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Mini-PV-Anlagen werden auch "Stecker-Solar-Gerät", "Balkonkraftwerk" "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. |

selfPV Komplettpaket 270Wp - EVT

Anwendungsbeispiel

selfPV Komplettpaket Zeversolar 2160Wp
Quelle: Bosswerk GmbH &Co. KG
Solarstrom direkt nutzen für Jedermann
Bosswerk GmbH & Co. KG
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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. |
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Funktionsweise:
Die Miniaturanlage ist mit Solarzellen ausgestattet, die Licht in Gleichstrom verwandeln können.
Es handelt sich um die gleichen Zellen, die auch in großen Anlagen zum Einsatz kommen.
Diese werden bei den Kleinanlagen ebenfalls miteinander verbunden, um eine möglichst große Menge an Energie zu erzeugen.
Es handelt sich an dieser Stelle jedoch noch um Gleichstrom.
Der mitgelieferte Wechselrichter, welcher sich ebenfalls nur in der Größe von den gewöhnlichen PV-Anlagen unterscheidet, wandelt diese Energie in Wechselstrom um.
Dabei wird die Frequenz, Spannung und Phase an die Netzspannung angepasst.
Über eine gewöhnliche Kabelsteckverbindung wird der Strom in die Steckdose und somit ins Hausnetz eingespeist.
Die Energie wird praktisch umgehend verbraucht. Komponenten, wie eine Kühltruhe oder der Kühlschrank, die ununterbrochen in Betrieb sind und Strom verbrauchen, können praktisch damit betrieben werden.
Wird nun mehr Strom erzeugt, als verbraucht wird, so können Anlagen mit einem mitgelieferten Akku die Energie speichern und beispielsweise in der Nacht oder an dunklen Tagen abgeben. Es wird daher kein erzeugter Strom verschwendet.
Die grundsätzliche Idee hinter der Technik bestand lediglich darin, die großen PV-Anlagen für den Hausgebrauch nutzbar zu machen. Daher wurden Module und Wechselrichter einfach verkleinert. Sobald die Sonne scheint, fließt nun auch der Strom. Insbesondere Unterhaltungselektronik im Stand-by Modus und die angesprochenen Dauerrenner (Kühlschrank, Gefriertruhe, PC, Router, Heizung, Telefon etc.) werden in ihrem Stromverbrauch entlastet.
Der Anschluss erfolgt über die herkömmliche Schutzkontakt-Steckdose (Schuko-Steckdose). Sollte der Wechselrichter nicht mit einem 230-Volt-Netz verbunden sein, so sollte er sich automatisch abschalten. Durch die eingespeiste Energie läuft der Zähler nicht rückwärts. Die meisten haben sogar einen Rücklaufschutz. Dafür laufen die Zähler, durch den geringeren Verbrauch aus dem staatlichen Netz, langsamer!
Quelle: Andreas Lange, Web Marketing Weimar
In diesem Zusammenhang sollte man auch einmal die rechtliche Lage betrachten.
Die rechtlichen Bedenken zum Einbau eine Mini-PV-Anlage haben sich inzwischen erledigt. Aber es gibt zu diesem Thema immer noch die unterschiedlichsten Aussagen, die von den ca. 700 Netzbetreibern in Deutschland getätigt werden. Viele Betreiber sprechen in diesem Fall von einem kostenlosen Zähleraustausch. Dieses Argument ist verständlich, denn der Stromzähler darf in keinem Fall rückwärts laufen. Da die ständig laufenden Elektrogeräte den erzeugten Strom sofort verbrauchen, ist das eine vorgesehene Maßnahme, um eine Einspeisung in das öffentliche Netz zu verhindern (Off-Grid-System).
Im Februar 2017 trat die DIN VDE 0100-551 "Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen" in Kraft. Dort sind die Anforderungen für die Einrichtung von Kleinstanlagen zur Stromerzeugung geregelt. Daraus ergibt sich, dass Solarmodule (Komplettpakete) für die Steckdose legal sind. Dies gilt Natürlich müssen sich die Hersteller und die Betreiber an die gesetzlichen Vorgaben halten. Beim Netzbetreiber muss die Anlage angemeldet werden.
Nach der DIN VDE V 0100-551-1 - 2018-05 "Errichten von Niederspannungsanlagen" können die Netzbetreiber durch das unkomplizierte Verfahren zur Anmeldung einer Mini-PV-Anlage Anmeldeformulare entwerfen.
Um die Rechtssicherheit zu festigen, wird an zwei weiteren Normen gearbeiet. Hier handelt es sich um die DIN VDE V 0628-1 - 2018-02 "Energiesteckvorrichtungen" und eine Produktnorm, die die Anforderungen
der Plug & Play Systeme regelt. Mit der Fertigstellung wohl nicht vor 2019 zu rechnen sein.
Verbraucher können Steckdosen-Solargeräte zur privaten Stromerzeugung bis zu einer Gesamtleistung von 600 Watt jetzt selbst beim Netzbetreiber anmelden, statt wie bisher über einen Elektroinstallateur. Rechtssicher möglich macht dies eine Neuregelung der Norm VDE-AR-N 4105, die am 27. April 2019 in Kraft tritt. Verabschiedet wurde sie in einem Normierungsverfahren vom Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN), das in Deutschland die Regeln für den Netzanschluss von Erzeugungsanlagen erarbeitet.
Stichpunkte
• Stromzähler muss Rücklaufsperre haben
• Netzbetreiber müssen Anmeldung durch Laien akzeptieren
• In Deutschland sind rund 40.000 Balkonmodule im Einsatz
Wenn der Netzbetreiber sich querstellt, dann sollten die DIN-Vorschriften angesprochen werden und Kontakt mit dem VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) oder der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie aufgenommen werden. |
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Standorte und Befestigungen - Mini-PV-Anlage
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SHP 600 Balkonkraftwerk®

