Solaranlage-Aufbau - Komponenten, Montage & Funktion

Sie denken darüber nach, eine eigene PV-Anlage zu installieren? Dann hilft es, sich den grundsätzlichen Aufbau zu vergegenwärtigen und sich genau zu überlegen, welche Komponenten Sie überhaupt benötigen. Viele kleinere und größere Teile gehören dazu, die allesamt wichtig sind, um die Anlage erfolgreich betreiben zu können. In diesem Ratgeber erfahren Sie alles, was Sie zum Aufbau einer Photovoltaik-Anlage wissen müssen, und erhalten wertvolle Tipps zur Montage und den Funktionen im laufenden Betrieb. Wir helfen Ihnen dabei, von Anfang an alles richtig zu machen.

Aufbau einer PV-Anlage: das Wichtigste für Sie zusammengefasst

Wenn Sie für den Aufbau nur wenig Zeit mitbringen und sich schnell einen Überblick verschaffen möchten, können Sie sich mit unserer Liste mit den wichtigsten Komponenten vertraut machen. Dann übersehen Sie kein wichtiges Teil und können sich sofort an die Arbeit machen:

• PV-Module

• Wechselrichter

• Montagegestell

• Solarkabel

• Stromzähler

• Komponenten für das Monitoring (Anlagenüberwachung)

Diese Komponenten sind optional:

• Batteriespeicher

• Energiemanagementsystem

• Wallbox

Wenn Sie eine Indachmontage planen, ist keine Unterkonstruktion erforderlich. Hinsichtlich der Photovoltaik-Module müssen Sie eine Entscheidung zwischen monokristallinen-, polykristallinen- oder Dünnschichtvarianten treffen. Haben Sie alle diese Komponenten zusammen, kann es bereits an den Aufbau gehen.

Photovoltaikmodul – so gelingt der Aufbau

Der wichtigste Bestandteil einer jeden Photovoltaikanlage sind natürlich die PV-Module. Hierin befinden sich die Solarzellen, die für die Umwandlung der Sonnenenergie in elektrischen Strom zuständig sind. Solaranlagen setzen sich aus mehreren dieser Module zusammen, die entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind. Üblich ist in der Praxis vor allem die Reihenschaltung (auch Strings genannt). Häuser benötigen häufig mehrere solcher Strings oder Stränge, um auf die gewünschte Leistung zu kommen. Neben den Solarmodulen lassen sich auch die Solarzellen innerhalb eines einzelnen Moduls in Reihe schalten.

Sie müssen also in einem ersten Schritt festlegen, wie viel Leistung Ihre Photovoltaik-Anlage erreichen soll. Davon und von der gewählten Art der Module hängt ab, wie viele Module Sie auf Ihrem Dach benötigen. Gehen Sie davon aus, dass Sie heute auf 10 Quadratmetern Dachfläche bereits 1 Kilowatt peak erzeugen können. Das ist den stetigen Verbesserungen hinsichtlich des Wirkungsgrads der PV-Module zu verdanken. Die hier angegebenen Werte beziehen sich dabei auf ein typisches Schrägdach. Letztlich entscheiden die individuellen Voraussetzungen am Montageort, wie viel Strom Sie tatsächlich mit Ihrer PV-Anlage erzeugen können.

Der Wechselrichter (PV-Anlage)

Unverzichtbar bei jeder PV-Anlage ist der Wechselrichter. Die Solarmodule erzeugen nämlich erst einmal Gleichstrom, den der Wechselrichter dann in Wechselstrom umwandelt. Da wir im Haushalt genau diesen Wechselstrom verbrauchen, kommen wir bei der Nutzung einer PV-Anlage ohne den Wechselrichter nicht aus. Er spielt bei jeder Photovoltaikanlage eine zentrale Rolle auch dann, wenn Sie den Strom in das öffentliche Netz einspeisen möchten. Leitungsverluste treten bei der Verwendung der Wechselrichter kaum noch auf. Sie können über 97 Prozent des erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom umwandeln.

<span class=“highlight-section-blue“>Bei der Auswahl des Wechselrichters kommt es auf die richtige Dimensionierung an. Achten Sie darauf, diese Komponente im Verhältnis zur Anlagenleistung nicht zu groß auszuwählen. Die früher übliche Unterdimensionierung ist heute nicht mehr notwendig. Wählen Sie einen Wechselrichter aus, dessen Nennleistung ungefähr der Gesamtleistung Ihrer Module entspricht.</span>

PV-Verkabelung (Solarkabel)

Zu den wichtigsten Arbeiten beim Aufbau einer Solaranlage gehört die Verkabelung. Schließlich müssen die Solarmodule den Strom weiterleiten können und zwar untereinander und bis ins Haus. Hierbei handelt es sich um einen kritischen Schritt, den Sie sorgfältig angehen sollten.

