Was du über die Funktionsweise deiner Photovoltaik-Anlage wissen solltest

Aufgrund des drohenden Klimawandels haben Photovoltaikanlagen, oft auch kurz als PV-Anlagen bezeichnet, für die Stromversorgung in den vergangenen Jahren massiv an Bedeutung dazugewonnen. Auch Privatpersonen sind seit einiger Zeit in der Lage, von der Weiterentwicklung der Solartechnologie zu profitieren. So können mittlerweile sogar Menschen, die zur Miete wohnen, die Energie der Sonne nutzen und ihren eigenen Strom mit Stecker-Solaranlagen erzeugen. Egal ob auf dem Balkon, an der Hausfassade oder im Garten, solange der Vermieter (falls du das nicht selbst bist) zustimmt, bedarf es lediglich einer Steckdose und schon steht der Stromerzeugung durch Sonnenlicht nichts mehr im Weg und die eigenen Stromkosten können effizient gesenkt werden. Aber wie funktioniert eine so eine Photovoltaikanlage eigentlich?
Im folgenden Artikel erklären wir dir Schritt für Schritt die Funktionsweise von Photovoltaik-Technologie und zeigen dir gleichermaßen auf, wie eine steckerfertige Solaranlage für dich als Mieter ausgestattet sein sollte. So bist du bestens für deinen Einstieg in die Energiewende gewappnet.

Ergibt eine Photovoltaik-Anlage für mich überhaupt Sinn?

Du fragst dich hierzu möglicherweise einige grundsätzliche Dinge. Wie viel Strom erzeuge ich mit einem Balkonkraftwerk überhaupt und rechnet sich das für mich?

Bevor wir darauf detaillierter eingehen, erst mal nur so viel: Sogenannte Balkonkraftwerke, also Mini Photovoltaik Anlagen beschränken sich auf ein bis zwei Solarmodule, mit denen die elektrische Energie aus dem Sonnenlicht generiert wird. Das macht sie zur idealen Anschaffung, wenn du mit wenig Platz deine Stromrechnung einkürzen möchtest. Wie bereits erwähnt, reicht beispielsweise dein Balkon oder dessen Brüstung aus, um die Anlage aufzustellen bzw. aufzuhängen. Ziel des ganzen sollte es dabei für dich sein, die Grundlast deines Haushalts, also die Stromkosten der passiven Verbraucher wie Kühlschrank und Co. mit Solarstrom zu decken. Je nach Größe deines Haushalts und der entsprechenden Verbrauchsmenge kann das schon durch ein Balkonkraftwerk mit einem gut platzierten Solarmodul gewährleistet werden und du kannst so darüber hinaus möglicherweise noch einen Teil der aktiven Last decken. Wichtig ist zunächst zu wissen, dass sich eine Mini-PV-Anlage in der Regel viele Jahre vor dem Ablauf ihrer Garantie amortisiert und du somit in jedem Jahr dazwischen durch die Sonnenenergie bares Geld sparst.

Photovoltaik-Funktion: Wie erzeugt eine Solaranlage eigentlich Strom?

Aber nun zum eigentlichen Vorgang. Ausgegangen von einer Kleinanlage für Mieter beschränkt sich der Prozess aufgrund der simplen Struktur auf einige wenige Schritte:

Ausgangspunkt sind kleine Lichtteilchen, die Photonen genannt werden. Durch die Sonneneinstrahlung werden diese Photonen auf die Silizium-Zellen der Solarmodule geleitet und treffen dort auf die Front-Kontakte, die als negative Elektrode (Kathode) dienen.Neben den Frontkontakten ist eine Antireflexschicht aufgebracht, mit deren Hilfe möglichst geringe Mengen des Sonnenlichts reflektiert werden. So wird bereits in der Frühphase die Stromausbeute aus der Solarenergie hochgehalten.
Die zugeführte Energie aus dem Sonnenlicht setzt in den Solarzellen Elektronen frei, die positiv geladene “Löcher” hinterlassen. Dies gilt als Voraussetzung, um die elektrische Energie überhaupt erzeugen zu können.
Unter der Antireflexschicht befindet sich dann ein sogenannter p-n-Übergang, der sich aus der negativ geladenen n’-Emitter-Schicht und der positiven p-Basis zusammensetzt. In diesem Bereich trennen sich die Ladungsträger im Halbleitermaterial (Silizium) und eine elektrische Spannung zwischen den Teilchen entsteht. Die negativ geladenen freien Elektronen bewegen sich dann zum Ladungsausgleich in Richtung des Pluspols, wodurch der Strom durch die p-Basis zu einem Metallkontakt (der Anode) auf der Rückseite des Solarpanels fließt.
In der p-Basis findet also die Weiterleitung bzw. das “Aufhalten” der Elektronen statt, je nachdem, ob gerade eine Stromverbindung hergestellt ist oder nicht.
Die so erzeugte elektrische Energie liegt als Gleichstrom an der Anode an. Für die Nutzung im Haushalt muss der erzeugte Gleichstrom allerdings noch in Wechselstrom umgewandelt werden.

