Zwischenzähler

selfPV Komplettpaket 270Wp - EVT

Anwendungsbeispiel

selfPV Komplettpaket Zeversolar 2160Wp
Quelle: Bosswerk GmbH &Co. KG
Solarstrom direkt nutzen für Jedermann
Bosswerk GmbH & Co. KG

Die Mini-PV-Anlage muss bei dem Stromlieferanten angezeigt werden. Hierbei handelt es sich um keine Anmeldung nach dem EEG, sondern um eine Mitteilungsanzeige über den Modulbetrieb. Mieter und Wohnungseigentümer brauchen eine Erlaubnis des Vermieters bzw. der Wohnungseigentümergemeinschaft, um das Gerät dauerhaft anzubringen. Die Zustimmung kann mit der Begründung verweigert werden, dass die Anlage das äußere Erscheinungsbild der Hausfassade beeinträchtigt oder/und die Beschädigung der Hauswand durch Dübel bei der Anlagenbefestigung kann ein Grund für eine Ablehnung sein.
Das Anschließen einer Anlage ist problemlos möglich. Wer aber mehrere Mini-PV-Anlagen an das Stromnetz anschließen möchte, eventuell über eine Mehrfachsteckdose, der sollte immer einem Elektronikfachbetrieb ins Boot holen.
Die Solarmodule haben eine Leistung von 200 bis 600 Watt und können an der Balkonbrüstung, auf der Terrasse, an der Hauswand, auf dem Garagen- und Hausdach montiert werden. Microwechselrichter wandeln den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Im einfachsten Fall wird dieser per Steckverbinder (Wielandstecker/-buchse) in eine geeignete Steckdose (Wieland Einspeisesteckdose) eingespeist. Mini-PV-Anlagen werden in der Regel als Komplettpakete (Plug & Play Systeme) angeboten und sind zur Zeit eine Technologie, mit der neben dem Eigenheimbesitzer auch Mieter selbst erneuerbare Energie für den Eigenverbrauch erzeugen können.
Die Anlagen produzieren, richtig ausgelegt (Anzahl der Solarmodule und Wechselrichter), genug Strom, um einen wesentlichen Teil der Grundlast eines Haushalts zu decken. Also den Strombedarf, der durch Stand-By-Funktionen und dauernd laufende Geräte (z. B. Kühlschrank, Gefrierschrank, Heizungspumpe, aber auch Wärmepumpe bzw. Klimagerät) vorhanden ist. Außerdem gibt es die Möglichkeit, zu viel erzeugten Strom in einem Akku zu speichern.

SHP 600 Balkonkraftwerk^®

Befestigung am Balkongitter
Quelle: SHP International Trading GmbH

Damit eine Photovoltaikanlage eine möglichst hohe Energieleistung abliefert, ist eine optimale Ausrichtung zur Sonne zu planen, denn je mehr Sonneneinstrahlung dem Panel zur Verfügung steht, desto höher ist der mögliche Ertrag. Neben der richtigen Ausrichtung ist die Befestigung der Anlage besonders wichtig, denn die Panele, Wechselstromrichter, Kabel und Steckdose müssen vor Unwetter (Sturm, Blitzschlag) geschützt werden. Hier sind die geltenden Bauvorschriften (Statik, Denkmalschutz, Bebauungsplan [größere Anlagen]) der jeweiligen Bundesländer und die VDE Vorschriften zu beachten.
Bei der Ausrichtung sollte die Sonne möglichst senkrecht auf die einstrahlenden Solarpanele einstrahlen, denn nur so ist ein optimaler Stromertrag möglich. Natürlich sollten die Panele nicht beschattet werden, denn schon kleinste Beschattungen können den Ertrag erheblich verringern. Da im Laufe des Jahres der Einstrahlungwinkel sehr verschieden ist, ist die Ausrichtung nach Süden mit einem Neigungswinkel ca. 30 bis 40 Grad je nach Breitengrad (Mittags orientiert nach Süden, in Süddeutschland ca. 32 Grad, in Norddeutschland ca. 37 Grad) sinnvoll.
Da die meisten Mini-PV-Anlagen auf bzw. an einem Balkon oder einer Terrasse installiert werden, ist die Ausrichtung nach Himmelsrichtung aber nur begrenzt möglich. Auch bei einem Schrägdach ist die Ausrichtung und der Neigungswinkel vorgegeben. Deshalb ist die Installation bzw. Aufstellung auf oder an bzw. auf einem Flachdach oder auf einer Freifläche im Garten vorteilhaft, weil hier die Panele mit einem entsprechenden Rahmengestell optimal in die notwendige Position gebracht werden können.

