Erstellt von Marcus | 01.08.2020
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Hier zeige ich den Bau meiner kleinen Insel Photovoltaik-Anlage. Nachdem ich so viele kleine Anlagen selber gebaut habe, gehe ich auf wichtige Dinge und Erkenntnisse beim Bau meiner 400W Anlage ein und zeige auch Alternativen. Produziere dein Strom selbst!

Inhaltsverzeichnis:Information:
Dieser Beitrag zum Bau einer kleinen Photovoltaikanlage ist in zwei Hauptabschnitte unterteilt. Im Ersten geht es um die Theorie und Gedanken des Gesamtkonzeptes. Im zweiten Teil werden wir die einzelnen Bauteile der Anlage verbauen und einrichten.

Viele weitere Beiträge zum Thema Photovoltaik gibt es in der Kategorie Photovoltaik von A-Z.

Solaranlage: 230V Wechselstrom nutzen Schaltungsaufbau einer typischen und einfachen Solaranlage. Ebenfalls kann die Akkuspannung für 12V (oder 24V, ...) direkt genutzt werden, oder mit einem Wechselrichter gleich 230V Wechselspannung gemacht werden. © Wohnen-Heimwerken.de

Solaranlage: 230V Wechselstrom nutzen
Schaltungsaufbau einer typischen und einfachen Solaranlage. Ebenfalls kann die Akkuspannung für 12V (oder 24V, ...) direkt genutzt werden, oder mit einem Wechselrichter gleich 230V Wechselspannung gemacht werden.

Wichtige Begrifflichkeiten: Kurz erklärt

Solaranlage, Photovoltaikanlage und Solarthermie:
Der Oberbegriff Solar steht für Sonne (von ihr ausgehend). Dabei bietet Sonne Wärme und Helligkeit.
Der Begriff Solaranlage wird meist fehlverwendet, genauer gesagt ist er ein Sammelbegriff für Photovoltaik und Solarthermie.
Mit einer Photovoltaikanlage wird durch Photovoltaik-Module Strom produziert / Lichtleistung in elektrischen Strom umgewandelt.
Bei der Solarthermie wird Wasser mithilfe von Sonnenkollektoren erwärmt.

Technik: Laderegler, Spannungswandler, Wechselrichter
Ein Laderegler hat die Aufgabe, die Aufladung des Akkus zu regeln. PV-Module werden an diesem angeschlossen. Die Systemspannung (12V, 24V, 48V) wird mithilfe von Akkus vorgegeben. Je nach verwendeten Akkutyp, muss der Laderegler auf ein bestimmtes Ladeverfahren eingestellt werden. Dafür gibt es vorkonfigurierte Einstellungen im Laderegler selbst. Zum Ladeverfahren zählt auch die Ladeschlussspannung und Erhaltungsladung. Die maximale Leistung wird durch den Generator, in unserem Fall die PV-Module, vorgegeben. Die Leistung der PV-Anlage muss zum Akku passen oder in den Einstellungen des Ladereglers ggf. begrenzt werden (Ladeleistung/Ampere).
Der Spannungswandler wandelt eine bestimmte Spannung in eine andere. Dabei unterscheiden wir zwischen Gleichspannung und Wechselspannung.
Für Wechselspannung gibt es sog. Wechselrichter. Als Eingang wird Gleichstrom (von den Akkus) genutzt und in eine Sinuskurve umgewandelt (110V bzw. 220V bzw. 230V und 50Hz bzw. 60Hz). Hz ist die Kurzform für Hertz (Frequenz).

Sicherheit geht immer vor

Strom ist nicht nur gefährlich für Mensch und Tier, sondern auch für dein Hab und Gut. Im schlimmsten Fall warten Stromschläge oder gar ein Brand.
Daher verwende bitte nur die richtigen Bauteile, die Kabel in einem ausreichenden Querschnitt und sichere mittels geeigneten Gleichstrom-Sicherungen. Die Sicherung ist möglichst klein zu wählen, sodass der Betrieb zwar gewährleistet ist, die Sicherung im Fehlerfall aber möglichst schnell auslöst.
Ebenfalls ist eine Erdung der Module/Modulhalterung zu empfehlen. Auch der Wechselrichter sollte eine Erdung bekommen, damit der Schuko-Stecker seinen Schutzkontakt bei Gerätefehler auch nutzen kann. In meinem Fall erfolgt die Erdung über die Heizungsrohre. Größere Anlagen sollten von einem Fachbetrieb eine separate Erdung erhalten. Egal ob die Anlage auf Freifläche steht, oder auf dem Hausdach angebracht ist.