Der Wechselrichter als wichtiger Bestandteil einer Stecker-Solaranlage

Um nun also aus Gleichstrom (DC) Wechselstrom (AC) zu machen, ist ein sogenannter Wechselrichter notwendig, der bei einem Gewicht von ca. 2 bis 4 Kilogramm einfach auf der Rückseite des Solarmoduls angebracht werden kann und mit einem Solarkabel daran angeschlossen ist. Hierbei sind je nach Modulanzahl verschiedene Wechselrichtergrößen mit entsprechend unterschiedlichen Nennleistungen möglich, wobei für die Möglichkeit einer vereinfachten Anmeldung der Mini-Photovoltaikanlage eine Einspeiseleitung von 600 Watt durch den Wechselrichter nicht überschritten werden sollte.
Hat die Umwandlung stattgefunden, wird der kompatible Sonnenstrom in dein Hausstromnetz geführt und kann dort direkt verbraucht, in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder in einem eventuell vorhandenen Stromspeicher für eine spätere Nutzung gespeichert werden.

Do-it-yourself oder Profi für die Installation von Photovoltaik?

Aufgrund der simplen Inbetriebnahme werden kleine Photovoltaikanlagen für den Balkon oder Garten auch häufig mit der Bezeichnung “Plug-and-Play-Solaranlage” versehen. Die Idee ist also die, dass selbst Mieter, die über den geeigneten Platz für eine solche Anlage verfügen, nur eine freie Steckdose benötigen, um ihre Mini Photovoltaikanlage selbst zu installieren und im Anschluss eigenen Strom erzeugen und die Stromkostenabrechnung damit einkürzen. Nachdem der Strom vom Wechselrichter deiner Anlage also netzkompatibel gemacht wurde, heißt es nur noch: Stecker rein und der Strom fließt.

Du hast dabei im Wesentlichen die Möglichkeit, beim Anschluss zwischen zwei Steckerarten zu entscheiden, wonach sich auch das mögliche Hinzuziehen eines Profis richtet.

Der Anschluss einer Photovoltaik-Anlage

Die Wahl der richtigen Steckvorrichtung ist für Photovoltaik-Nutzer eine Glaubensfrage. Zum einen gibt es den Schutzkontakt-Stecker (kurz: Schuko-Stecker), den du als die am weitesten verbreitete Anschlussart kennst. Er passt in jede haushaltsübliche Steckdose und gewährleistet somit einen möglichst simplen und schnellen Anschluss. Zudem ist diese Anschlussart für Mini Photovoltaikanlagen gesetzlich zugelassen und wird von vielen Nutzern in ganz Europa so im Photovoltaik-Betrieb angewandt.
Die zweite und kostenintensivere Wahl bietet der Anschluss über einen Wieland-Stecker mit entsprechender Einspeisesteckdose. Das hat zum Vorteil, dass die allgemeine Sicherheit durch in Kunststoff eingefasste Pins und eine Schraubsicherung der Steckverbindung mit der Einspeisesteckdose erhöht ist. Der Anschluss erfolgt somit nicht “nur” gesetzeskonform, sondern auch normgerecht. Jedoch muss hier laut Gesetz ein Elektriker hinzugezogen werden, was dem Plug-and-Play-Charakter von Mini-Solaranlagen natürlich einen gehörigen Abbruch tut.

Als dritte Möglichkeit kann, ebenfalls durch einen Elektroinstallateur, die Photovoltaikanlage direkt per Festanschluss am Hausnetz installiert werden. 

Mini-Photovoltaikanlage beim örtlichen Stromversorger registrieren lassen

Als Betreiber einer Photovoltaikanlage solltest du diese bei deinem Netzbetreiber anmelden und im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur registrieren lassen. Um dir das besonders einfach zu machen, haben wir im letzten Teil dieses Artikels noch eine Empfehlung für dich, welcher Anbieter die Anmeldung und Registrierung kostenlos für dich übernimmt.

Generell solltest du nur dafür sorgen, dass für den Betrieb einer Photovoltaikanlage in deinem Haus bereits ein Zweirichtungs- oder ein Zähler mit Rücklaufsperre installiert ist, um eine Verfälschung deiner Stromrechnung durch einen rückwärts drehenden Zähler zu vermeiden. Die Netzbetreiber nehmen den Zählertausch häufig kostenlos vor, da bis 2032 ohnehin eine Modernisierung stattfinden soll.