Nur ein Blatt kann schaden

Auch bei einem perfekt nach Süden ausgerichteten Dach kann keine installierte PV-Anlage effizient arbeiten, wenn diese je nach Jahreszeit (besonders im Winter) im Schatten hoher Bäume liegt. Auch Teilverschattungen haben einen überproportional negativen Einfluss auf die Ertrag einer PV-Anlage.
Es gibt viele verschiedene Verschattungen, die auf Solarmodule einfallen und den Ertrag des gesamten Systems mindern oder die Anlage beschädigen. Damit man dieses Gefahrenpotenzial vermeiden kann, muss man sich über die möglichen Verschattungskomponenten im Klaren sein.

Verschattungen durch einen Nachbarbaum, der wohl zu hoch wurde

Die Anlage wurde wohl an einem falschen Platz installiert
Quelle: Energie-experten.org

Um eine Verschattung zu minimieren oder vollständig zu verhindern, hängt davon ab, ob die Verschattungsursache vom Eigentum stammt oder im fremden Besitzer ist. Entsprechend ergeben sich Verschattungsbeseitigungsmaßnahmen, die sich auf das Photovoltaiksystem oder einen Gebäudeumbau beziehen.
Wenn die Verschattungsursache vom eigenen Besitzes ausgeht, dann ist das die einfachste Möglichkeit, das Problem mit baulichen Maßnahmen zu beseitigen. So können z. B. die Satellitenschüssel oder Antenne umgesetzt, Bäume beschnitten bzw. gefälltt oder Gebäudeteile (Dachgauben) umgebaut werden.
Wenn aber die Verschattungsursache vom Nachbarn ausgeht und man sich über Gegenmaßnahmen nicht einigen kann oder diese unmöglich sind, dann müssen andere technische Möglichkeiten eingesetzt werden. Der Photovoltaikmarkt bietet geeignete Produkte an, mit deren Hilfe sich die Verschattung entweder umgehen, zumindest aber der Ertragsverlust reduzieren lässt.

Hier können verschieden Verfahren eingestzt werden:
• Weglassen der Solarmodule auf verschatteten Flächen
• Standortwechsel der Solarmodule (Fassadenmodule oder aufständern)
• Optimierung der Drehausrichtung von Solarmodulen
• Parallel- statt Reihenschaltung der Solarmodule
• Verwendung von Solarmodulen mit Bypass-Dioden
• Einsatz von Dünnschichtsolarmodule
• Einsatz überbrückender Wechselrichter

Nur ein Blatt kann schaden

Auch mit der besten Planung ist es nicht immer möglich, dass beim tiefsten Sonnenstand am 21.Dezember der Aufstellungsort einer Photvoltaik-Anlage schattenfrei sein wird. Oft ist es nicht möglich, auch die kleinsten Schattengeber bzw. Schattenwerfer (z. B. Laub, Schnee, Raureif, Geäst von entlaubten Bäumen) auszuschließen. Zum Glück gibt es technische Lösungen die die Installation und den Betrieb der Photovoltaik-Anlage trotzdem sicherstellen.

