebäudeintegrierte Photoviltaik (GiPV) bzw. Bauwerkintegrierte Photovoltaik (building-integrated photovoltaics), ist mehr als nur ein Stromlieferant. Sie ist der am stärksten wachsende Bereich für Photovoltaik. Sie befasst sich mit der architektonischen, bauphysikalischen und konstruktiven Einbindung von PV-Elementen in die gesamte Gebäudehülle und anderen Anwendungsfeldern.
Die Integrierte Photovoltaik ist ein wichtiger Teil der Energiewende. Um diese zu erreichen, muss z. B. die derzeit installierte Fläche um das 6- bis 8-fache erhöht werden.

Bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV)
Hier handelt es sich um die architektonische Integration von PV- Modulen in Dächer, Fassaden und weitere Gebäudeteile. Sie produzieren nicht einfach nur Strom, sondern übernehmen zusätzliche Funktionen wie Wind- und Wetterschutz sowie Wärmedämmung. Eine besondere Rolle spielt die BIPV an denkmalgeschützten Häusern, bei denen oft die Nutzung der Photovoltaik nicht genehmigt wird.
Agri-Photovoltaik (APV)
Das Verfahren wird auch Agrophotovoltaik genannt. Hier werden, statt ertragsärmere Flächen rein für die Aufständerung von PV-Anlagen zu belegen, landwirtschaftliche Flächen einfach doppelt genutzt (für die Lebensmittel- und Stromproduktion). Was im Ackerbau begann, hält mittlerweile sogar im Obstbau Einzug. Agri-PV hat sich in fast allen Regionen der Welt verbreitet.
Verkehrswege-Photovoltaik (RIPV)
Hier werden PV-Module in Straßen- und Schienen-Verkehrsflächen sowie Lärmschutzwänden intigriert. Dazu gehören auch Fußwege, Plätze, Radwege und Seitenstreifen. Natürlich sind hier die Anforderungen an die Modulflächen besonders hoch. Sie müssen mechanisch belastbar, rutschfest und lärmschluckend sein. Ein weiterer Kostenfaktor ist der erhöhte Aufwand für die Reinigung und Wartung.
Urbane Photovoltaik (UPV)
In der Stadt der Zukunft könnten große PV-Installationen bereits versiegelte Flächen angenehmer gestalten. Parkplätze, Haltestellen, Tankstellen, Ladestationen für E-Autos usw. würden nachts beleuchtet und tagsüber beschattet. Bei ansprechend gestalteten Systemen entstünden attraktive Plätze und Straßenlandschaften.
Fahrzeugintegrierte Photovoltaik (VIPV)
Die Einbindung von PV-Modulen in E-Fahrzeuge ersetzen zugleich Bauteile wie das Dach oder die Motorhaube, erhöhen die Reichweite und verbessern die CO2-Bilanz. Einsatzorte sind neben dem Pkw und Lkw auch Wohnwagen und Wohnmobile, Lastenfahrräder, Straßenbahnen, Busse und Züge sowie Schiffe, Flugzeuge und Drohnen.
Schwimmende Photovoltaik (FPV)
Bei Floating Photovoltaics werden die Module auf Gewässerflächen an Schwimmkörpern angebracht und am Ufer oder dem Gewässergrund verankert. Das kühlende Wasser sorgt für höhere Erträge als die konventionellen Freiflächenanlagen. In Deutschland kämen geflutete Tagebauflächen, manche Kies- und Stauseen sowie künstliche Seen in Betracht.
Quelle: ISE

Die Integrierte Photovoltaik ist sehr aufwändig, aber bei näherer Betrachtung lohnt sich die Investition dennoch.
Das Fraunhofer ISE listet vier Chancen auf:

1. Bei der Integration beansprucht die PV-Technologie keine neuen Flächen, sondern spart sogar oft die Kosten für die Bereitstellung der Flächen ein. Damit werden Flächennutzungskonflikte vermieden.
2. Ein großes Problem für die heimische Modulherstellung ist die konkurrenzlos billige Massenware aus Fernost. Integrierte Fotovoltaik dagegen erfordert individuelle Lösungen, was sich positiv auf die lokale Produktion auswirkt.
3. Statt auf eine fertige Konstruktion erfolgt die Montage direkt auf die Unterkonstruktion. Dies reduziert den Materialverbrauch von vorneherein. Bei Bauwerken und Fahrzeugen wirken viele Modulabdeckungen wie eine Schutzhülle, bei städtebaulichen Projekten als Schattenspender oder Lärmbarriere.
4. Ein System, das seine Energie direkt an der Verbrauchsstelle erzeugt, kann zumindest teilweise auf Strom aus dem öffentlichen Netz verzichten. Bei immer noch weiter steigendem Energiehunger durch E-Fahrzeuge, Klimageräte & Co. kann integrierte PV die Gefahr der Netzüberlastung reduzieren.