Befestigung am Balkongitter
Quelle: SHP International Trading GmbH
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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. |
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Der große Ratgeber zur Mini Solaranlage
Solaranlagen-Portal.de, scon-marketing GmbH
Balkonkraftwerke – optimale Standorte und Befestigungen
- Ulrich Klein, homeandsmart GmbH
Warum sich eine Nordanlage lohnt
Henry Valentin, SMA Solar Technology AG
Nord, Ost, Süd, West – Solaranlagen auf komplexen Dächern auslegen
Mirko Hast (Gastbeitrag), SMA Solar Technology AG
Photovoltaikanlage – Ausrichtung und Neigung
Anondi GmbH
Aufs Dach gestiegen – die Mini PV Anlage ist montiert
crissxcross, Chris Bertko & Stefan Sickert GbR, siio.de |
PV-Balkonmodule
bis 600 Wp Leistung können jetzt direkt beim Netzbetreiber gemeldet werden
Neue Energie GmbH
PV-Balkon-Module: Gerätenorm kommt 2020
DGS – pre | solarserver.de © EEM Energy &Environment Media GmbH
Gefährliches Halbwissen
Falsche Tipps und unvollständige Informationen über Photovoltaik-Anlagen
Thomas Seltmann, pv magazine group GmbH & Co. KG

Quelle: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie
Landesverband Berlin Brandenburg e.V.
Fragen und Antworten zu steckbaren
Solar-Geräten
Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie Landesverband Berlin Brandenburg e.V.
DGS veröffentlicht FAQs zu Stecker-Solar-Geräten
- Sandra Enkhardt, pv magazine group GmbH & Co. KG |
Aufs Dach gestiegen – die Mini PV Anlage ist montiert
crissxcross, Chris Bertko & Stefan Sickert GbR, siio.de |
Solaranlagen für die Steckdose
Web Marketing Weimar / Andreas Lange
"Stecker-Solar": Solarstrom vom Balkon direkt in die Steckdose
Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen e.V.
BMWi zu "Plug-and-Play"-Photovoltaikanlagen
Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie Landesverband Berlin Brandenburg e.V. |
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Verschattung |
Über Jahrzehnte können Photovoltaikanlagen zuverlässig und wartungsfrei ihren Dienst leisten. Die Komponenten (Solarmodule, Wechselrichter) sind inzwischen technisch sehr ausgereift und langlebig. Aber eine Verschattung (Überschattung) der Photovoltaikanlage wird meistens unterschätzt und gehört zu den größten Planungsfehlern. So kann eine Anlage jahrelang einwandfrei funktionieren, aber mit der Zeit entstehen Verschattungen (z. B. durch wachsende Bäume und Büsche oder Baumaßnahmen [z. B. durch den Nachbar]). |