Manche Netzbetreiber fordern im Zuge der Anmeldung gelegentlich den normgerechten Anschluss über einen Wieland-Stecker. Die rechtliche Grundlage um dies durchzusetzen, fehlt jedoch, sodass du derartigen Hinweisen beruhigt mit Hinweis auf die Gesetzeslage entgegentreten kannst. Die Verantwortung der Netzbetreiber endet an deinem Zählerkasten.

Photovoltaik-Funktion: Die richtige Ausrichtung einer PV-Anlage

Beim Anschluss einer Stecker-PV-Anlage an eine nahe gelegene Steckdose gilt es einige Gegebenheiten rund um das Sonnenlicht einzuhalten, um die Photovoltaik-Funktion bestmöglich auszunutzen und den Solarmodulen die Möglichkeit zu bieten, die maximale Energieerzeugung für deinen Haushalt zu erzielen. Das höchste Sonnenlichtpensum wird jeder Solarzelle dabei in der Mittagssonne geboten. Du erzielst somit die höchsten Erträge, wenn deine Photovoltaikanlage nach Süden ausgerichtet ist und in den Mittagsstunden die hoch stehende Sonne nutzt. Aber auch eine Ausrichtung nach Osten oder Westen kann sich lohnen, wenn du schon im Vorhinein weißt, dass du morgens bzw. abends den meisten Strom benötigst, um die erzeugte Menge Sonnenstrom am effizientesten nutzen zu können.

Was den Neigungswinkel der Solarmodule betrifft, ist die Orientierung an einem Richtwert von 30° ideal, aber keinesfalls notwendig.

Die eigene Mini-Photovoltaikanlage erweitern

Je mehr Solarmodule, desto mehr Solarstrom. Was erst einmal eindeutig klingt, muss dennoch nicht immer der richtige Weg für dich sein. Denn ob du wirklich mehr Strom benötigst oder ob dieser dann nur unvergütet in das öffentliche Netz fließt, sollte vorher abgeklärt werden. Wer seine PV Anlage genau kennen will und zu jeder Zeit über den erzeugten Strom informiert sein möchte, kann den kleinen Solargenerator deshalb mit einem Messgerät ausstatten.  So kannst du beispielsweise hinsichtlich der idealen Ausrichtung der Solarmodule eingreifen, wenn du dir an einer bestimmten Stelle zu einer speziellen Tageszeit mehr erwartet hast und kannst die Rentabilität deiner Anlage somit möglicherweise noch weiter steigern.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, einen Stromspeicher zur “Aufbewahrung” der Sonnenenergie zu nutzen. So können die Solarmodule beispielsweise nach Süden ausgerichtet werden und die ungenutzte Solarenergie, die erzeugt wird, wenn du nicht zu Hause bist, kann einfach später verwendet werden. Dies verhindert zum einen die unterbezahlte Einspeisung des Solarstroms in das öffentliche Netz und macht dich zudem autarker und effizienter in der eigenen Stromversorgung. Der Investitionsfaktor muss jedoch in die Überlegungen einbezogen werden, denn die teuren Speichersysteme sind bei kleineren Solaranlagen bei Weitem nicht immer auch finanziell rentabel.

Stecker-Solaranlagen von Priwatt

Um dir nun deine Entscheidung über die richtige Mini-PV-Anlage etwas zu vereinfachen, haben wir hier noch eine Empfehlung für dich: Das Leipziger Start-up-Unternehmen Priwatt führt ein breites Angebot an Photovoltaik-Komplettsets, die vom Balkon (priBalcony und priLight) bis hin zu Anlagen für das Dach deines Gartenhauses reichen (priShed und priShed Duo). Alle Sets sind dabei sowohl mit einem als auch mit zwei Solarmodulen erhältlich und kommen direkt mit einem Mikro-Wechselrichter, den entsprechenden Kabeln und dem jeweiligen Befestigungssystem zu dir nach Hause.Egal, ob du die Stecker-Solaranlage im Garten aufstellen oder an der Hausfassade fest verschrauben willst, Priwatt liefert für jeden gewählten Verwendungszweck ein passendes Halterungsset inklusive Schritt-für-Schritt-Anleitung mit, sodass du die Montage ganz einfach selbst vornehmen kannst. Der Anbieter führt neben praktischen Online-Tools wie einem Ertragsrechner auch den zuvor erwähnten kostenlosen Anmeldeservice, der Kunden die Anmeldung ihrer Mini-Solaranlage beim Netzbetreiber und der Bundesnetzagentur abnimmt und den Einstieg in die private Energiewende so ganz einfach gestaltet.