Stecker-Solaranlagen: So funktionieren Mini-Photovoltaikanlagen!

Der in den Solarmodulen erzeugte Strom wird umgewandelt, wodurch er mit dem Hausnetz kompatibel ist. Von nun an fließt grüne Energie in den Haushalt – aus einer Mini-PV-Anlage, die sich nahezu jeder Verbraucher leisten kann.

Unterschied zur großen Photovoltaikanlage: Weniger Stromertrag

Jede Stecker-Solaranlage, wie etwa ein Balkonkraftwerk für die Steckdose, funktioniert wie eine große Photovoltaikanlage. Das Prinzip der solaren Stromerzeugung ist unverändert; allerdings ist eine Stecker-Solaranlage kleiner dimensioniert. Damit jeder Verbraucher die Anlage per Stecker selbst an eine haushaltsübliche Steckdose anschließen und nutzen darf, hat die Stecker-Solaranlage eine Einspeiseleistung von maximal 600 Watt.

Die Einspeiseleistung von bis zu 600 Watt reicht aus, um den Grundverbrauch zu decken: Die Energie, die permanent laufende Geräte wie der Kühlschrank verbrauchen, wird über eine Stecker-Solaranlage gedeckt. Ersparnisse von bis zu 200 Euro pro Jahr sind durch die Nutzung des Eigenstroms realistisch, sodass sich die Anschaffungskosten von rund 1.000 Euro üblicherweise innerhalb von 4-5 Jahren refinanzieren. Unter dem Blickpunkt der Energiekrise und der langfristigen Stromersparnis ist eine Investition in einer Stecker-Solaranlage für jeden Verbraucher vorteilhaft.

Der Grund für die geringere Leistung einer Stecker-Solaranlage ist, dass sie weniger Solarmodule als eine große Photovoltaikanlage umfasst. Ein bis zwei Solarmodule reichen aus, um die angestrebten 600 Watt Einspeiseleistung zu erreichen. Einige Stecker-Solaranlagen, die von Elektrofachkräften installiert werden, haben das Doppelte an Solarmodulen und dementsprechend die doppelte Leistung. Bei mehr als vier Solarmodulen hört die Klassifizierung als eine Stecker-Solaranlage allerdings auf; alles oberhalb von 4 Solarmodulen nähert sich der Leistung einer großen Photovoltaikanlage an.

Unabhängig von der Größe funktioniert die Solarstromerzeugung bei jeder PV-Anlage gleich: Lichtstrahlen treffen auf die Solarzellen in den Solarmodulen. Durch den inneren Photoeffekt entsteht aus der Energie Strom. Da Solarstrom Gleichstrom ist und somit mit dem Wechselstrom im Hausnetz nicht kompatibel ist, wird der Strom im Wechselrichter umgewandelt und dann ins Hausnetz eingespeist.

Stromerzeugung in Stecker-Solaranlagen: Ein detaillierter Einblick

Die Solarmodule bestehen aus mehreren Solarzellen. Eine hohe Qualität und einen hohen Wirkungsgrad haben Module mit monokristallinen Zellen, denn diese Zellen bestehen aus einem Siliziumkristall. Durch diesen Kristall fließt der Strom ohne Transportverluste. Anders verhält es sich bei polykristallinen Zellen, die mehrere Kristalle haben und an deren Verbindungsstellen es zu Transportverlusten des Stroms kommt. Wer eine effiziente Stecker-Solaranlage nutzen möchte, sollte Solarmodule mit monokristallinen Zellen wählen.

Näheres zu den Siliziumzellen: Silizium hat eine besonders hohe Leitfähigkeit und wandelt Sonnenenergie überdurchschnittlich effizient in Strom um. Damit die Zelle leitfähig ist, wird sie so konstruiert, dass sie zwei verschiedene Schichten – eine n-Schicht mit negativer Ladung und eine p-Basis mit positiver Ladung – besitzt. Sobald Sonnenstrahlen auf die Solarzelle treffen, werden die Elektronen dazu angeregt, sich zu bewegen. Sie wandern von der n-Schicht zur p-Basis, wodurch Spannung entsteht.