Schnee wird immer wieder unterschätzt

Bei konstanten, jahreszeitbedingten Verschattungen reicht es in der Regel aus, die verschatteten und nicht verschatteten Modulbereiche am Wechselrichter zu trennen. Ein MPP-Tracker¹ (Maximal-Leistungspunkt-Sucher) im Wechselrichter sorgt dafür, dass das Leistungsoptimum (Maximum Power Point oder MPP) der Module immer erreicht wird. Man schaltet Module, die durch Verschattung weniger Leistung erbringen, zusammen und trennt sie von den restlichen Modulen. Die unverschatteten Module können so weiterhin effektiv arbeiten und fallen nicht auf die Leistung der verschatteten Module ab.
Wenn aber die Verschattung durch schattenwerfende Objekte im Tagesverlauf über die gesamte Anlage wandert, dann ist die richtige Lösung ein Leistungsoptimierer². Dieser wird an jedem Modul angebracht. Dadurch findet die Auswahl des Leistungsoptimums nicht mehr am Wechselrichter statt, sondern gesondert an jedem Modul. Dadurch fällt nur noch das verschattete Modul in seiner Leistung ab, nicht jedoch weitere Module, die mit ihm verschaltet sind. Besonders effektiv sind Leistungsoptimierer bei horizontalen Schatten und bei Schattenwürfen durch Masten.
Eine andere Lösung ist, einzelne verschattete Modul zu überbrücken, damit die Gesamtleistung des Strings³ nicht so stark abfallen zu lassen. Hier werden Bypass-Dioden⁴ eingesetzt. Diese Dioden leiten den Strom der anderen Photovoltaik Module ohne Leistungseinschränkung an der verschatteten oder verschmutzten Stelle vorbei.
Die Folgen durch eine Verschattung (Überschattung) kann auch durch den Hot-Spot Effekt⁵ auftreten, der zu Schäden oder sogar zur Zerstörung einzelner Photovoltaik-Module oder im schlimmsten Fall zum Brand führen kann.

1 Ein MPP-Tracker (MPPT) im Wechselrichter versucht, die entnommene Stromstärke so zu dosieren, dass immer das Leistungsmaximum (Produkt aus Stromstärke und Spannung) und somit ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird. Die Funktion nennt man dann "MPP-Tracking".
Die Genauigkeit des MPP-Trackers beeinflusst die vom PV-Generator erzeugte Leistung und die Schnelligkeit (Geschwindigkeit), mit der der MPP-Tracker arbeitet, beeinflusst, wie gut sich der Wechselrichter an Veränderungen der Sonneneinstrahlung anpassen kann.

Wechselrichter mit MPP-Tracker
Quelle: SHP International Trading GmbH

Mit dem Anpassungswirkungsgrad können die MPP-Tracking Funktionen miteinander verglichen werden. Dieser beschreibt letztendlich die Funktion des Wechselrichters, die Energie der PV-Anlage umzuwandeln. Außerdem lassen sich über diesen Wert die sogenannten Regeleigenschaften moderner MPP-Tracker bestimmen.
Bedeutend für den Anpassungswirkungsgrad sind die Einstrahlungsverhältnisse, die Temperaturschwankungen und das statische/ dynamische Verhalten des MPP-Trackers selbst.
Der "statische MPP-Tracking-Wirkungsgrad" gibt das Verhältnis zwischen effektiv aufgenommener Energie des Wechselrichters zu umgewandelter DC-Energie unter gleichen Bedingungen.
Der "dynamische Wirkungsgrad des MPP-Trackers" beschreibt das Verhältnis aus der Summe aller MPP-Energien, welche unter ständig wechselnden Bedingungen auf unterschiedlichen Stufen absorbiert wird und der dazugehörigen (theoretischen) höchstmöglichen Wechselstromenergie.

Optimierung des PV-Ertrags mit MPP-Tracker
energie-experten.org

MPP-Tracking
Bei dem MPP-Tracking wird der Punkt (Maximum Power Point [MPP]) gesucht, an dem ein Solarmodul die höchste Leistung erbringt. Dieser Vorgang kann auf einer Spannungs-Kennlinie dargestellt werden. Der MPP ist von der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und individuellen Moduleigenschaften abhängig und ändert sich ständig.