Verwende keine Lüsterklemmen! Kabel zum Laderegler benötigen eine Aderendhülse, die gegen das selbstständige Lösen (warm/kalt) das Kabel in der Klemmschiene hält. Verbindungskabel zur Batterie oder Wechselrichter benötigen den geeigneten Ringkabelschuh. Diese Verbindungen werden gecrimpt und eine zusätzliche Sicherheit gewährleisten Schrumpfschläuche. Weiter unten gehe ich noch einmal darauf ein und zeige dir, welche Werkzeuge notwendig sind.

PV-Module werden meist mit angebrachten MC4 Steckern ausgeliefert. Jeder Hersteller hat andere Toleranzen ihrer MC4 Stecker. Theoretisch ist die Verbindung unterschiedlicher MC4 Stecker zwar möglich, jedoch nicht angeraten. Ist die elektrische Verbindung nicht gut genug, bildet sich ein Übergangswiderstand, welcher zu Wärme und ggf. zum Brand führen kann. Achte auf einen festen Sitz und guter Isolierung der Kabel. Im Außenbereich ist nur geeignetes Solarkabel zu verwenden, welches einen dicken Isolationsmantel besitzt, Sonnenstrahlung, Hitze, Kälte und Wasser standhält.
Halte bitte auch Kabelwege möglichst kurz und befestige die Kabel so, dass diese bei Wind nicht an anderen Bauteilen aufscheuern. Versuche Kabel nicht zu Kreuzen und bewahre einen Abstand (mind. 10cm) zwischen Gleichstrom und Wechselstrom Kabel ein.

Lesetipp: Crimpen und Pressen: Kabelschuhe, Aderendhülsen und MC4 Kabelverlängerung selber machen

PV Anlage: Inselanlage Vom öffentlichen Stromnetz unabhängig. Optional bei dieser Anlage sind Akku und/oder Wechselrichter. Diese Anlagen sind vor allem bei Garagen, Gartenhäusern und Campingmobile beliebt. © Wohnen-Heimwerken.de

PV Anlage: Inselanlage
Vom öffentlichen Stromnetz unabhängig. Optional bei dieser Anlage sind Akku und/oder Wechselrichter. Diese Anlagen sind vor allem bei Garagen, Gartenhäusern und Campingmobile beliebt.

Konzeptionierung der PV-Anlage

Die drei wichtigsten PV-Kleinanlagen bei mir sind über das Grundstück verteilt. Dabei setze ich auf das Insel-Konzept. Dies hat Vor- und Nachteile. Die wesentlichen Vorteile sind die Autarkie, Stromspeicher, Individualität, Einfachheit und Unabhängigkeit. Letzteres bezieht sich vor allem auf die EEG und die anstehenden Neuerungen, die, sagen wir mal, unschön werden könnten.
Der große Nachteil ist die Insel selbst. Es ist ein in sich geschlossenes System. Strom gibt es nur da, wo er per Kabel gelegt wird. Um diesen Strom ins Hausnetz zu bekommen, gibt es aber sogenannte Einspeisewechselrichter. Dazu weiter unten mehr.

Um überhaupt eine solche Anlage zu Konzeptionieren, sind verschiedene Dinge wichtig. Platz und Aufstellort, Verbrauch und Nutzungseigenschaften, zeitliche Nutzung über den Tag und Monat, sowie natürlich auch das finanzielle Budget.

