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Leicht gemacht, Geld und Ärger gespart!

Ulrich E. Stempel

FRANZISDO IT YOURSELF

IM HAUS BAND 16

Sie wollen Geld sparen und die notwendigen Instal-

lationsarbeiten selbst vornehmen? Dann haben Sie

mit diesem Buch die richtige Entscheidung getroffen.

Hier finden Sie alle wichtigen Tipps und Tricks zur

Planung einer photovoltaischen Solardachanlage.

Sie werden hersteller- und verkäuferneutral bera-

ten. Auch wenn Sie alles lieber einem Fachmann

überlassen wollen, wird Ihnen das Buch viele Vor-

entscheidungen abnehmen.

Gerade in bestehenden Häusern und speziell im

Altbau ist es für viele schwierig, eine Solaranlage

zu installieren. Bei einer Photovoltaik-Anlage wird

Sonnenenergie in Strom umgewandelt und in das

öffentliche Stromnetz eingespeist. Damit kann

zusätzlich Geld verdient werden.

Das Buch beschreibt Schritt für Schritt die Vorgehens-

weise bei der Planung und Installation einer photo-

voltaischen Solardachanlage. Was gibt es zu beachten,

mit welchen Tricks lässt sich Geld sparen, und wie

gelingt es, gute und sinnvolle Lösungen zu finden?

Anhand vieler Abbildungen und Zeichnungen zeigt

Ihnen der Autor praxisnah, wie Sie selbst die

Probleme in den Griff bekommen können.

Nach dem Studium dieses Buchs können Sie sehr gut

zwischen Werbeprospekt und Wahrheit unterscheiden

und tappen nicht in jede Falle.

Besuchen Sie uns im Internet: www.franzis.de

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16

ISBN 978-3-7723-4288-2

EUR 14,95 [D]

Aus dem Inhalt• Geld verdienen mit der PV-Anlage

• 12 Schritte zum Selbermachen

• Planung, Technik, Montage

• Wirtschaftlichkeit und Finanzierung

Zum AutorUlrich E. Stempel ist ein erfahrener Autor von Do-it-Yourself-Büchern. Auch beruflich befasst er sich mitPlanung und Aufbau von Solardachanlagen.

Photovoltaik-Solaranlagenfür Alt- und Neubauten selbst planen und installieren

Photovoltaik-Solaranlagen

� Planung, Auswahl und Montage

� Sicher und fachmännisch installieren

� Geld verdienen mit dem eigenen Dach


IM HAUS BAND 16

Ulrich E. Stempel


4288-4 U1+U4 29.06.2007 16:56 Uhr Seite 1

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1 Planung der Solaranlage und Grundsätzliches 9

1.1 Sonnenenergie, eine kostenlose Energiequelle 10

1.2 Sinn und Nutzen von Solaranlagen 11

1.3 Solarenergie im Altbau 12

1.4 Voraussetzungen für die Solaranlage 13

1.5 Bedarfsermittlung 14

1.6 Bauliche Voraussetzungen 28

1.7 Wirtschaftlichkeit: mit der Solaranlage Geld verdienen 33

1.8 KfW-Programm 35

1.9 Steuerliche Belange 36

1.10 Versicherungen 37

1.11 Finanzierung 38

1.12 Einspeisevergütung (EEG) 39

2 Solaranlage konkret 41

2.1 Netzparallelsystem 43

2.2 Netzunabhängiges Inselsystem 58

Inhaltsverzeichnis

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3 Montage der Solaranlage 71

3.1 Grundsätzliche Montageprinzipien 72

3.2 Einachsige Nachführungen 73

3.3 Zweiachsige Nachführungen 77

3.4 Indachmontage oder Aufdachmontage, Vor- und Nachteile 78

4 Das können Sie leicht selbst erledigen 87

4.1 Übersicht über die Arbeiten in 12 Schritten 89

5 Die Solaranlage steht still 105

5.1 Störungen, Ursachen, Behebung 107

5.2 Wartung der Solaranlage, Gewährleistung 110

6 Anhang 111

6.1 Förderung 112

6.2 Einstrahlungsscheibe 114

6.3 Sonnendiagramme 117

6.4 Projektierungsbeispiel 120

6.5 Quellenverzeichnis 125

6.6 Nützliche Adressen 126

Register 127

Inhaltsverzeichnis

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1 Planung der Solaranlage undGrundsätzliches

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Die Sonne liefert in Deutschland im Jahresdurch-schnitt auf einen Quadratmeter ungefähr 1000

kWh Energie – das entspricht dem Energieinhalt vonrund 100 Litern Heizöl oder 100 Kubikmetern Erdgas.Wie viel Energie daraus genutzt werden kann, hängtbei Solaranlagen auch von der verwendeten Technik ab.Außerdem beeinflussen die Anlagendimensionierungund die Ausrichtung der Solaranlage zur Sonne denErtrag. Damit die Solarenergie wirtschaftlich genutztwerden kann, sollten außerdem die Anlagenkompo-nenten sinnvoll dimensioniert und gut aufeinanderabgestimmt werden.