Der MPP-Tracker sucht den Punkt an dem das Solarmodul die höchste Leistung erbringt
Quelle: Uwezi unter CC BY-SA 3.0

Im Wechselrichter sorgt ein Mikrocontroller (MPP-Tracker [MPPT]) unentwegt dafür, dass die Leistung der zu Strings zusammengefassten Module, immer optimal auf den jeweiligen Strahlungs- und Temperaturzustand abgestimmt ist. Der adaptiver Regler passt anhand eines Sollwertes für die Eingangsspannung die Leistung an. Wird der Spannungswert verändert und zeigt sich, dass damit eine höhere Leistung erzielt wird, wird der Sollwert entsprechend nachgeregelt. Jeder Wechselrichterhersteller hat seinen eigenen Algorithmus und seine eigene Software, nach denen das MPP-Tracking erfolgt.

MPP-Tracking
- ub.de Fachwissen GmbH

2 Ein Leistungsoptimierer hat eine direkte Wirkung auf das Solarmodul. Diese kleinen Geräte sind direkt am Modul installiert und sorgen dafür, dass diese möglichst an ihrem MPP (Maximum Power Point) arbeiten. Dies ist der Punkt, an dem die Solaranlage die optimalen Erträge liefert. Er kann die Erträge der Photovoltaikanlage um bis zu 25 % verbessern und ist zudem ein wertvoller Schutz für das jeweilige Modul. Für kleine oder mittlere Photovoltaikanlage ist der Leistungsoptimierer geeignet, die Erträge der Module zu überwachen.

Einsatz von Leistungsoptimierern
Quelle: DEW Deutsche Energie Werke GmbH

Leistungsoptimierer sind DC-DC-Wandler. Sie wandeln den in den Modulen erzeugten Gleichstrom in Gleichstrom mit einer anderen Spannung um. Sie werden meist verwendet, wenn Module in einem String geschaltet sind, jedoch ungleiche Erträge erzielen. Normalerweise ist die Verschaltung von Modulen zu einem String unproblematisch. Denn sind alle Module nach Süden ausgerichtet und unverschattet, erzielen sie zumeist ähnliche Erträge und der MPP kann zentral über einen String-Wechselrichter geregelt werden. Ist ein Modul des Strings jedoch anders ausgerichtet oder verschattet, wirkt sich die Verschattung des Moduls auch auf die anderen Module einer Reihe aus, denn, das schwächste Modul bestimmt die Leistung im gesamten String.
Findet die Auswahl des Leistungsoptimums (MPP) hingegen nicht mehr am Wechselrichter, sondern durch einen Leistungsoptimierer am einzelnen Modul statt, erzielt nur noch das verschattete Modul eine geringere Leistung, denn der Leistungsoptimierer sorgt dafür, dass alle Module im String mit ihrer maximalen Leistung zur Gesamtleistung beitragen.

Leistungsoptimierer: So funktionieren sie
DEW Deutsche Energie Werke GmbH
Leistungsoptimierer – Hohe Erträge auch bei Verschattung
Nadine Kümpel, Wegatech Greenergy GmbH

Verkabelung (Stringing) in Reihe und Paralell

Verkabelung (Stringing) in Reihe vs. Paralell
Das Anreihen von Solarmodulen in Reihe beinhaltet das Verbinden jedes Moduls mit dem nächsten in einer Reihe. Solarmodule haben positive und negative Anschlüsse. Bei Reihenschaltung wird der Draht vom Pluspol eines Solarpanels mit dem Minuspol des nächsten Panels verbunden usw.
Wenn Panels in Reihe geschaltet werden, trägt jedes Panel zusätzlich zur Gesamtspannung (V) des Strings bei, aber der Strom (I) im String bleibt gleich. Ein Nachteil der Reihenschaltung besteht darin, dass ein schattiertes Panel den Strom durch den gesamten String reduzieren kann. Da der Strom durch den gesamten String gleich bleibt, wird der Strom auf denjenigen des Panels mit dem niedrigsten Strom reduziert
Das parallele Aufreihen von Solarmodulen ist etwas komplizierter. Anstatt den Pluspol eines Paneels mit dem Minuspol des nächsten zu verbinden, werden beim parallelen Verketten die Pluspole aller Paneele an der Kette mit einem Draht und die Minuspole alle mit einem anderen Draht verbunden.
Bei dieser Anordnung erhöht jede zusätzliche Platte den Strom (Ampere) der Schaltung, jedoch bleibt die Spannung der Schaltung gleich (entsprechend der Spannung jeder Platte). Aus diesem Grund besteht ein Vorteil der parallelen Verkettung darin, dass bei starker Verschattung eines Paneels die restlichen Paneele normal funktionieren können und der Strom des gesamten Strings nicht reduziert wird.