Lesetipps:

Ausrichtung der PV-Module

Hast du ein Grundstück ohne Verschattung durch Nachbargebäude, Bäume, Strommasten etc., so kannst du optimale Ausrichtung wählen. Zum Beispiel eine Ost-West Anlage. Für alle anderen gilt, den besten Kompromiss zu finden. In meinem Fall steht die exakte Süd-West Ausrichtung als einzig sinnvoll zur Verfügung. Restliche Grundstücksseiten sind stark verschattet und die Süd-Ost Seite ist hier an der Straße. Als weitere Möglichkeit bieten sich Fassaden-Module an. Im Frühjahr bis Herbst gibt es bei mir einen Bereich im Garten, welcher am frühen Vormittag beschienen wird, dann verschattet und am frühen Nachmittag wieder unbeschattet ist. Die Nutzung einer solchen Ausrichtung funktioniert mit sehr flach liegenden Modulen, welche ca. 10% geneigt sind, damit noch Wasser abfließen kann und die Selbstreinigung gewährleistet wird. Flach liegende Module produzieren auch sehr gut bei diffusem Licht Strom. Im Winter hingegen ist die Leistung bei Sonne dann jedoch sehr begrenzt.

Schauen wir ein paar Daten an.

Sonnenstand und Sonnenverlauf (Sommer bis Winter) 49 Grad Nord Der Sonnenverlauf und Sonnenstand zu unterschiedlichen Zeiten des Jahres. Bild-Autor ist S. Wetzel. Weitergabe unter gleichen Bedingungen. Lizenz: creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de © S.Wetzel (Lizenz: CC BY-SA 4.0)

Sonnenstand und Sonnenverlauf (Sommer bis Winter) 49 Grad Nord
Der Sonnenverlauf und Sonnenstand zu unterschiedlichen Zeiten des Jahres. Bild-Autor ist S. Wetzel. Weitergabe unter gleichen Bedingungen. Lizenz: creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de

Noch eine einfachere Grafik. Diese zeigt den prozentualen Ertrag über das Jahr je nach Modulwinkel und Ausrichtung.

PV Modul Winkel und Ausrichtung: Diagramm Ertrag in Prozent Die Tabelle gibt einen Jahresüberblick als durchschnittlichen Ertrag je nach Ausrichtung und Modulwinkel. Eine flachere Ausrichtung ist vor allem im Sommer gut, gegenüber eine steileren im Winter. Flacher liegende Module sind jedoch effizienter durch den Tagesverlauf der Sonne. © Wohnen-Heimwerken.de

PV Modul Winkel und Ausrichtung: Diagramm Ertrag in Prozent
Die Tabelle gibt einen Jahresüberblick als durchschnittlichen Ertrag je nach Ausrichtung und Modulwinkel. Eine flachere Ausrichtung ist vor allem im Sommer gut, gegenüber eine steileren im Winter. Flacher liegende Module sind jedoch effizienter durch den Tagesverlauf der Sonne.

Beim Bau meiner 1240W Anlage habe ich den Winkel variabel gestaltet. Damit ist einfaches umstellen zwischen Sommer und Winter möglich. Die Anleitung kannst du hier lesen.

Die richtige Systemspannung finden

Übliche Systemspannungen (Nennspannung) der Photovoltaik-Anlagen liegen bei 12V, 24V und 48V. Die tatsächliche Spannung schwankt jedoch erheblich. Nehmen wir als Beispiel den Stromspeicher 12V Blei-Akku. Der Spannungsbereich liegt dabei zwischen 10,8V und 14,4V. Bei zwei in Reihe geschalteten 12V Blei-Akkus ist die Systemspannung 24V. Der Spannungsbereich liegt dann bei 21,6V bis 28,8V. Bei anderen Speichertechnologien wie Li-Ion oder LiFePo4 gibt es andere Spannungsbereiche. Die Nennspannung ist jedoch meist weiterhin 12V, 24V oder 48V. PV-Module müssen mehr als den höchsten Spannungsbereich liefern. Hier müssen gegebenenfalls mehrere Module in Reihe geschaltet werden. Dazu weiter unten mehr.

Um nun die richtige Systemspannung für die Anlage zu finden, müssen wir uns die Verbraucher, Anlagengröße und Kabellängen anschauen. Dazu mal ein paar Beispiele.

Eine 100W PV-Anlage: Hier sollte man 12V Systemspannung wählen. Typische 100W Module liefern ca. 16V - 22V. Der Leitungsquerschnitt muss ebenfalls nicht sehr groß sein. In der Regel reicht das Standard 4mm PV-Kabel.