Hat jedes Solarmodul seinen festen Platz auf dem Dach gefunden, geht es an die Verkabelung. Beginnen Sie damit, dass Sie die Module durch Reihenschaltung miteinander verbinden. Hierbei handelt es sich um die am häufigsten gewählte Variante einer Verkabelung. Jedes Modul weist dafür zwei integrierte Kabel auf. Dabei handelt es sich um ein Plus- und um ein Minuskabel. Sie müssen jeweils das Pluskabel eines Moduls mit dem Minuskabel des nächsten Moduls verbinden. Weitere Kabel führen die Enden dieser Ketten vom Dach zum Boden und münden letztlich in den Wechselrichter bzw. laufen in einem Anschlussraum zusammen.

<span class=“highlight-section-orange“>Bei der Anschaffung der Solarkabel sollten Sie nicht sparen. Sie haben erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Anlage. Schließlich möchten Sie die Leitungsverluste weitgehend minimieren. Achten Sie also auf hochwertige Kabel und verlegen Sie diese sorgfältig.</span>

Es versteht sich von selbst, dass Solarkabel sicher zu befestigen sind und nicht herumfliegen sollten. Arbeiten Sie mit Kabelbindern und fixieren Sie die Kabel damit an den Schienen des Untergestells. Achten Sie darauf, dass die Solarkabel nicht auf den Dachziegeln aufliegen. Das dient der Bewahrung der Haltbarkeit der Kabel. Geschützt sind die Kabel deshalb auch mit einem Rohr bzw. sind mit einem Kabelkanal ummantelt. Ein kleiner Durchmesser weist übrigens nicht auf Kabel minderwertiger Qualität hin. Gleichstrom erfordert keinen großen Querschnitt, die Solarkabel sind daher typischerweise recht dünn. Anders sieht es beim Kabel aus, dass vom Wechselrichter zum Zähler läuft. Diese Kabel führen bereits Wechselstrom, der Querschnitt fällt daher hier höher aus.

Montagegestell (Unterkonstruktion)

Damit Sie die Solarkollektoren sicher an ihrem Platz befestigen können, benötigen Sie ein Montagegestell. Dieses Montagesystem kommt bei der Aufdach-Variante immer zum Einsatz. Zuerst einmal müssen Sie dafür bestimmen, an welcher Stelle auf dem Dach Sie später die Module unterbringen möchten. Danach sind in genau diesem Bereich einige Dachziegel zu entfernen, um Platz für den erforderlichen Zugriff durch die Monteure zu schaffen. Für die Installation verwenden die Mitarbeiter einige Anker oder Haken, die sie an den Dachsparren anbringen.

<span class=“highlight-section-blue“>Mit der Montage der Unterkonstruktion und der Solarmodule geht eine Erhöhung des Gewichts einher, welches das Dach aushalten können muss. Dennoch ist eine zusätzliche Verankerung der Dachbalken in den meisten Fällen nicht notwendig. Die Dachkonstruktionen sind so ausgelegt, dass sie mit dem Zusatzgewicht umgehen können. Ausnahmen bestehen bei besonders alten Häusern und Flachdächern. Hier sollte ein Fachmann vorher einen Blick auf das Dach werfen und dessen Tragfähigkeit einschätzen.</span>

Die Befestigung der Dachbalken erfolgt über Tellerkopfschrauben mit ausreichender Länge. Für jeden Haken sollten zwei solche Schrauben vorhanden sein. Danach kommen die Ziegel zurück und es lässt sich die Unterkonstruktion auf den Ankern aufbauen. Zum Abschluss erfolgt die Verbindung des Gestells mit den Profilrahmen der Solarmodule.

Indachmontage

Neben der Aufdach-Montage besteht mit der Indachmontage eine zweites Montagesystem. Der Unterschied besteht im Wegfall der Unterkonstruktion. Denn hier erfolgt eine Integration direkt in die Dachhaut. Das bedeutet, dass die Solarmodule bei diesem Montagesystem die ursprüngliche Dacheindeckung oder Teile davon ersetzen.