Einsatz von Bypass-Dioden
Quelle: energie-experten.org

4 Bypass-Diode
Die Solarmodule sind in der Regel in Strings in Reihe geschaltet. Bei großen Photovoltaikanlagen werden mehrere Strings installiert. Liefert eine Solarzelle in einer Reihenschaltung aufgrund einer Teilverschattung oder Verschmutzungen keinen Strom mehr, steigt ihr Innenwiderstand und die gesamte elektrische Leistung des Strings sinkt deutlich. Neben dem Leistungsabfall der kompletten Reihenschaltung, kann es auch dazu kommen, das sich das verschattete Solarmodul durch die Spannung der anderen Module und deren Strom erhitzt. Im schlimmsten Fall kann es zu einem Defekt oder sogar zu einem Modulbrand führen.
Eine Bypass-Diode ist parallel zum Modul geschaltet und führt im Fall des Spannungsabfalls am betroffenen Modul den Strom des Strings auf einer Art Umleitung vorbei. Bei solchen Bypass-Dioden (Freilauf- oder Schutzdioden) handelt es sich im Prinzip um herkömmliche Halbleiterdioden mit hohen zulässigen Schaltströmen. Bei Verschattung schließen sie den betroffenen Bereich einfach kurz und leiten den Strom durch die Diode selbst und nicht durch das Modul mit dem hohen Innenwiderstand.

Bypass-Dioden - ub.de Fachwissen GmbH
Die Aufgabe von Bypass-Dioden
energie-experten.org

Wärme, die in einer verschatteten Zelle abgeführt wurde, verursachte einen Bruch des Moduls.

Nähert sich der Betriebsstrom des gesamten Reihenstrings dem Kurzschlussstrom der verschatteten Zelle, wird der Gesamtstrom durch die verschattete Zelle begrenzt. Der von den intakten Zellen erzeugte zusätzliche Strom spannt dann die intakten Solarzellen in Vorwärtsrichtung vor. Wenn die Reihenkette kurzgeschlossen ist, dann spannt die Vorwärtsspannung über all diese Zellen die schattierte Zelle rückwärts vor.
Eine Hot-Spot-Erwärmung tritt auf, wenn eine große Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen eine große Sperrvorspannung über der verschatteten Zelle verursacht, was zu einer großen Verlustleistung in der verschatteten Zelle führt. Im Wesentlichen wird die gesamte Erzeugungskapazität aller intakten Zellen in der verschatteten Zelle in thermische Energie umwandelt. Die auf engstem Raum auftretende enorme Verlustleistung führt zu lokalen Überhitzungen (Hot-Spots), die wiederum zu zerstörerischen Effekten (Zell- oder Glasrisse, Lotschmelzen, Degradation der Solarzelle) führen.

Arbeiten an und in elektrotechnischen Anlagen dürfen nur von Installateurverzeichnis durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis eines Energieversorgersunternehmens (EVU) bzw. Verteilungsnetzbetreibers (VNB) eingetragen sind. Eine Elektrofachkraft (EFK) darf im eingeschränktem fachbezogenen Bereich Bauteile anschließen. Die Tätigkeiten eines elektrotechnischen Laien sind besonders eingeschränkt.
Grundsätzlich sollte die Installation von PV-Anlagen nur von fachkundigen Personen vorgenommen werden. Bei Installationen von mehr als 600 W muss die Installation durch einen Elektrofachbetrieb erfolgen. Außerdem müssen die Voraussetzungen des Netzbetreibers und örtliche Rechtsvorschriften beachtet werden.

