Strom erzeugen: Mit eigenem Solar-Balkonkraftwerk die Stromrechnung senken
Seite 3: Vorbereitungen und Spannungskunde
Bevor es ans Beschaffen des Materials geht, ein bisschen Begriffsklärung: Eine photovoltaische Zelle (auch Solarzelle) aus Silizium erzeugt eine Spannung, wenn sie von der Sonne beschienen wird. Mit den einzelnen fragilen Siliziumscheiben hat man als Kunde aber wenig zu schaffen, man kauft sie immer fertig gruppiert und verdrahtet in Form von Modulen (auch "Panels" genannt). Die Hersteller von Modulen installieren die Zellen auf einer Trägerplatte, verschalten sie, verkleben sie mit einer Glasscheibe und stabilisieren alles mit einem Aluminiumrahmen. Eine gängige Größe für Module der 300-Watt-Klasse ist 160 × 100 Zentimeter.
Als Anschlussstecker hat sich europaweit der einpolige MC4 durchgesetzt; auf der Rückseite des Solarmoduls kommen somit zwei kurze Kabel heraus. Für jedes Modul gibt der Hersteller in einem Datenblatt oder einem Aufkleber auf der Rückseite die elektrischen Eckdaten an. Die sogenannte Nennspannung (UMPP) gibt an, welche Spannung unter Last und optimalen Bedingungen (unter anderem 25° Modultemperatur) im Prüfstand ermittelt wurden. Für ein handelsübliches 300-Watt-Modul sind es gerne um 40 Volt. Die installierte Leistung gibt man in Watt Peak oder Kilowatt Peak (kWp) an – es geht also um die maximal gelieferte Leistung unter optimalen Bedingungen. Im Sommer herrschen die indes selten, sodass von beispielsweise 330 Wp rund 250 bis 290 Watt überbleiben – etwa, weil das Modul in der Sonne sehr heiß geworden ist.
Eine weitere wichtige Einheit heißt Kilowattstunde. Eine Leistung von 1000 Watt, die eine Stunde lang bezogen oder produziert wird, ergibt eine Kilowattstunde (kWh). Um einzuschätzen, wie viele Kilowattstunden Ihre Anlage produziert, gibt es für die Wetterbedingungen in Deutschland eine grobe Faustformel: 1 kWp installierte Leistung erzeugt rund 1000 kWh im Jahr.
Die 300- oder mittlerweile auch 400-Watt-Module sind die gleichen, mit denen man auch Häuser, Industriehallen oder Freifeldanlagen eindeckt. Größere Module mit 450 bis 700 Wp gibt es, die bis zu 35 Kilogramm schweren und über zwei Meter großen Module erschweren die Balkonmontage jedoch erheblich. Speziell für Balkonsolaranlagen, aber auch für größere Anlagen auf verwinkelten Dächern, haben die Hersteller neben den 1,6- bis 2-Meter-Modulen auch kleinere Maße im Programm. Eine besonders gute Klimabilanz haben Module aus deutscher oder europäischer Fertigung – von Herstellern wie Aleo, Heckert, Solarwatt oder Meyer Burger.
Wen die weißen Linien um die blauen Module stören, der greift zu komplett dunklen "Full-Black"-Modulen. Eine weitere Alternative: Ultraleichte oder flexible Module ohne Glasplatte und Alurahmen. Erfunden wurden sie mal für Camping und Boote, sie machen aber auch an Balkongittern eine schlanke Figur. Jedoch muss man ihre Eignung zur Geländermontage vorab genau prüfen beziehungsweise beim Hersteller erfragen, denn viele Module sind nur mit einer großen Kontaktfläche zur Wärmeableitung wirklich effizient.
Bei klassischen Modulen kann man mit etwas Bereitschaft zur Recherche und Abholung viel Geld sparen. Statt sie in einem Shop für Balkonkraftwerke zu kaufen, sucht man gezielt in Kleinanzeigen nach gebrauchten Modulen oder Restposten. Mit Auslaufmodellen und kleinen Restposten aus großen Projekten können einige Firmen wenig anfangen und verkaufen sie günstig.