Eine 400W PV-Anlage: Hier könnte man 12V und 24V nutzen. Für 48V wären die weiteren Bauteile zu teuer. Es würde sich nicht lohnen.
Bei meiner in diesem Beitrag beschriebenen PV-Anlage nutze ich 4 x 100W PV Module. Davon sind jeweils zwei in Reihe geschaltet. Das nennt man String (zu deutsch: Strang bzw. in der Elektrik: Reihenschaltung). Pro String (2x100W) gehen ca. 37V und 6A zum Laderegler. Dazu kommen parallel die anderen beiden in Reihe geschalteten Module hinzu. Das verdoppelt den Strom. Somit gehen 37V, 12A zum Laderegler.

Eine 2000W PV-Anlage: Hier würden 48V Sinn ergeben. Würden wir 24V nutzen und gehen von der Ladeschlussspannung 28,8V aus, so würden vom Laderegler zum Akku ca. 70A fließen (2000W : 28,8V). Die Kabel wären dann ordentlich dick und auch geeignete Sicherungen müssen hier gefunden werden. Bei einem 48V System würde sich der Strom (gegenüber 24V) halbieren, sodass rund 35A fließen.

Hohe Spannungen haben weniger Übertragungsverluste und die Kabelquerschnitte müssen nicht so hoch sein. Es kommt also auf das Verhältnis an.

Für unsere 400W Anlage ist also 24V eine ideale Systemspannung. Die Übertragungsverluste sind recht gering und es gibt sehr viele Bauteile für 24V. Ebenfalls wäre es problemlos möglich, diese Anlage um ein paar Module zu erweitern.

Noch ein Hinweis zu den Verbrauchern:
Wenn du einen Spielecomputer über den Wechselrichter anschließt und dieser 200 Watt zieht (+ Eigenverbrauch des Wechselrichters 10-25W), so fließen bei einem 12V System 18,3A aus der Batterie. Bei 24V nur noch 9,2A. Rechenweg: 220W : Systemspannung = Strom. Der Strom, also die Stromstärke in Ampere (kurz A), ist eine wichtige Kenngröße. Der Akku muss so viel Dauerleistung abgeben können, Sicherungen müssen so viel aushalten und die Kabel müssen entsprechend dick gewählt werden.

Ein krasseres Beispiel ist eine Kaffeemaschine oder gar eine Waschmaschine oder Geschirrspüler. Nehmen wir an, die Kaffeemaschine zieht 15 Minuten kontinuierlich 1600W.
Bei einem 12V System sind das 1600W : 12V = 133A, bei 24V sind das immerhin noch 67A.
Bei einer Waschmaschine sieht es ähnlich aus. Hier kommt jedoch hinzu, dass diese deutlich länger läuft. Das Wasser wird zwar nur relativ kurz aufgeheizt, dafür zieht der Motor in seinem Anlaufstrom sehr viel.

Mein Selbstversuch war den Geschirrspüler über die 24V Anlage laufen zu lassen. Laut meines Messgerätes wurden 2400W für 20 Minuten dauerhaft gezogen. Da heizte sich nicht nur das 230V Kabel ordentlich auf, sondern vor allem die Kabel von der Batterie zum Wechselrichter. Einen großen Einfluss haben Kabelverbindungen und Kabellängen.
Kurze Rechnung: 2400W : 24V = 100A, bei Wechselstrom: 2400W : 230V = 10,5A.

Für solche und gar größere Verbraucher solltest du über eine 48V Anlage nachdenken. Und da du mehr Akkus benötigst, wird wohl auch die PV Anlage wachsen müssen. Zudem sollten alle Kabelverbindung/Pole unbedingt einen Berührungsschutz erhalten.

Weiter unten erkläre ich noch etwas zu Anlaufströmen von Motoren (Kompressor des Kühlschranks) und die Dimensionierung des Wechselrichters.

