Aufbau und Funktion von Photovoltaik

Kai Janßen
Juli 28, 2021

Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Komponenten. Das Herzstück sind die Photovoltaikmodule, in denen sich die Solarzellen befinden. Der dort erzeugte Gleichstrom wird über Kabelsysteme zum Wechselrichter geleitet und dort umgewandelt. Zu weiteren Komponenten gehören Stromzähler, sowie optional der Stromspeicher.

Photovoltaikmodule

Der wichtigste Teils eines PV-Moduls sind mehrere Solarzellen. Sie sorgen dafür, dass die Sonnenstrahlen in elektrische Energie umgewandelt werden. Meistens ist ein Solarpanel aus 60 Zellen aufgebaut und hat eine Größe von 1,7m².

Zu den weiteren Komponenten eines Solarmoduls gehören:  

  • Laminierung: In diesem werden die einzelnen Zellen eingelassen.
  • Modulrahmen: Hier befindet sich die Laminierungen mit Solarzellen. Meistens aus Aluminium hergestellt. 
  • Glasabdeckung: Sie schützt die Solarzellen vor mechanischen Beschädigungen und Witterungseinflüssen. 
  • Rückseitenfolie: Sie schützt die Zellen vor Feuchtigkeit von unten. 
  • Anschlussdose: Für den Anschluss der Kabel.
Aufbau Solarpanel

Aufbau PV-Modul

In der heutigen Zeit sind zwei Arten von Solarmodulen weit verbreitet: monokristalline und polykristalline PV-Module. 

Monokristalline Module sind schwarz und verfügen über einen höheren Wirkungsgrad. Sie sind vergleichsweise teuer. 

Polykristalline Module sind hingegen bläulich gefärbt. Ihr Wirkungsgrad ist niedriger, sie sind jedoch weit verbreitet und kostengünstiger.  

Monokristalline und polykristalline Solarzellen sind die beiden bedeutsamsten Zelltypen. Sie unterschieden sich insbesondere in ihrem Wirkungsgrad.

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Solarkabel

Jedes Solarmodul hat zwei Kabel. Diese verbinden die einzelnen Paneele miteinander zu einem sogenannten String. Sie verbinden aber auch die Elemente auf dem Dach mit dem Wechselrichter, der sich in der Regel im Anschlussraum befindet.   

Bei der Verkabelung einer Photovoltaikanlage ist darauf zu achten, dass von den Solarmodulen bis zum Wechselrichter Gleichstrom fließt. Die Verkabelung muss entsprechend angepasst sein.

Die Querschnitte der Verkabelung sollten Sie je nach Leistung der Solarmodule wählen. Da die Wahl der Kabel und die eigentliche Verkabelung für den Laien eher kompliziert ist, sollten Sie diese im Zweifel von einem Profi erledigen lassen. Die richtige Verkabelung aller Bauteile ist für die Funktion der Anlage von großer Bedeutung.

Wechselrichter

Solarmodule produzieren systembedingt nur Gleichstrom. Damit Sie diesen nutzen können, muss er in Wechselstrom umgewandelt werden. Das ist die Aufgabe eines Wechselrichters

Es gibt verschiedene Arten von Wechselrichtern am Markt. Zunächst sollten Sie wissen, ob Sie eine sogenannte Inselanlage betreiben, welche nicht an das Stromnetz angeschlossen ist, oder eine herkömmliche Anlage mit Zugang zum lokalen Stromnetz.

Zudem muss ein Wechselrichter passend zur Größe der PV-Anlage gewählt werden. Empfohlen wird eine leichte Unterdimensionierung. 

Die Auswahl an Wechselrichtern ist riesig. Es gibt viele Hersteller, Modelle und Typen. Das sorgt für Verwirrung.

In diesem umfangreichen Ratgeber lernen Sie (fast) alles über Wechselrichter.

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Ein wichtiger Bestandteil des Wechselrichters ist der MPP-Tracker. Dieser stellt sicher, dass die Solarzellen am Optimum arbeiten, indem er einige Parameter durchgehend kontrolliert und bei Bedarf korrigiert. 

Bei Inselanlagen, also ohne Anschluss an das Stromnetz, übernimmt der Laderegler das MPP-Tracking. Bei netzgekoppelten PV-Anlagen befindet sich im Wechselrichter ein Microcontroller, der die Aufgabe meistert. 

Stromzähler

Grundsätzlich sind für den Betrieb einer PV-Anlage drei Zähler wichtig

Zunächst ist der sogenannte Ertragszähler zu nennen. Wie der Name bereits vermuten lässt, misst oder zählt dieser den erzeugten Strom der Anlage.

Ein weiterer Zähler ist der sogenannte Einspeisezähler. Dieser misst den Strom, welcher in das lokale Stromnetz eingespeist wird. In der Regel wird ein solcher Zähler von dem jeweiligen Strombetreiber zur Verfügung gestellt. Dieser sollte mit einer sogenannten Rücklaufsperre ausgestattet sein.

Das Pendant zum Einspeisezähler ist der Bezugszähler. Dieser misst den entnommenen Strom aus dem Stromnetz. Einfach gesagt, ist dies der herkömmliche Stromzähler. Dieser sollte ebenfalls mit einer Rücklaufsperre versehen sein. Der Zähler wird wie auch der Einspeisezähler vom Energieversorger gestellt.

Es gibt auch die Möglichkeit, den Einspeisezähler und Bezugszähler in einem Gerät zu kombinieren. Dies nennt sich dann Zweirichtungszähler. Ein solcher Zähler kann Platz sparen. Meist muss für die Kosten eines solchen Zählers der Betreiber der Anlage aufkommen.

Stromspeicher (optional)

Wenn Sie den erzeugten Strom nicht nutzen, dann wird er in das Stromnetz eingespeist. Möchten Sie abends das Licht nutzen, dann wird es schwierig. Aber keine Sorge, ein Stromspeicher schafft hier Abhilfe.

Wie der Name bereits sagt, speichert diese Komponente Strom. Es funktioniert wie eine Art Akkumulator. Strom, welcher von den Solarzellen erzeugt wird und aktuell nicht benötigt wird, kann dort zwischengespeichert werden und muss nicht zu niedrigen Vergütungen in das Stromnetz eingespeist werden.

Wenn Sie einen Stromspeicher für Ihre Anlage nutzen wollen, sollten Sie zunächst überlegen, welche Kapazität dieser haben soll. Dazu sind der Eigenverbrauch und der überschüssige erzeugte Strom von Bedeutung. Anhand dieser Daten können Sie dann einen geeigneten Stromspeicher erwerben. 

Einspeisemanagement (bei netzgekoppelten Anlagen)

Das Einspeisemanagement ist im Grunde nichts anderes als ein Empfänger, mit dem Ihr örtlicher Versorger auf Ihre Anlage zugreifen kann. Dieser kann über das Einspeisemanagement den abzugebenden Strom regeln. Dadurch sollen Netzüberlastungen verhindert werden. Die Kosten für die Installation und für das Gerät selbst müssen Sie als Betreiber der Anlage übernehmen.

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