Anwendungsfelder integrierter Photovoltaik
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Integrierte Photovoltaik: Eine Chance für die Energiewende
Solar-Ratgeber - Anondi GmbH

>>>> hier ausführlicher <<<<

PV-Anlagen - Blitzschutz - Überspannungsschutz
Bei der Installation einer Photovoltaik-Anlage oder spätestens nach einem Blitzschaden stellt sich die Frage, ob der Blitzschutz für die Photovoltaik-Anlage notwendig ist. Hier sind die baulichen Gegebenheiten der PV-Anlage und des Gebäudes, auf dem diese installiert wird, zu berücksichtigen. Eine Beschreibung der Schutzmaßnahmen sowie eine Entscheidungshilfe enthält die Blitzschutz-Norm DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) im Beiblatt 5 "Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme".
Photovoltaik-Anlagen sind sowohl durch direkte als auch durch nahe Blitzeinschläge gefährdet, denn dabei entstehen hohe Spannungen und Ströme, die auf das PV-Stromversorgungssystem einwirken können.
• Direkteinschläge: Werden Photovoltaik-Anlagen direkt von Blitzen getroffen, fließen sehr hohe Blitzströme über die Photovoltaik-Anlagen, die dabei häufig zerstört werden; auch mechanische Zerstörungen und Brände sind nicht auszuschließen.
• Indirekte Einschläge: Bei nahen Blitzeinschlägen fließen Blitzteilströme über die elektrischen Installationen und Versorgungsleitungen, die in Photovoltaik-Anlagen große Schäden hervorrufen können.
• Bei Blitzeinschlägen in einer Entfernungen bis 500 m erzeugen die hohen magnetischen Felder des Blitzes in elektrischen Installationsschleifen Überspannungen, die Schäden an Photovoltaik-Anlagen verursachen können.
• Bei Blitzeinschlägen in größerer Entfernung können allenfalls kapazitive Einwirkungen auftreten, die in der Regel keine Schäden hervorrufen.

Blitzschutz von Photovoltaik-Anlagen
VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.
Blitz- und Überspannungsschutz für Aufdachanlagen
DEHN SE
Schutzkonzept für PV-Anlagen
DEHN SE
Prüfung des Blitzschutzsystems
DEHN SE
Technischer Leitfaden Photovoltaik - VdS 3145
Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)