Nur ein Blatt kann schaden
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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. |
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Mögliche Schattengeber bzw. Schattenwerfer sind |
• Schornsteine, Kamine
• Antennen, Satellitenanlagen
• Solarmodule bei zu geringen Abständen bei der Flachdachmontage
• Schrauben und Klemmen in der Fläche der Solarmodule
• Laubablagerung, Vogelkot, Staubschichten, Schnee, Raureif
• Neben- oder Nachbargebäude, Dachgauben
• Straßenlaternen, Strommasten, Stromfreileitungen
• Bäume, Hecken, Sträucher
• Bodenerhebungen (Hügel, Kuppen, Wälle). |

Verschattungen durch einen Nachbarbaum, der wohl zu hoch wurde

Die Anlage wurde wohl an einem falschen Platz installiert
Quelle: Energie-experten.org
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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 |
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Aufgrund der umfangreichen Details bitte die angebotenen Links anklicken
Photovoltaik Verschattung - Ertragseinbußen durch Verschattung
DeinFachmann, Eugen Wagner
Verschattung von Solarmodulen verhindern energie-experten.org - Greenhouse Media GmbH
Wie wirkt sich Verschattung auf PV Module aus? Photovoltaikforum GmbH
Photovoltaikanlage Verschattung
solaranlage-ratgeber.de - Anondi GmbH
11 Häufige Solarmodul-Defekte und wie man sie vermeidet
WINAICO Deutschland GmbH
Hot-Spots - ub.de Fachwissen GmbH |
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Vermeidung von Schäden durch Verschattung |

Nur ein Blatt kann schaden
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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
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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. |
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Wechselrichter mit MPP-Tracker
Quelle: SHP International Trading GmbH
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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
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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 |
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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
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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 |
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3 Der Begriff String (Strang) wird im Bereich der Photovoltaik verwendet. Damit wird die Reihenschaltung von mehreren Modulen oder auch Solarzellen innerhalb eines Moduls bezeichnet. Diese Strings werden an den Wechselrichter angeschlossen, wobei ein spezieller String-Wechselrichter den parallelen Anschluss mehrerer Strings ermöglicht. Die String Verschaltung (Reihenverschaltung) der Module und Anlagen ist sehr einfach und kostengünstig. Werden mehrere Module mit annähernd gleicher Leistung über String miteinander verschaltet, können die Erträge positiv beeinflusst werden. Allerdings wirken sich Beeinträchtigungen eines Moduls im String auch auf alle anderen Module aus, so dass bei Verschattungen einzelner Module die Gesamtleistung verringert werden kann. |

Verkabelung (Stringing) in Reihe und Paralell
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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. |
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Einsatz von Bypass-Dioden
Quelle: energie-experten.org
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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 |
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5 Von einem Hot-Spot spricht man, wenn innerhalb von Solarmodulen einzelne Solarzellen aufgrund von Teilverschattungen keinen Strom mehr liefern, aber aufgrund des Stroms der anderen, in Reihe geschalteten Zellen, stark erhitzen. Dieser Effekt kann innerhalb einer Solarzelle auftreten oder ein komplettes Solarmodul tangieren. Ein Hot-Spot kann im schlimmsten Fall zur Zerstörung des Moduls führen. hat aber auf jeden Fall eine Ertragsminderung zur Folge.
Die Entstehung eine Hot-Spots hat immer eine Teilverschattung eines Photovoltaik Moduls zur Ursache. Kommt es zur Verschattung einzelner Bereiche eines Solarmoduls, zum Beispiel durch Verschmutzung, produziert die betroffen Solarzelle keinen Strom mehr und ihr Innenwiderstand steigt. Da aber andere Zellen in Reihe verschaltet sind und diese weiter Solarstrom produzieren, wird deren Strom durch die verschattete Zelle gezwungen. Durch den hohen Innenwiderstand und den durchfließenden Strom entsteht eine Verlustleistung, die die Erhitzung des Photovoltaik Moduls zur Folge hat. Ist ein komplettes Solarmodul verschattet, kann sich auch das ganze Modul aufheizen. |
Beispiel
Eine verschattete Zelle in einer Kette reduziert den Strom durch die intakten Zellen, was dazu führt, dass die intakten Zellen höhere Spannungen erzeugen, die die verschattete Zelle oft in Sperrrichtung vorspannen können. |