Alternative Gesamtkonzepte: All-in-One Lösungen ohne Basteln

Bevor wir zur Auswahl der vielen einzelnen Bauteile für die Anlage kommen, möchte ich dir noch eine Alternative dazu zeigen.
In den letzten Jahren wurden die kleinen mobilen Stromspeicher, auch Power-Station genannt, immer beliebter und das hat seine Gründe. Nicht nur, dass ein großer Akku verbaut ist, sondern auch ein Wechselrichter (230V), ein Laderegler (PV Modul einfach daran anschließen) und verschiedene andere Dinge wie USB und 12V Kfz-Steckdosen. Alles in einem Gerät. Natürlich mobil.
Außer dem Photovoltaik-Modul, welches noch angeschlossen werden muss, ist die Inselanlage mit solch einer Power-Station komplett. Für Camping, im Camper, Garage oder Gartenhaus wohl eines der stimmigsten Gesamtsysteme überhaupt. Solch ein System hätte ich beim Bau meiner Garagen-Photovoltaikanlage lieber genutzt. Die Einspeiseleistung durch PV Module ist jedoch stark begrenzt. Oft liegt diese bei um die 80-120W.
Im Übrigen habe ich mir auch so eine Power-Station selber gebaut. Das ist eine komplette Mini-Inselanlage mit Solarmodulen, Licht, 230V Wechselrichter, Akku und USB Ladestation. Noch kleiner geht es auch: Eine Solar-Powerbank selber bauen.

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Auswahl der elektronischen Bauteile

Neben Kabel, (Crimp- und Press-) Werkzeuge, sowie anderen PV-Kleinteilen, benötigen wir:

Laderegler:
An diesem werden die PV-Module und Akkus angeschlossen. Richtig eingestellt, lädt er unsere Akkus zuverlässig. Die meisten können 12V und 24V Akkus laden. Ein späterer Wechsel zu einer anderen Systemspannung ist also möglich, meist jedoch nicht zum 48V System.
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Übrigens, wenn du einen Victron Laderegler kaufst: Achte darauf, dass das Bluetooth Symbol aufgedruckt ist. Nur dann kannst du den Victron per App auch einstellen und deine Datenhysterie einsehen. Kaufst du diesen ohne Bluetooth, so ist ein Kabel oder Bluetooth-Dongle erforderlich. Der Dongle kostet ca. 40-50 Euro. Der Laderegler mit Bluetooth kostet nicht mehr, denn er ist eine Weiterentwicklung.

Lesetipps zum Laderegler: Wechselrichter:
+ Achtung: Wechselrichter gibt es für 12V, 24V und 48V. Der richtige ist für die Akku-Spannung auszuwählen. Ebenfalls empfehle ich reinen Sinus zu verwenden. Der Wechselrichter sorgt für 230V 50Hz Wechselspannung für übliche Haushaltsgeräte.
+ Kurze Info zu Anlaufströmen: Mein Kühlschrank mit Gefrierfächern benötigt ca. 0,4kWh pro Tag (400Wh). Wenn dieser läuft, benötigt er dauerhaft 60W. Er schaltet aber aller halbe Stunde ein und aus. Der Anlaufstrom liegt aber über 300 Watt. Mein Test, den Kühlschrank mit einem 300W Wechselrichter zu versorgen, schlug fehl. Auch wenn der Wechselrichter 600W Peak konnte, um hohe Anlaufströme zu schaffen. Die Leistung lag wahrscheinlich über den 600W (10 mal so hoch). Daher gleich einen etwas größeren Wechselrichter kaufen. Ist der Wechselrichter jedoch zu groß und es hängen nur kleine Verbraucher dran, ist der Wirkungsgrad eher schlecht. Denn der maximale Wirkungsgrad liegt in einem bestimmten Bereich der Last. Zudem haben größere Wechselrichter einen hohen Eigenverbauch. Mein 2000W Wechselrichter hat ohne Last ca. 22W Eigenverbrauch. In 24h liegt der Eigenverbrauch allein schon bei über 500Wh (0,5kWh). Und das müssen die Akkus bzw. die Panels täglich auch ohne angeschlossene Verbraucher machen.
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Photovoltaik Module:
Unser Stromgenerator. Hier benötigst du ggf. mehrere (gleiche!). Das erste Produkt nutze ich. Vier solcher Module für 400W. Um Verkabelung zu sparen und den Aufwand für die Befestigung zu reduzieren, kannst du weniger Module, dafür gleich größere nutzen. Die größten Module gehen bis ca. 400W aktuell.
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Beachte, dass die Spannung der Module höher als die Systemspannung liegen muss. Daher werden zwei kleinere Module (18V) meist in Reihe geschaltet, sodass sich die Spannung auf 36V verdoppelt. Der Laderegler muss dann mit der Spannung und dem Strom zurechtkommen.