Steigende Energiepreise machen Solaranlagen jetztund in Zukunft immer sinnvoller. Die Sonne stellt keineRechnung! Je eher Sie Ihre Solaranlage realisieren, des-to mehr Energie können Sie von der Sonne ernten unddamit Geld verdienen. Die Zeit drängt auch deshalb, dadie durch das EEG garantierte Einspeisevergütung jähr-lich um 5 % geringer wird. Der Einspeisesatz wird beider Fertigstellung der PV-Anlage festgeschrieben undgilt dann für 20 Jahre (mehr dazu weiter unten).

1.1 Sonnenenergie, eine kostenlose Energiequelle

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1.2

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Neben der Nutzung der Einsparpotenziale beimEnergieverbrauch kann die Sonne als Energiequel-

le eine der wichtigsten Zukunftsperspektiven fürunsere Energieversorgung werden. Die Vorräte an fos-silen Quellen werden früher oder später aufgebrauchtsein. Die Langzeitgefahren der Atomkraft sind immensund die Kernfusionstechnologie ist bisher praktischnicht realisierbar.

Die Sonne sendet uns genug Energie auf die Erdeund zwar direkt an unsere Haustüre (bzw. auf dasHausdach). Mit einer Solaranlage können Sie einen Teildieser Energie nutzen.

Wenn ich hier den Begriff „Solaranlage“ verwende,so meine ich die beiden Systeme Photovoltaik undThermik.

Elektrischer Strom ist ein wichtiger Bestandteil unse-res Alltags geworden und nicht mehr wegzudenken. Diemeisten Geräte wären ohne den Strom aus der Steckdo-se nicht betriebsfähig und wie wir schon erlebt haben,ist unser Lebensalltag bei Stromausfällen völlig gestört.

Aufgrund des EEG (Energieeinspeisegesetz) und der

damit garantierten Stromvergütung entscheiden sichimmer mehr Menschen, sich an PV-Anlagen (Photovol-taikanlagen) in Form von Bürgersolaranlagen zu betei-ligen oder auf ihrem eigenen Hausdach eine PV-Anlagezu installieren.

Die Laufzeiten bis zur Amortisation sind so ausge-legt, dass sich die PV-Anlage unter normalen Umstän-den in etwa 10 bis 15 Jahren durch den ins Netz einge-speisten Strom selbst finanziert hat.

Und dies geräuschlos, emissionsfrei und ohne be-lastende Rückstände.

Durch Eigenleistungen, z. B. bei der Montage,können Sie die Amortisationszeit und damit die Wirt-schaftlichkeit der Anlage noch weiter verbessern.

Gut geplante und funktionstüchtige PV-Anlagenleisten einen bedeutenden Beitrag zur Reduktion vonSchadstoffemissionen, insbesondere von Kohlendioxid(CO2), das bei der Verbrennung fossiler Energieträgerentsteht. Das CO2 verstärkt den „Treibhauseffekt“ undverändert damit das Weltklima. Verwendung von Solar-energie kann somit entscheidend helfen, die Emissionendieses „Klimagases“ zu senken und damit auch unsereUmwelt zu erhalten und wieder zu verbessern.

Je nach Zellentyp hat die PV-Anlage die Nebenwir-kungen, die bei der Herstellung entstanden sind, inner-halb von einem bis max. fünf Jahren wieder wettge-macht. Im Betrieb fallen keine weiteren Schadstoffe an.Sollte die Anlage irgendwann ausgedient haben, so kannz. B. das wertvolle Silizium wiederverwendet werden.

1.2 Sinn und Nutzen von Solaranlagen

Photovoltaik

Sonnenenergie wird mit Hilfe von Solarmodulen inelektrischen Strom umgewandelt, welcher entwederin das öffentliche Netz eingespeist wird (Netzparallel-betrieb) oder, bei einer Inselanlage, direkt im Haushaltverbraucht wird.