Mit der elektrischen Spannung entsteht ein elektrischer Stromfluss. Durch die leitenden Kontakte, über die die Module mit dem Wechselrichter verbunden sind, fließt schließlich die Energie zum Wechselrichter und von dort aus über das Kabel und den Stecker in den Haushalt. Vorher muss der Wechselrichter allerdings einige Aufgaben erfüllen…

Wechselrichter: Die häufig unterschätzte und wichtige Komponente jeder Solaranlage

Der in den Solarmodulen entstehende Strom ist Gleichstrom. Weil Gleichstrom nur unter unwirtschaftlichen Bedingungen durch die Stromnetze transportiert werden kann, wird in den öffentlichen Netzen und Hausnetzen Wechselstrom genutzt. Folglich ist es erforderlich, den in den Solarmodulen erzeugten Strom umzuwandeln. Hierfür gibt es den Wechselrichter.

Früher waren Wechselrichter mit Spulen im Einsatz. Je nach Anzahl der Wicklungen in der Spule ließ sich der Strom auf die gewünschte Spannung bringen. Allerdings waren diese alten Transformatoren ziemlich ineffizient, hatten ein hohes Gewicht, raubten viel Platz und sorgten obendrein für einen hohen Lautstärkepegel. Im Verlaufe der Jahrzehnte wurden leisere und effizientere Wechselrichter entwickelt, nämlich die DC/AC-Wandler. Diese haben einen hohen Wirkungsgrad, was dazu führt, dass bei der Umwandlung des Stroms der Großteil der Energie erhalten bleibt.

DC/AC-Wandler haben Dioden, durch deren Funktion der Strom im Wechselrichter in eine Richtung fließt. Sobald der Strom die Schaltkonstruktion passiert, wird zunächst dessen Spannung erhöht, bis er schließlich auf dem Spannungsniveau von Wechselstrom mit der fürs Haushaltsnetz erforderlichen Spannung von 230 Volt ist. Jetzt kann der Strom vom Wechselrichter aus in das Stromnetz geleitet und genutzt werden.

Abgesehen von der Spannungsumwandlung hat der Wechselrichter noch eine weitere wichtige Funktion: Er moderiert die Leistung der Solarmodule. In Zeiten geringer Sonneneinstrahlung, beispielsweise in der Winterzeit, in denen die Solarmodule ihr technisches Leistungsmaximum nicht erreichen können, gewährleistet der Wechselrichter, dass sie zumindest am maximalen Arbeitspunkt arbeiten. Am besten gelingt das, wenn jedes Modul über seinen eigenen Wechselrichter verfügt; man spricht in diesem Fall von einem Modulwechselrichter oder einem Mikrowechselrichter.

Wenn es notwendig ist, dann drosselt der Wechselrichter die Modulleistung. Eine Drosselung der Leistung ist immer dann erforderlich, wenn die Solarmodule mehr Leistung als 600 Watt erzielen und über einen Schuko-Stecker selbst ans Stromnetz angeschlossen wurden. Um tatsächlich mit maximal 600 Watt einspeisen zu können, ist es sinnvoll, Solarmodule mit 650 bis 690 Watt Leistungsmaximum zu kaufen, denn diese erreichen in Phasen intensiver Sonneneinstrahlung definitiv mindestens die 600 Watt Leistung oder etwas mehr. Der Wechselrichter drosselt im Falle einer Überschreitung des Maximums auf die sichere Einspeiseleistung von 600 Watt herunter.

Sicherheit durch Qualität!

Verbraucher tun gut daran, eine Stecker-Solaranlage zu kaufen, wenn sie ihre Stromkosten senken möchten. Die Anlage kann im Laufe der Zeit erweitert werden; von anfangs einem Solarmodul auf später zwei oder sogar mehr Solarmodule. Ab dem dritten Solarmodul und einer Überschreitung der maximalen Einspeiseleistung von 600 Watt ist ein normkonformer Anschluss der Anlage durch eine Elektrofachkraft, die zugleich das Hausnetz auf Belastbarkeit überprüft, ein Muss.

Unabhängig davon, wie viel maximale Einspeiseleistung die Stecker-Solaranlage erzielt, ist stets darauf zu achten, dass Komponenten mit hoher Qualität gekauft werden. So sollte der Wechselrichter beispielsweise einen N/A-Schutz und ein Einheitenzertifikat haben und dem DGS-Sicherheitsstandard entsprechen. Diverse Hersteller und Händler bieten Stecker-Solaranlagen-Komplettsets für verschiedene Einsatzbereiche (z. B. als Balkonkraftwerk, als Mini-PV-Anlage für den Garten, als Stecker-Solaranlage fürs Carport-Dach) an. Sollte ein Händler ein Komplettset mit einem Mikrowechselrichter, der den genannten Sicherheitsanforderungen entspricht, zum Verkauf anbieten, so ist ein Kauf des Stecker-Solaranlage-Sets bei diesem Händler zu empfehlen. (Pd)