Akku Stromspeicher:
Den Strom dann verbrauchen, wenn benötigt. Egal ob Sonne oder nicht. Ein absolutes Muss einer Inselanlage. Beachte die verschiedenen Technologien. Für 24V Systeme benötigst du zudem zwei in Reihe geschaltete 12V Akkus. Bei LiFePo4 gibt es jedoch auch fertige 8-zellige 24V Komplettakkus. Bei Li-Ion (Rundzellen oder Pouch) gibt es das ebenfalls. Li-Ion Akkus haben mehr Ladezyklen als Blei, jedoch deutlich weniger als LiFePo4.
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Lesetipp: PV Heimspeicher: Lithium gegen Blei - David gegen Goliath

Alternativ: PV-Komplettset Systeme:
Es gibt auch Komplettsets. Die meisten kann ich jedoch nicht empfehlen, da diese entweder einen billigen PWM Laderegler dabei haben, der Akku fehlt oder der Wechselrichter keine reine Sinuswelle ausgibt. Zudem sind viele Angebote oftmals zu teuer und nur durch Bauteilwechsel erweiterbar.
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Den geeigneten Stromspeicher finden

Beim Speicher ist die Technologie entscheidend. Der Laderegler muss darauf eingestellt werden.
Zu den Technologien Blei und Lithium habe ich bereits einen Artikel verfasst: PV Heimspeicher: Lithium gegen Blei - David gegen Goliath

Rechnet man sich die verschiedenen Technologien wie Lithium-Ionen (Li-Ion), Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePo4) und Blei (Pb) einmal durch, so kommt man auf einen nahezu identischen Preis. Denn die nutzbare Kapazität, Wirkungsgrad (beachte die Peukert Gleichung (Wikipedia-Link)) und Lebensdauer sind bei Blei-Akkus nicht wirklich gut, auch wenn der Anschaffungspreis Ersteinmal positiv zu sein scheint.

Ich selbst nutze noch unzählig viele Blei-Akkus. Diese bekommt man auch gebraucht für schmales Geld oder gar kostenlos. Für ein neues System, welches eine Wohnung oder Wohnmobil komplett Autark versorgt, würde ich jedoch zum LiFePo4 Akku greifen. Diese gibt es auch als 24V, da sind 8 Einzelzellen in einem Gehäuse. Zudem bieten diese oftmals ein BMS (Batterie Management System) mit Bluetooth. Das kann man mit der entsprechenden App und einem Smartphone oder Tablet auslesen. Und noch ein Pluspunkt ist, dass die Batterie-Spannung bei Lithium ein besserer Füllstandmesser als bei Blei ist. Trotzdem bergen Lithium Akkus (außer LiFePo4) noch immer gefahren. Das BMS sollte schützen, zudem aber auch lange halten (was die meisten leider nicht immer tun).

Für 24V Systeme und der Nutzung z.b. von Blei-Akkus, werden zwei identische Akkus in Reihe geschaltet. Leichte Kapazitäts- oder Altersunterschiede können mit Ausgleichsladern genutzt werden.
Ich empfehle dieses Bauteil jedoch immer bei der Reihenschaltung von zwei 12V Akkus. Das verhindert das zu frühe Gasen (falls erforderlich) eines Akkus des Verbundes und trägt damit zur Lebensdauer beider Akkus bei.
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Lesetipp: Solaranlage Akku Mix - Teil 1: Blei Akkus, unterschiedliche Kapazitäten in Reihenschaltung und Parallelschaltung

Photovoltaikanlage selber bauen

Nun geht es in die Praxis. Wir installieren und verkabeln alle Bauteile unserer kleinen Photovoltaikanlage.

PV-Module installieren

Meine Module sind auf einem Flachdach installiert. Eine Aufständerung war notwendig. Es gibt dafür fertige Ständerwerke, aber es ist auch einfach mit Baumarkt-Materialien individuell selbst zu bauen. Für meine Versuchsanlage, die bald auf ein anderes Dach umzieht, habe ich mich für Holz entschieden. So kann ich ganz einfach erweitern oder den Winkel ändern. Zudem ist die Konstruktion unschlagbar günstig (ca. 25 Euro). Beachten sollte man hier jedoch die Eigenarten von Holz: Ausdehnung, Verdrehung und Biegung.
Alle vier Module sind nach Süd-West ausgerichtet. Ostwind gibt es selten und wenn, ist er oftmals nicht so stark. Trotzdem habe ich meine frei stehende Konstruktion mit Steinen beschwert und zum Schutz vor Rückenwind mit Stahlseilen abgespannt. Die Aufständerung hat einen großen Vorteil was die Belüftung anbelangt. Monokristalline Module verlieren recht stark bei Wärme Leistung. Bei Polykristallinen- oder Dünnschichtmodulen ist dem nicht so (Stichwort: Wärmekoeffizient).
Falls du deine Module direkt auf ein Schrägdach montierst, beachte mindestens 10cm Hinterlüftung.