Ein Missverständnis rund um Balkonkraftwerke hält sich hartnäckig: Zusätzlich zur Einsparung von bis zu 600 Watt habe man mit den Modulen auch automatisch eine Notstromversorgung von 600 Watt, wenn es im Netz einen Stromausfall gebe – so das Gerücht. Doch daraus wird nichts: Balkonkraftwerke sind keine Insel- oder Notstromanlagen, haben keinen Batteriespeicher und die Wechselrichter speisen nur dann Energie ein, wenn sie passende Spannung und Frequenz im Netz messen. Fällt das Netz aus, wirkt der sogenannte NA-Schutz und der Wechselrichter schaltet sofort ab.
Wer an Notstromversorgung interessiert ist, kann dieselben PV-Module installieren, muss aber gezielt nach Inselanlagen (Wechselrichter ohne Netzanschluss) oder Notstrom-Speichersystemen suchen. Im einfachsten Fall hat man eine Box mit Akkus und einer Steckdose zu Hause, die man auch zum Camping mitnehmen könnte. Bei einem längeren Stromausfall steckt man Kühlschrank oder Handyladegerät dort ein. Wer gleich sein ganzes Haus auf Notstrom umrüsten will, muss sich auf größere Umbauarbeiten einstellen und eine Fachfirma kontaktieren.
Wechselspannung wechsel dich
Viel anfangen kann man im Hausnetz mit den 20 bis 50 Volt Gleichspannung eines Solarmoduls nicht. Der obligatorische Wechselrichter wandelt die Gleich- in Wechselspannung um und speist sie – synchron zur Netzspannung – ins Stromnetz ein. Das oder die Solarmodule werden also mit dem Wechselrichter verbunden und dieser wiederum mit der Netzspannungsseite (230 Volt). An kleinen Photovoltaikanlagen setzt man Mikrowechselrichter ein; sie sind etwa so groß wie eine gedruckte c’t, wenn auch dicker und schwerer, und kommen im wetterfesten Metallgehäuse. Nötige Steckverbinder sind in der Regel vormontiert.
Mikrowechselrichter speisen nur auf einer von drei Phasen ein. Ein Problem für den Spareffekt ist das nicht, denn Stromzähler – auch digitale Zähler – arbeiten in der Regel saldierend: Verbraucht man auf Phase 1 und 2 je 50 Watt und produziert auf Phase 3 rund 100 Watt, ist die Differenz dennoch 0 und der Zähler steht.
Der Wechselrichter übernimmt außerdem die im Photovoltaikjargon als "MPPT" (Maximum Power Point Tracking/Tracker) abgekürzte Leistungspunktsuche, bei der der Lastwiderstand ständig an den Innenwiderstand des Solarmoduls angepasst wird. Der optimale Leistungspunkt schwankt mit der Intensität der Sonneneinstrahlung und nur durch ständige Anpassung holt der Wechselrichter auch bei bedecktem Himmel möglichst viel Energie aus dem Modul.
Dabei muss man einiges beachten: Will man mehrere Module in Reihe schalten (die Spannung addiert sich dann) – etwa weil drei 100-W-Module besser an den Balkon passen als ein 300-Watt-Modul –, sollten alle dieselben Leistungs- und Spannungswerte haben, also bestenfalls vom gleichen Typ sein; die Eingangsspannung am Wechselrichter darf ebenso nicht überschritten werden. Alle Module müssen gleich ausgerichtet sein, damit der Leistungspunktsucher (MPP-Tracker) effizient arbeiten kann; zwei Panels nach Süden und zwei nach Westen reduzieren die Ausbeute. Möchte man Module in mehrere Richtungen ausrichten, um mittags und morgens respektive abends möglichst viel zu ernten, greift man entweder zu zwei 300-Watt-Wechselrichtern oder zu einem 600-Watt-Gerät mit zwei separaten Eingängen und einem MPPT pro Eingang. Letzteres ist oft günstiger. Details zur Anzahl der MPPT sowie der erlaubten Eingangsspannung verrät das Datenblatt.
Im einfachsten Fall braucht man für eine Balkonsolaranlage also zwei Teile: ein 300-Watt-Modul und einen 300-Watt-Mikrowechselrichter (Befestigungsmaterial mal außen vor). Die kurzen Kabel der Module reichen fürs Anschließen oft aus, denn die wetterfesten Modulwechselrichter finden direkt hinter dem Panel Platz. Ist der Abstand bei mehreren Modulen größer – etwa bei unterschiedlichen Himmelsrichtungen –, überbrücken MC4-Verlängerungskabel die Distanz.