hier ausführlicher >>> Blitzschutz - nicht nur für Solaranlagen

Elektrosmog - Elektromagnetische Strahlung

Ob der Elektrosmog (elektromagnetische Strahlung) durch eine Photovoltaikanlage, der durch elektromagnetische Felder (elektrische Gleichfelder, magnetische Gleichfelder, elektrische Wechselfelder, magnetische Wechselfelder) entsteht, krank machen kann, wird zunehmend gestrittig diskutiert.
Die einen sagen, dass die elektrischen und magnetischen Felder sich im Bereich von 9 - 3000 kHz befinden und sich nicht von elektronischen Haushaltsgeräten unterscheiden und die Feldstärke bereits nach wenigen Zentimetern stark abnimmt und somit für die Gesundheit unbedenklich ist.
Die anderen sagen, dass die PV-Anlagen Elektrosmog verbreiten können, wenn sie nicht richtig installiert und angeschlossen werden. Vor allem erzeugen Wechselrichter erhebliche magnetische Wechselfelder, deren Stärke von der Sonneneinstrahlung abhängig ist und in grossem Abstand zu tags- und nachtsüber benutzten Räumen installiert werden sollten.
Da der Elektrosmog nicht nur tagsüber verursacht, sondern 24 Stunden ohne Unterbrechung (also auch, wenn kein Strom erzeugt wird) entsteht. Wenn der Wechselrichter am Netz bleibt, leitet er auf alle Installationen und alle Gebäudeteile Strom. Es wurde festgestellt, dass auf dem Netz massive, breitbandige Störstrahlungen vorhanden sind. Auch wenn die Solaranlage auf einem Nachbargebäude betrieben wird. Diese Magnetfelder können durch geeignete Messungen festgestellt und minimiert werden, wenn z. B. das Verbindungskabel zwischen Solarzelle und Wechselrichter verdrillt werden. Außerdem sollten unnötige Potentialdifferenzen vermieden werden.
Diese Maßnahmen gegen Elektrosmog sind immer zu empfehlen:
• Möglichst viel Abstand zu tagsüber genutzten Räumen
• Erdung der Module
• Geringe Leiterschleifen
• Abgeschirmte geerdete Stringleitungen oder Verlegung in geerdeten Rohren
• Positionierung des Wechselrichters möglichst weit weg von Daueraufenthaltsplätzen (Bett, Büroarbeitsplatz)
• Verbindungskabel zwischen Solarzelle und Wechselrichter verdrillen
• unnötige Potentialdifferenzen vermeiden
• Aluminium-Folie an der Modulrückseite
• Wechselrichter mit Transformator (Gleichstromseite und Wechselstromseite galvanisch trennen)
• Wechselrichter mit Netzfilter auf Gleich- und Wechselstromseite oder Installation zusätzlicher externer Netzfilter
• Wechselrichter weit weg von Ruhezonen (z. B. im Keller abgeschirmt)
• Solarleitungen (+ und -) in geringem Abstand zueinander verlegen
• Gleichstromleitungen fernab von Wechselspannungsleitungen verlegen

Elektromagnetische Strahlung einer Photovoltaik Anlage
Christian Märtel, DAA GmbH
Photovoltaikanlagen und Elektrosmog?
Werner Bopp, baubiologie magazin - Institut für Baubiologie + Nachhaltigkeit IBN Unabhängige private GmbH
PV-Elektrosmog: Krank durch Photovoltaikanlagen?
Kai Janßen, grünes.haus.de
Photovoltaik-Elektrosmog: Wie gefährlich ist Solaranlage-Strahlung?
energie-experten.org - Greenhouse Media GmbH
Schutz vor Elektrosmog – Photovoltaikanlage richtig abschirmen
Christian Schaar, S2 GmbH - J.Fink Verlag GmbH & Co. KG
Elektrosmog - Torsten Mey

Drohnenprüfung an PV- und Thermosolaranlagen

Drohnen werden zunehmend im Umfeld von Kraftwerken, Industrieanlagen, Windkraftanlagen, PV- und Thermosolaranlagen, Brücken und anderen Bauwerken eingesetzt. Die Drohnenflüge unterliegen strengen Auflagen der Luftfahrtbehörden. Bevor eine Drohne zur Inspektion aufsteigen darf, muss geprüft werden, ob eine Aufstiegsgenehmigung der jeweiligen Landesluftfahrtbehörde zu beantragen ist. Außerdem müssen die Drohnenflüge durch eine entsprechende Drohnenversicherung abgesichert sein. Deswegen sollten Drohnen nur von entsprechenden Dienstleistern eingesetzt werden, denn diese kennen die entsprechenden Gesetze, Vorschriften, Bestimmungen, Richtlinien und Standards, die bei einem Drohnenflug Im Indoor- und Outdoorbereich eingehalten werden müssen, sowie was es nach der neuen EU-Drohnenverordnung zu beachten gilt.

Neben Indoor-Inspektionen mit komplexen Detailinspektionen von Anlageninnenräumen und schwer zugänglichen Bereichen in Kanäle, Rauchgaskanäle, Industrieschornsteine, Industrieöfen, Hallendecken, Tanks, Silos, Kühltürme, Boiler, Kesselanlagen in Kohlekraftwerken und Brenner in Kraftwerken, wird auch der Outdoorbereich wie Stadiondächer, Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Brücken, Industriekamine, Kühltürme, Tanks, Silos, Pipelines oder Medienleitungen inspiziert.

PV-Anlagen haben Betriebszeiten von mindestens 20 Jahre. Um zu erkennen, ob einzelne Solarmodule vorzeitig kaputt gehen, sollte jede größere PV-Anlage (z. B. Freiflächenanlagen) mindestens einmal im Jahr auf Beschädigungen überprüft werden. Dazu sind regelmäßige Inspektionen und Wartungen notwendig.