Zur Befestigung der Module auf dem Ständer gibt es Klemmhalterungen. Die meisten Module haben jedoch auch 4 bis 6 Löcher für z.b. M5 Schrauben vorgebohrt. Letztere Möglichkeit habe ich genutzt. Die Schraube geht durch das komplette Holz und wird mit einer selbst sichernden Mutter gehalten. Diese Muttern haben einen Gummiring und lösen sich durch Vibrationen, Wind oder Ausdehnungen nicht selbst. Beachte also, dass sich jedes Material (auch PV Module) sich je nach Temperatur unterschiedlich ausdehnen. Bei Holz kommt noch die Feuchtigkeit hinzu. Eine gute Lagerung der Module ist schwimmend (mit etwas spiel, ohne bei Wind zu klappern). Je länger das Material, desto höher ist die Ausdehnung.

Kabel: Querschnitte, Aderendhülsen, Crimpen und MC4 Steckverbindungen

Der Kabelquerschnitt berechnet sich aus dem Material, Spannung, Strom, Leitungslänge und den maximalen Spannungsverlust.
Dafür gibt es im Internet einige Rechner. Bitte kalkuliere bei der Berechnung auch eine gewisse Sicherheit mit ein. Je nach Leitungsquerschnitt ist die entsprechende Sicherung zu wählen.

MC4: Kabel selbst verlängern, MC4 Verbindung Crimpen Überblick über die Werkzeuge. Ein Pärchen MC4 Stecker und Solarkabel. In meinem Schaubild 4mm² © Wohnen-Heimwerken.de

MC4: Kabel selbst verlängern, MC4 Verbindung Crimpen
Überblick über die Werkzeuge. Ein Pärchen MC4 Stecker und Solarkabel. In meinem Schaubild 4mm²

Linktipps (ausgehende Web-Links):

Schaltschrank: Sicherungen und Platzierung der Bauteile

Einen geeigneten Schaltschrank zu bekommen ist nicht einfach. In meinem wollte ich zudem den 2000W Wechselrichter verbauen. Im Baumarkt wird man da nur begrenzt fündig. Im Internet oder einem Elektro Fachbetrieb für Installation, kann man fündig werden. Du kannst natürlich auch einen kleinen Schrank nutzen und den Wechselrichter daneben platzieren.
Neben den PV-Eingang habe ich auch den Abgang zur Batterie mit einer Hutschienen-Sicherung versehen. An der Batterie selbst ist noch eine weitere Sicherung im Plus-Kabel. Durch die Möglichkeit die Sicherungen einfach abzuschalten, lassen sich sehr einfach und sicher Reparaturen durchführen.

Info: Bild folgt

Stromspeicher installieren

Als Speichertechnologie nutze ich seit einigen Jahren Blei-Akkus. Zwei davon sind 225Ah 12V Blei-Vlies Akkus, welche zu 24V in Reihe geschaltet wurden.

Der Akku ist das erste Bauteil, welcher an den Laderegler angeschlossen wird. Der Regler bekommt damit seine Betriebsspannung vorgegeben.

Info: Bild folgt

Laderegler installieren und einrichten

Ist dein Laderegler einstellbar, so müssen nun die Werte für Ladeschlussspannung und Erhaltungsspannung eingestellt werden.
Da ich zwei Laderegler nutze, nachfolgend ein paar Bilder zu den Einstellungen in meinem Victron 75/15 (verwaltet die 400W Module) und vom EP-EVER Tracer AN (verwaltet weitere 300W PV Module).