Die Tabelle zeigt Ihnen in kompakter Form die Vor- und Nachteile der beiden vorgestellten Varianten auf:

<table border=“1″>
<thead>
<tr><th>Montagesystem</th><th> Aufdachmontage</th><th> Indachmontage</th></tr>
</thead>
<tbody>
<tr><td>Eingriff in die Bausubstanz</td><td> minimal</td><td> erheblich</td></tr>
<tr><td>Dachziegel</td><td> bleiben erhalten</td><td> werden komplett entfernt</td></tr>
<tr><td>Dachbelastung</td><td> hoch (Module plus Dachziegel)</td><td> gering (nur Module)</td></tr>
<tr><td>Modulaustausch</td><td> problemlos</td><td> aufwendiger</td></tr>
<tr><td>Ästhetik</td><td> beeinträchtigt; Module ragen hervor</td><td> kaum beeinträchtigt; Module ragen nicht aus Dachhaut hervor</td></tr>
<tr><td>Sicherheit</td><td> mittel; Sturm könnte Konstruktion und Verkabelung lockern</td><td> hoch; selbst Sturmböen stellen kein Problem dar</td></tr>
<tr><td>Hinterlüftung</td><td> sehr gut; maximale Leistung</td><td> eingeschränkt; Hitzestau kann entstehen</td></tr>
</tbody>
</table>

Solaranlage: Montage und Verkabelung

Wenn Sie elektrische Energie mit einer Aufdachanlage erzeugen möchten, benötigen Sie für die Montage der PV-Module eine passende Unterkonstruktion. Stimmen Sie deren Ausführung und Größe auf die Dachform ab und berücksichtigen Sie dabei auch Faktoren wie die Dacheindeckung. Für die Befestigung am Schrägdach benötigen Sie Montageschienen und Dachhaken.

Danach erfolgt die Verkabelung. Zuerst schließen Sie dazu mehrere Module in einer Reihe zu einem gemeinsamen Strang zusammen. Auch mehrere Stränge sind möglich. Diese verbinden Sie dann im Generatoranschlusskasten (GAK) miteinander, der zur Gleichstrom-Hauptleitung führt.

Der GAK enthält eine Reihe von Komponenten, die für die Sicherheit der Photovoltaikanlagen relevant sind. Dazu gehören der Lasttrennschalter, die Strangsicherung oder der Überspannungsableiter für den Gewitterschutz.

Direkt vom GAK führt ein DC-Hauptkabel zum Wechselrichter. Diesen stellen Sie zum Beispiel im Keller Ihres Hauses auf. Über diesen Weg gelangt der erzeugte Solarstrom also von den Solarmodulen über den GAK bis hin zum Wechselrichter und von dort als Wechselstrom zu den Verbrauchern in Ihrem Haushalt.

Optional: Stromspeicher

Wenn Sie mit Ihrer Photovoltaikanlage einen Überschuss erzielen, müssen Sie sich überlegen, was Sie damit machen. Wenn Sie über keinen Stromspeicher verfügen, haben Sie nur die Möglichkeit der Einspeisung in das öffentliche Netz. Alles, was Sie nicht sofort verbrauchen können, fließt dann als Überschuss ab und Sie erhalten eine entsprechende Vergütung. Mehr Möglichkeiten erhalten Sie, wenn Sie einen Stromspeicher aufstellen und mit der Anlage verbinden.

Stromspeicher gehören heute vielfach zum Aufbau einer Photovoltaikanlage dazu, weil sich Phasen hoher und niedriger Produktion abwechseln. Manchmal produzieren Photovoltaikanlagen besonders viel Strom, obwohl wir ihn gar nicht verbrauchen können. Das ist zum Beispiel im Sommer der Fall, wenn wir in den Urlaub fahren. Im Winter hingegen geht die Stromerzeugung deutlich zurück und das bei typischerweise steigendem Verbrauch. Stromspeicher stellen hier die Lösung dar und speichern die Überschüsse, bis wir sie tatsächlich verbrauchen können. Diese Anschaffung ist wichtig, wenn Sie Ihren Eigenverbrauch erhöhen möchten.

Der Energy Meter

Mit einem Energy Meter erfassen Sie elektrische Messwerte an einem Anschlusspunkt. Diese Komponente benötigen Sie, wenn Sie für Ihre Photovoltaikanlage über einen Stromspeicher verfügen. Denn die Aufladung des Speichers und die Entnahme von Strom sind Aufgaben, die Sie managen möchten. Die analogen Stromzähler gehören dank Energy Meter der Vergangenheit an. Stattdessen vereinen diese neuen Komponenten die Funktion eines Energiemanagers und eines digitalen Stromzählers in einem Gerät. Damit sind Sie besser auf die effiziente Nutzung Ihrer Anlage vorbereitet.