Wärme, die in einer verschatteten Zelle abgeführt wurde, verursachte einen Bruch des Moduls.
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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. |
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Hot-Spots - ub.de Fachwissen GmbH
Wo Licht ist, ist auch Schatten - SunPower GmbH
Keine Angst vor Schatten auf der Solaranlage
Anke Baars, SMA Solar Technology AG |
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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Der Begriff "Grid" (Netz) gibt an, ob eine Photovoltaik-Anlage den erzeugten Strom in das öffentliche Stromnetz einspeist (On-Grid-System) oder nur für den Eigenverbrauch genutzt (Off-Grid-System) wird.
Eine Photovoltaikanlage, die Strom in ein öffentliches Stromnetz eingespeist, wird als On-Grid-System bezeichnet. Nebem einem Solargenerator (zusammengeschaltete Module) ist ein Wechselrichter notwendig, weil in öffentlichen Stromnetzen Wechselstrom vorhanden ist.
Es gibt On-Grid Systeme, die einen Verbraucher parallel zum öffentlichen Netz zu versorgen.
Die dezentrale Solarenergie in der Nähe des Verbrauchers produziert, wodurch große Transportverluste ausgeschlossen
werden können.
Andere On-Grid-Systeme versorgen den Verbraucher alternativ zum öffentlichen Netz.
Der Verbraucher ist auch an das öffentliche Netz angeschlossen, produziert aber den Solarstrom dezentral (verbrauchsnah). Die Stromüberschüsse werden vorrangig in einem Energiespeicher gespeichert.
Dadurch wird eine höhere Versorgungssicherheit bei schwächeren Versorgungsnetzen erreicht
(Backup-System).

Mini-Grid-System / Off-Grid-System
Quelle: SOLARA GmbH
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Das Off-Grid-System wird für die Solare Inselstromversorgung eingesetzt. Diese PV-Anlagen sind nicht an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen und funktioniert nur mit Energiespeicher. Sie werden hauptsachlich in Ferienhäusern oder Bergühütten eingesetzt, die wegen der großen Entfernung nicht an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen sind. Da die Stromverbraucher in unmittelbarer Nähe der Stromerzeugung in der Regel nur eine niedrige elektrische Spannung von 12 oder 24 V Gleichstrom erfordern, reichen meist kleinere Module, in denen weniger Solarzellen in Reihe geschaltet werden, für die Versorgung aus. |
Solar für Inselanlagen, Off-Grid-Systeme, Stand-alone-Systeme - SOLARA GmbH |
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Off-Grid-Systeme werden auch in Mini-PV-Anlagen (Balkon, Hauswand, Booten, Wohnmobilen) genutzt. Ein Wechselrichter, wie er für den Netzanschluss
von netzgekoppelten Photovoltaikanlagen notwendig ist, ist nur dann erforderlich, wenn die Stromverbraucher auf Wechselstrom ausgelegt sind. Bei Bedarf können sie über einen Sinus-Wechselrichter auch Verbraucher mit 230 V Wechselstrom versorgen.
Die Vorteile des Off-Grid-Systeme
• Entlegene Gebäude und Geräte können mit Energie zur Beleuchtung, zur Messung
und zur Kommunikation, aber auch zum Kochen, zur Heizung oder Kühlung versorgt werden.
• Es muss kein Netz vorhanden sein bzw. keine Leitung verlegt werden.
• Es bestehen keine Zuleitungen, die anfällig wären für Schäden aufgrund von
Wartungsarmut, Sabotage oder Energiediebstahl.
• Off-Grid-Systeme sind aufgrund ihrer Kompaktheit mehr oder minder rasch auf-
und abbaubar; sie erhöhen die Mobilität von Versorgungseinheiten.
Warum sich eine Nordanlage lohnt Henry Valentin, SMA Solar Technology AG
Nord, Ost, Süd, West – Solaranlagen auf komplexen Dächern auslegen
Mirko Hast (Gastbeitrag), SMA Solar Technology AG |
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Bezugszähler |
Zählerschrank mit Bezugszähler und Einspeisezähler
Quelle: Solarhaus-kleinmachnow - Familie Affeldt |
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
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Elektronischer Haushaltszähler eHZ- k - Gehäuse-, Anzeige- und Bedienelemente
Quelle: EMH metering GmbH & Co. KG
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Zwischenzähler - Unterzähler |
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Quelle:
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Einspeisezähler |
Einspeisezähler
Quelle: Solarhaus-kleinmachnow
- Familie Affeldt |
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. |
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Ertragszähler |

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. |
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Hutschienenzähler - Unterzähler |
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Quelle: |
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Zweirichtungszähler - ED300S
Generation F
Quelle: EMH metering GmbH & Co. KG |
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 |
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