Info: Bild folgt

Die Ladespannung ist aus dem Datenblatt vom Hersteller zu entnehmen. Entweder liegt dieses dem Akku mit bei, ist direkt auf den Akku aufgedruckt oder findet sich im Internet.
Falls du mehr über Blei-Akkus und Spannungen wissen möchtest, so lies bitte den Beitrag von mir.

Lesetipp: Der Blei-Akku: Aufbau, Ladevorgang, Lebensdauer und technische Daten

Ist die Batterie an den Laderegler angeschlossen und dieser eingestellt, können die PV Module angeschlossen werden.
Bitte decke diese ab oder führe das anschließen an den Laderegler durch, wenn keine Sonne auf den Modulen scheint. Andernfalls könnte es zu Lichtbögen kommen, welcher weder für dich, noch für die Bauteile gut ist. Der Anschluss muss also potenzialfrei erfolgen.

Wechselrichter: Aus Gleichspannung wird 230V Wechselspannung

Der Wechselrichter wird immer an den Batterien angeschlossen, nicht am Last-Ausgang (Load) des Ladereglers!

Beim Ersten anschließen des Wechselrichters sind dessen Kondensatoren noch nicht aufgeladen. Diese nehmen sehr viel Strom in wenigen Sekunden auf. Falls du die Möglichkeit hast, nutze einen Widerstand, um die Kondensatoren langsam zu laden und Funkenflug zu vermeiden. Dazu musst du den Widerstand in einer der beiden Kabel für einige Sekunden vor dem Anschließen dazwischen halten.

Info: Bild folgt

Beachte, dass du gleich den richtigen Wechselrichter kaufst. In einem anderen Beitrag habe ich mich mit Haushaltsgeräten befasst, um diese alle über den Wechselrichter zu betreiben. Sieh es dir hier an: Photovoltaik: Haushaltsgeräte über Wechselrichter.

Fazit und Verbesserungen

An meiner Anlage habe ich sehr lange gebastelt. Immer wieder gab es Veränderungen und Fehlschläge. Wer die alten Bilder meiner Mini Garagen Solaranlage kennt, der sieht meine persönliche Verbesserungen. Es ist absolut wichtig, ordentliche Kabel, Aderendhülsen und langlebige Bauteile zu verwenden. Ebenso lieber eine Sicherung mehr, als zu wenig einbauen.
Da meine Anlage aus zwei Teilen (400W und 300W PV-Module), zwei Laderegler, insgesamt 7kWh Speicher und einen 2000W Wechselrichter besteht, konnte ich meinen kleinen Strombedarf von Februar bis November decken. Jedoch hängen die großen Verbraucher wie Spühlmaschine und Geschirrspüler noch nicht daran.
Erweitern werde ich die Anlage um ein 170W Full-Black Monokristallines Modul mit eigenem Laderegler, einer sehr flachen Süd-Ausrichtung und einer richtigen Ladestation für mein E-Moped. Dazu möchte ich noch mehr Verbraucher von Wechselspannung auf Gleichspannung umstellen. Das ein oder andere wird dann als Beitrag erscheinen.

Information: Aktuell wurden die Bilder auf Wohnen-Heimwerken optimiert und in diesem Beitrag fehlen noch einige. Es gibt noch ein Problem beim hochladen. Jedes Bild wird in 5 verschiedenen Größen automatisch skalliert, sowie gleichzeitig mit dem neuen Bildformat WebP abgespeichert (JPEG und WebP). Fehlende Bilder folgen im Laufe dieser Woche.
Nach bestem Wissen und Gewissen.
Sonnige Grüße, dein

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Marcus am 15.06.2020#2
Hallo Stanislav, vielen Dank für deine positiven Worte. Ich gebe mein Bestes!
Du kannst ganz unten auf Impressum klicken, dort steht meine E-Mail Adresse. Da kannst du mir all deine Fragen gern schicken.
Sonnige Grüße und einen guten Wochenstart,
Marcus
Stanislaw am 15.06.2020#1
Hallo an Marcus,

ich habe gerade mit Genuss deinen Beitrag gelesen, da ich mir überlege auch eine kleine PV Anlage zu installieren, jedoch etwas verunsichert bin.

Evtl. kannst du mir Privat auf (E-Mail aus Datenschutzgründen entfernt) schreiben. Über einen Erfahrungsaustausch würde ich mich freuen.

Gruss
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