Sie benötigen den Energy Meter also im Zusammenspiel mit dem Stromspeicher für die Regulierung der Stromflüsse. Strom fließt aus dem Speicher für die Entnahme, wenn Sie zum Beispiel einen Verbrauch in Ihrem Haushalt wünschen. Gleichzeitig fließt neu produzierter Strom in den Speicher. Dank Energy Meter bleiben Ihnen diese Vorgänge nicht länger verborgen und Sie erhalten alle wichtigen Daten dazu. Das ist auch wichtig für die Einspeisung ins Netz oder wenn Sie umgekehrt einen Bezug aus dem Netz planen.

Anlagenüberwachung (Monitoring)

Für den effizienten Betrieb einer Solaranlage spielt das Monitoring eine entscheidende Rolle. Schließlich möchten Sie nicht nur wissen, was Ihre Anlage leistet bzw. wie viel Strom sie produziert. Sie möchten auch in Störfällen so schnell wie möglich eingreifen können. Haben Sie entsprechende Module für das Monitoring bei Ihrem Photovoltaik-Aufbau berücksichtigt, stehen alle für die Überwachung relevanten Daten zur Verfügung.

Der Ausfall einer Komponente ist auch bei Photovoltaikanlagen jederzeit möglich. Diese gelten zwar als wartungsarm, der entscheidende Punkt ist hier aber die Lebensdauer. Sie sind für einen Betrieb über 30 bis 40 Jahre hinweg vorgesehen. Während einer solch langen Zeit kann es irgendwann einmal zu einem Ausfall kommen. Darauf sollten Sie als Anlagenbetreiber vorbereitet sein.

Berücksichtigen Sie für Ihre Photovoltaik-Anlagen am besten von Anfang an eine entsprechende Funktionalität für das Monitoring. Die gute Nachricht ist, dass eine solche Anlagenüberwachung zur Grundausstattung der Wechselrichter gehört. Sie müssen jedoch eine Internetverbindung herstellen, um diese im laufenden Betrieb auch nutzen zu können. Schließlich muss die Anlage die Daten für die Überwachung an den Hersteller senden können. In den meisten Fällen ist hierfür heute WiFi integriert. Sollte bei Ihrem Wechselrichter kein entsprechendes Modul verbaut sein, müssen Sie die Internetverbindung per LAN-Kabel herstellen. Ist alles fertig eingerichtet, kann das Monitoring beginnen.

Infobox Anfang

Die Überwachung der Anlage in Hinblick auf mögliche Störungen und Probleme ist nicht der einzige Vorteil des Online-Monitorings. Die Hersteller bieten Ihnen Zugang zu einem Portal und dort zu einem Dashboard, das Ihnen alle wichtigen Leistungsdaten zu Ihrer PV-Anlage anzeigt und das beinahe in Echtzeit. Dazu gehören natürlich die aktuellen Erträge. Sie informieren sich über die Tagesproduktion Ihrer Anlage und erfahren, wie viel Strom diese gerade in das öffentliche Stromnetz einspeist.

Infobox Ende

Was sind MPP-Tracker?

MPP-Tracker gehören als Bestandteil zu den Wechselrichtern. MPP steht für Maximum Power Point. Gemeint ist der Punkt, an dem eine Anlage die höchste Leistung erreicht. Das Tracking oder die Nachverfolgung bezieht sich hier also auf die erzielte Leistung. Die Aufgabe des MPP-Trackers besteht darin, diese Leistung so nahe wie möglich am Maximum der PV-Anlage zu halten. Das erreicht diese Komponente durch laufende Anpassungen der Stromstärke und der Spannung und damit des Lastwiderstands.

Sie möchten mehrere Solaranlagen betreiben? In diesem Fall benötigen Sie auch mehrere MPP-Tracker. In der Praxis kann es zum Beispiel dazu kommen, dass eine Anlage verschattet ist und ihr Potenzial nicht mehr voll ausschöpfen kann, während auf die anderen PV-Anlagen immer noch voll die Sonne scheint. Mehrere MPP-Tracker bieten Ihnen hier die Möglichkeit, die PV-Anlagen individuell zu steuern. Ein niedrigerer Ertrag bei einzelnen Modulen führt nicht mehr dazu, dass die Anlagen in ihrer Gesamtheit niedriger einzustellen sind.

Wallbox (optional)

Zu den optionalen Komponenten einer Photovoltaikanlage gehört die Wallbox. Sie können den aus der Photovoltaikanlage stammenden Strom direkt für die Aufladung Ihres E-Autos nutzen. Kommt noch ein Stromspeicher hinzu, können Sie diese Aufladungen sogar über Nacht vornehmen. Außerdem ergeben sich in Hinblick auf die Ladegeschwindigkeit erhebliche Vorteile: Mit einer Wallbox ist der Akku in Ihrem Fahrzeug viel schneller wieder gefüllt.