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Zählerschrank mit Bezugszähler und Einspeisezähler

Die vom Netzbetreiber abgekaufte elektrische Energie (kWh) wird vom Bezugszähler gemessen.
Der alte Haushaltszähler (Ferraris-Zähler) wird zunehmend durch einen elektronische Stromzähler ersetzt. Dieser arbeitet rein elektronisch, also ohne Verwendung elektromechanischer Komponenten wie einer Ferraris-Scheibe und einem mechanischen Zählwerk.
Einige Modelle bieten die Möglichkeit einer automatischen Fernablesung. Die Verbrauchssignale werden z. B. über das Stromnetz selbst, über Telefonleitungen, per Internet oder via Mobilfunk übertragen. Sie werden auch als "intelligente Stromzähler" (Smart Meters) bezeichnet.

Elektronischer Haushaltszähler_eHZ-K
Quelle: EMH metering GmbH & Co. KG

Die durch den Netzbetreiber eingekaufte bzw. die in das öffentliche Stromnetz eingespeiste Energie (kWh) wird durch einen Einspeisezähler gemessen.
Ein geeichten Einspeisezähler (Stromzähler) muss in jedes Haus, das eine an ein öffentliches Stromnetz gekoppelte Photovoltaik-Anlage hat, eingebaut werden. Dieser erfasst den von der Anlage erzeugten Strom, der vom Betreiber der Anlage an den Energieversorger abgegeben wird. Neben der Erfassung des eingespeisten Stroms (bei größeren Anlagen auch der eingespeisten Leistung durch eine Lastgangzählung) als Basis für die Abrechnung zwischen Netzbetreiber und Anlagenbetreiber, dient der Einspeisezähler auch der Überwachung der Funktions- und Leistungsfähigkeit der Photovoltaik-Anlage. Die Daten sind die Grundlage für die Einspeisevergütung, die der Betreiber vom Energieversorgungsunternehmen erhält. Der Einspeisezähler ist in der Regel vom örtlichen Netzbetreiber gegen eine jährliche Gebühr (ca. 25 bis 30 Euro) erhältlich.
Bei heutigen Anlagen wird meist der vorhandene Bezugszähler durch einen Zweirichtungszähler ersetzt, der sowohl Bezug- als auch Netzeinspeisung misst.

4-Quadranten-/Kombizähler
Quelle: EMH metering GmbH & Co. KG

Eigenverbrauchszähler

Die von einer Photovoltaikanlage erzeugte Energie wird mit einem Ertragszähler (Produktionszähler, Solarzähler) gemessen und ist bei der Eigenverbrauchsvergütung notwendig. Im Gegensatz zum Einspeisezähler misst der Ertragszähler den gesamten von der Photovoltaikanlage produzierten Strom und nicht nur den Anteil misst, der in das öffentliche Netz gespeist wird. Dadurch kann der Anteil an selbst verbrauchtem Solarstrom nachwiesen werden. Er hat normalerweise eine Rücklaufsperre, um den (geringen) Eigenverbrauch des Wechselrichters in Zeiten ohne Produktion nicht zu berücksichtigen. Der Ertragszähler verbleibt immer im Eigentum des Anlagenbetreibers.
Zunehmend werden die Einspeise- und Bezugszähler durch einen Zweirichtungszähler ersetzt. Ein Nachteil ist, dass dieser Zähler nur durch den Netzbetreiber gestellt werden darf, da er die Hoheit über den Zähler für den aus dem Netz bezogenen Strom besitzt.

Ein Zweirichtungszähler erfasst die aus dem Netz bezogene und in das Netz eingespeiste Energiemengen getrennt und ersetzt den Bezugszähler und den Einspeisezähler. Dies ist z. B. nötig, wenn von einer eigenen Photovoltaikanlage des Betreibers Einspeisungen erfolgen und die Einspeisevergütung anders ist (für neue Anlagen in der Regel geringer) als der Preis für bezogenen Strom.
Der elektronische Haushaltszähler ED300S bildet die qualitativ hochwertige Basis für ein Grundgerät, welches je nach Messanforderung optimal erweiterbar ist, wie z. B. um Zweirichtungs- oder Zweitarifmessung oder eine MSB-Schnittstelle zur Anbindung an einen Multi-Utility-Communication Controller oder ein zukünftiges Gateway.

Stromzähler

Split-Wärmepumpe und Mini-PV-Anlage

Leider komme ich aus gesundheitlichen Gründen nicht weiter und die Firmen haben keine Leute.

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