Quelle: greentech corporate solutions GmbH
Thermografie-Untersuchung von PV-Modulen
greentech corporate solutions GmbH

Inspektion aus der Luft
SaarDrones GbR
Drohnen-Inspektion
SPECTAIR GmbH

Photovoltaikanlage reinigen

Laub und Schnee bleiben bei einem empfohlenen Neigungswinkel von 30 bis 35° nur selten liegen, aber Luftverschmutzung oder Vogelkot können die Reinigung der PV-Anlage nötig machen. Zwischen Glas und Rahmen setzt sich Schmutz ab, auch Moos kann sich hier bilden. Ohne regelmäßige Solarreinigung vermindert sich möglicherweise der Wirkungsgrad der Solarmodule. Durch eine Schmutzschicht kommt weniger Sonnenlicht an die Module. Außerdem führen Verschmutzungen zu Verschattungen und dadurch zu Schäden an den Modulen.
Ob eine regelmäßige Reinigung der Photovoltaikanlage tatsächlich verlässlich zu höheren Erträgen führt, wird derzeit noch erforscht. Zwar konnte eine Studie zeigen, dass durch die Reinigung Mehrerträge erwirtschaftet wurden. Diese Studie bezog sich jedoch auf sehr große PV-Anlagen, sodass die Ergebnisse nicht zwingend auf kleine PV-Anlagen auf Wohnhäusern übertragbar sind. Die PV-Anlage zu reinigen kann sinnvoll sein, wenn
• man selbst eine Verminderung der Erträge festgestellt hat,
• der Neigungswinkel der Module gering ist (z. B. bei einer PV-Anlage auf einem Flachdach),
• die Anlage sich unweit von Bäumen mit klebrigen Pollen oder Blüten befindet (z. B. Birke, Ahorn, Linde),
• stärkere und hartnäckige Verschmutzungen (etwa durch Vogelkot) bekannt sind
• wenn die Anlage in der Nähe eines landwirtschaftlichen Betriebs oder einer Bahntrasse installiert ist, da hier stärkere Verschmutzungen durch Fettablagerungen oder Roststaub zu erwarten sind.

Photovoltaikanlage reinigen - Solar-Ratgeber - Anondi GmbH
Solaranlagen reinigen: So geht es richtig - IBC SOLAR AG
Photovoltaik: Reinigung, Wartung und Unterstützung durch Firmen
Solarwatt GmbH
Wann ist der richtige Zeitpunkt für eine Photovoltaik Reinigung?
Michael Mattstedt, Ökologische Solarreinigung
Photovoltaik im Winter – Das sollten Sie als Anlagenbetreiber*in beachten
Nadine Kümpel, Wegatech Greenergy GmbH

Mini-PV-Anlage
Mini-PV-Anlagen bzw. Balkonkraftwerke werden auch "Stecker-Solar-Gerät", "Plug-and-Play"-Photovoltaikanlage oder "Guerilla-PV-Anlage" genannt. Sie speisen den Strom direkt ins Stromnetz des Hauses bzw. der Wohnung ein, wo er dann von den angeschlossenen und eingeschalteten Elektrogeräten verbraucht wird. Wichtig ist, dass der vorhandene Stromzähler (Bezugszähler) nicht rückwärts laufen darf, falls der Eigenverbrauch zu gering ist.
Obwohl die Hersteller damit werben, dass jeder seinen eigenen Strom erzeugen kann, warnt der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) vor den Risiken. Hier hat aber das europäische Parlament unlängst den "Entschließungsantrag zur Strom- und Wärmeerzeugung in kleinem und kleinstem Maßstab" herausgegeben, der sich mit der dezentralen Energiewende beschäftigt. Dieses Dokument umfasst, neben den Mini-Heizkraftwerken, auch Kleinstanlagen im Bereich der Photovoltaik. Die EU fördert dadurch das Potential der Kleinstanlagen und hat somit ihr Potential erkannt.

>>>> hier ausführlicher <<<<

Solaranlage kaufen oder mieten*
Viele Hauseigentümer haben ein Dach und/oder eine Freifläche, welche sich für die Installation einer Photovoltaikanlage eignet. Oft haben sie keine finanziellen Mittel oder keinen Mut für die Investition in eine Photovoltaikanlage. Das klassische Kauf-Modell ist für immer mehr Hausbesitzer nicht mehr die beste Option. Als Alternative hat sich vor allem das innovative Miet-Modell etabliert.