<span class=“highlight-section-blue“>Wenn Sie die Elektromobilität nutzen und die Wirtschaftlichkeit Ihrer Anlage erhöhen möchten, gehört die eigene Ladestation für das Auto bzw. Wallbox zu den Pflichtanschaffungen. Sie erhalten damit die Möglichkeit, Ihren Eigenverbrauch zu erhöhen. Und das ist immer eine gute Idee, weil die Strompreise üblicherweise deutlich über den Einspeisevergütungen liegen.</span>

Was ist beim Aufbau einer Anlage für die Solarthermie zu beachten?

Solarthermische Anlagen arbeiten mit Solarkollektoren, um die Heizungen in einem Haus zu versorgen. Hier geht es also um die Erzeugung von Wärmeenergie statt Strom bzw. elektrischer Energie. Das Einfangen der Sonnenenergie erfolgt in eine Trägerflüssigkeit. Beim Aufbau sind daher einige Besonderheiten zu beachten.

Grundsätzlich zirkuliert die Trägerflüssigkeit in einem Rohrsystem, das an einem Wärmetauscher vorbeiführt. Dieser ist wiederum mit einem Warmwasserspeicher verbunden. Aus diesem Warmwasserspeicher können Sie warmes Wasser entnehmen und zum Beispiel für die Heizung verwenden.

Der Platzbedarf fällt bei solarthermischen Anlagen relativ hoch aus, weil Sie das Rohrsystem verlegen müssen. Je mehr Bereiche Sie im Haus beheizen und je mehr Personen Sie versorgen möchten, desto größer muss die Anlage ausfallen.

Welche Komponenten benötige ich für Solarthermieanlagen?

Zu den wichtigsten Bestandteilen der Solarthermieanlagen gehören die Solarkollektoren. Sie nutzen für die Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme die direkte und die diffuse Sonneneinstrahlung. Ebenso wie bei einer Solaranlage brauchen Sie auch hier wieder ein Montagegestell. Das fällt aber zumeist etwas kleiner aus, dient aber ebenfalls der sicheren Befestigung am Dach.

Für die Verbindung aller Komponenten des Solarheizkreises verwenden Sie Solarrohre. Achten Sie auf eine gute Isolierung, um Wärmeverluste zu vermeiden. Weiterhin benötigen Sie eine Trägerflüssigkeit, die sich zum Beispiel aus Wasser und Frostschutzmittel zusammensetzt. Hinzu kommen ein Solarspeicher und ein Wärmetauscher. Benötigen Sie die Wärme, erfolgt die Übertragung aus dem Speicher über die Trägerflüssigkeit an den Wärmetauscher, sodass Sie über diesen jederzeit Ihr Trink- oder Brauchwasser erhitzen können. Sie müssen entscheiden, ob Sie in Ihrem Haus zusätzlich zu den Armaturen auch die Heizungen versorgen möchten.

FAQ

Was brauche ich alles für den Aufbau einer Photovoltaikanlage?

Die PV-Module sind die wichtigsten Bestandteile einer Solaranlage. Entscheiden Sie sich für die Aufdach-Montage, benötigen Sie eine passende Unterkonstruktion für die Befestigung der Module am Dach. Hinzu kommt die Installation eines Wechselrichters. Und Sie benötigen Stromkabel, um die einzelnen Komponenten miteinander und mit dem Generatoranschlusskasten verbinden zu können.

Muss ich einen Solarspeicher verbauen?

Nein, der Solarspeicher gehört zu den optionalen Komponenten einer Photovoltaikanlage. Der Betrieb der Anlage funktioniert auch ohne Speicher. Denken Sie aber daran, dass Sie Überschüsse in diesem Fall ins öffentliche Stromnetz einspeisen müssen.

Wie wird der Strom ins öffentliche Netz eingespeist?

Dafür benötigen Sie einen Wechselrichter und einen Anschluss an das öffentliche Stromnetz. Der Grund dafür ist, dass vor der Einspeisung eine Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom zu erfolgen hat. Weiterhin dient der Wechselrichter der Synchronisation mit dem Stromnetz.

Wie baue ich eine Solarthermieanlage auf?

Der Aufbau einer solarthermischen Anlage unterscheidet sich von jenem einer Solaranlage in einigen Punkten. Hier möchten Sie Wasser erwärmen, statt elektrischen Strom zu erzeugen. Daher benötigen Sie neben den Solarkollektoren auf dem Dach auch einen Solarspeicher und einen Wärmetauscher sowie Solarrohre, um alles miteinander zu verbinden. Für den Wärmetransport ist eine Trägerflüssigkeit zuständig.