Photothermie oder Thermie

Die Solarstrahlung (Wärmestrahlung) wird mit Hilfevon Kollektoren als absorbierte Strahlung gesammeltund dem Haushalt, z. B. als Warmwasser, zur Ver-fügung gestellt.

Die thermischen Solaranlagen können sowohl zurBrauchwasserwärmung als auch zur Raumheizung undzur Kühlung (Klimaanlagen) herangezogen werden.

Hinweis

Eine PV- Anlage mit einer Leistung von 1 kWpeak undeiner Solarmodul-Fläche von ca. 10 m² bringt imDurchschnitt pro Jahr ca. 10.000 kWh elektrischerEnergie und spart damit über eine halbe Tonne CO2

(Schadstoffe) ein.

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Viele glauben, dass sich Solaran-lagen nur in Neubauten beson-

ders gut integrieren lassen, weil sievon Anfang an zusammen mit demGebäude geplant werden können.Das sehe ich anders!

Dieses Buch zeigt Ihnen deshalbWege auf, wie eine Solaranlage gutbei bestehenden Gebäuden instal-liert werden kann.

Ein wichtiger Grund für mich,das Thema „Sanierung von Altbau-ten und bestehenden Häusern“ inden Vordergrund zu stellen, ist, dassdie Dachflächen bestehenderGebäude ein enormes Potenzial anFlächen für Solaranlagen darstellen.Die Nutzung von regenerativenEnergien wie Solarenergie ist einesinnvolle Investition und zeitge-mäße Ergänzung neben baulichenEnergiesparmaßnahmen wie Wär-medämmung, Einbau von Fensternmit gutem K-Wert und einer effekti-ven Heizungsanlage.

Mit dem Begriff „Altbau“ sindhier alle bestehenden Häuser ge-meint. Der Architekt spricht bei Alt-baumaßnahmen von „Sanieren imBestand“.

Steht die Sanierung eines Ge-bäudes an, sind Überlegungen zurRealisierung von Solaranlagen un-

bedingt mit einzubeziehen. Dabeiergeben sich Kosteneinsparungendurch Nutzung und Kombinatio-nen der bereits vorhandenen Sanie-rungsstrukturen. Einsparungen er-geben sich z. B. dann, wenn dasDach komplett neu gedeckt wer-den muss und die Solaranlage soinstalliert wird, dass dadurch weni-ger Dachziegel benötigt werden.Oder das für andere Arbeiten (wie

z. B. für die Fassadensanierung)aufgestellte Gerüst kann für dieInstallation der Solaranlage mitge-nutzt werden.

1.3 Solarenergie im Altbau

Info

Natürlich lassen sich die Informa-tionen, die Sie im Buch finden, ge-nauso gut auch für Neubautensinnvoll nutzen.

Abb. 1 – Photovoltaik im Altbau.

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1.4

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Nachdem Sie nun einen Teil dieses Buches gelesenhaben, werden Sie sicher schon ein paar Mal prü-

fend auf Ihr Dach geschaut haben, wo denn da eineSolaranlage montiert werden könnte.

Zunächst einmal sind die Grundvoraussetzungenfür den Standort und die Montage des Solargeneratorszu prüfen.

Ist Ihr Dach denn überhaupt für eine Solaranlagegeeignet?

Brauchen Sie für Ihre Solaranlage vielleicht sogareine Genehmigung?

Und dann gibt es auch noch einige technische Rah-menbedingungen, die die Leistungsfähigkeit IhrerSolaranlage beeinflussen können.

Vorüberlegungen, Anlagenplanung

Es ist sinnvoll, Ihr Projekt „PV-Anlage“ gut vorzuberei-ten und im Voraus einige Fragen zu klären, wie zumBeispiel:

� Wahl der Dachfläche: Wo soll die PV-Anlage montiertwerden (siehe auch Kapitel „Voraussetzungen“)?

� Gibt es optische Zusatzüberlegungen?� Für welche Anlagenleistung reicht der Platz? Ermitt-

lung der Anlagengröße und Investitionshöhe.� Welche Eigenleistungen sind möglich?� Vergleichende Angebote für Material und/oder

komplette Anlagenmontage einholen.� Dem zuständigen Energieversorgungsunterneh-

men mitteilen, dass Sie vorhaben, Strom aus einerPV-Anlage einzuspeisen.

Und es stellt sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeitund den Finanzierungsmöglichkeiten.