• Wer am liebsten alles selbst macht, keinen Kredit benötigt und sein Erspartes nicht investieren möchte, für den ist das klassische Kauf-Modell eine gute Option.
• Wer eine PV-Anlage mietet, schätzt das Rundum-Sorglos-Paket, 0 € Anschaffungskosten und die Kostentransparenz.
• Bei einem ehrlichen Vergleich sind die Kostenunterschiede je nach Anlagengröße und Rechenweise meist eher gering und hängen davon ab, wie genau man rechnet und welche Faktoren man einbezieht.

* Ein Mietvertrag ein ein gegenseitiger schuldrechtlicher Vertrag zur zeitweisen Gebrauchsüberlassung gegen Entgelt. Dieser ermöglicht dem Mieter den Gebrauch an der gemieteten Sache. Die Gegenleistung des Mieters besteht darin, die im Vertrag vereinbarte Miete zu zahlen.

Obwohl der Kauf einer Photovoltaikanlage einige Vorteile (Förderungen von Staat und/oder Bundesland, selbsttragende Energiegewinnung ohne Mehrbelastung) hat, ist das nicht immer zu empfehlen. Ein Grund dafür sind die hohen Anschaffungskosten. Bei einem Einfamilienhaus zahlt man für die Anschaffung einer Photovoltaik-Komplettanlage deutlich über 10.000 €. Eine Anlage mit einer Leistung von z. B. 8,1 Kilowatt (kWp) kostet nach Angaben der Verbraucherzentrale aktuell etwa 13.000 € (Stand: Mai 2022). Ein weitere Gründe sind die Installations- und Betriebskosten ( Wartung, Inspektion, Reparatur, Reinigung der Anlage, Versicherung). Viele Hersteller verlangen außerdem ein smartes Monitoring.

Preise in netto, ohne Inflation. Wechselrichter und Stromspeicher sollten nach 10 - 15 Jahren ersetzt werden. Aufgrund von verschiedenen Faktoren ändern sich die Preise momentan stärker und schneller als in der Vergangenheit.
Quellen: HTW Berlin, Fraunhofer ISE, BSW/EUPD Preismonitor, ZSW und Verbraucherzentrale.

Enpal bietet die PV-Anlagen im Miet-Modell an. Das Besondere dabei ist, es gibt keine Anschaffungskosten und das Rundum-Sorglos-Paket (Beratung, Planung, Installation, Wartung, Reparatur und Versicherung) ist inklusive.
Die Miete für eine PV-Anlage liegt zwischen 114 € und 202 € pro Monat. Je größer die Anlage, desto höher der monatliche Mietpreis. Optional wird auch ein Solarstromspeicher und eine Wallbox angeboten. Die Miete bleibt über eine Laufzeit von 20 Jahren stabil und steigt auch bei höherer Inflation nicht an.
Bei den Anbietern muss u.a. darauf geachtet werden, wann die erste Miete fällig ist und was nach Ablauf der Vertragslaufzeit mit Ihrer Solaranlage passiert. Häufig müssen die monatlichen Preise schon vor Inbetriebnahme der Anlage bezahlt und nach 20 Jahren muss die Solaranlage entweder wieder abgeben oder überteuert beim Anbieter abgekauft werden.
Im Mietmodell von Enpal beginnen die monatlichen Mietpreise für die PV-Aanlage bei 114 €. Die Miete ist erst dann fällig, sobald die Photovoltaikanlage in Betrieb ist und Strom erzeugt. Eine weitere Besonderheit ist, dass Sie die PV-Anlage nach 20 Jahren für einen symbolischen Euro (fast) geschenkt bekommen. Bei einer Lebensdauer von 30 bis 40 Jahren sind das nach Vertragsende also nochmals 10 bis 20 Jahre kostenfreie Nutzung. Die Anlage kann aber auf Wunsch auch nach Ende der Mietdauer kostenfrei von Enpal rückgebaut und abheholt werden. Quelle: Enpal GmbH

Solaranlage kaufen oder mieten
Solaranlage mieten: Lohnt sich das Modell? - Alle Vorteile und Nachteile
Solaranlage kaufen oder mieten - Was ist besser?
Yannick Van Noy, Enpal GmbH
Miete und Pacht Wo liegen die Unterschiede?
HAUSGOLD - talocasa GmbH

Autarkie - ÖKO-Energie
Alle reden von der Energiewende. Aber wie macht man die?
Solarwatt GmbH
Elektrische Anlagen- und Betriebsmittelprüfung