Finanzierung� Wirtschaftlichkeitsberechnung, Investition und Er-

trag.� Sinnvolles und tragbares Verhältnis von Eigenkapi-

tal und Fremdkapital. � Prüfen der Konditionen eines eventuell erforder-

lichen Kredites, Anfragen bei der Umweltbank oderder Hausbank.

� Kreditantrag stellen.

1.4 Voraussetzungen für die Solaranlage

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Zuerst einmal sollten Sie dasPlatzangebot auf dem Dach und

damit die mögliche Leistung der PV-Anlage ermitteln. In Abb. 2 findenSie eine Tabelle mit überschlägigenWerten („über den Daumen ge-rechnet“) zum Flächenbedarf derModule und der daraus resultieren-den Leistungsabgabe.

Die Leistung ergibt sich aus demZellenwirkungsgrad der Moduleund aus der Anzahl der Modulebzw. der Strings (mehrere Solarmo-dule in Reihenschaltung, zusam-mengefasst).

In der Tabelle in Abb. 2 findenSie die überschlägigen Werte bezo-gen auf 1 kWpeak Anlagenleistung.

Die Größe der Photovoltaikanla-ge wird sich meistens nach der vor-handenen und für die Solaranlagenutzbaren Dachfläche und nachIhren Finanzierungsabsichten und -möglichkeiten richten, da derStrom beim Netzparallelbetrieb ver-kauft wird. Bei Inselanlagen hinge-gen richtet sich die Größe der Solar-

anlage nach dem eigenen, erfor-derlichen Energiebedarf.

Berechnungen und

Simulationsprogramme

Die auf dem Markt angebotenenBerechnungsprogramme (z. B. derWechselrichterfirmen) sind gutnutzbar. Die Programme könnenSie meist frei downloaden und aufIhrem Computer installieren. Jenach Anlagengröße (in kWpeak)sind die Komponenten wie Moduleund Wechselrichter z. B. aus derangehängten Bibliothek herunter-zuladen und die Bedingungen, wie

zum Beispiel die Dachausrichtung,die Leitungsentfernungen vonSolargenerator, Wechselrichter undEinspeisezähler, einzugeben. DasProgramm gibt Ihnen eine Projek-tierung an die Hand und weist Sieauf mögliche Probleme der Anla-genkonfiguration hin. Sie findenein Projektierungsbeispiel, erstelltmit einer Simulationssoftware undInternetadressen im Anhang.

Platz für Wechselrichter

Der bzw. die Wechselrichter soll-ten, wenn möglich, in der Nähe desSicherungskasten bzw. des Zähler-schranks montiert werden. DerStandort sollte nicht zu warm sein,also z. B. nicht direkter Sonnen-

1.5 Bedarfsermittlung

Mein Hinweis

peak bedeutet die Spitzenleistungdes Solarmoduls unter vorge-schriebenen Bedingungen wie1000 W/m² Einstrahlung und25 °C Zellen-Temperatur. In derPraxis werden diese Werte inDeutschland nur selten erreicht.

Leistung in Zellenart Flachdach, Schrägdach, 40°

kWpeak Dachfläche in m² Dachfläche in m²

1 Mono-/Polykristalline Zellen 30 10

1 Amorphe Zellen 60 20

Abb. 2 – Dachflächen und Leistung, grobe Anhaltswerte für 1 kWpeak (über den Daumen). Beispiel: Sie haben einSchrägdach mit 60 m². Nach Abzug für die Randbereiche usw. verbleiben ca. 50 m². Mit Modulen (ausgestattet mitmonokristallinen Zellen) können Sie eine PV-Anlage mit 5 kWpeak vorsehen.

Mein Tipp

Je größer die Solaranlage, destogünstiger sind meist der Investi-tionsaufwand und die Dividende(siehe Wirtschaftlichkeit) prokWpeak.

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strahlung ausgesetzt sein oderdirekt unter einem Dach montiertwerden, das sich im Sommer starkaufheizen kann. Eine erhöhte Um-gebungstemperatur sowie dieMontage der Wechselrichter inschlecht belüfteten, warmen Räu-men können den Ertrag der PV-An-lage mindern.

Mögliche, sinnvolle Montage-standorte sind: Im Keller, im Trep-penhaus, in der Waschküche, an ei-ner schattigen Außenwand, z. B.Ostseite (regengeschützt) oder aneinem kühlen Platz auf oder in derNähe des Daches, wo die Solarmo-dule installiert sind.


Abb. 3 – Simulationsprogramm zurAnlagenplanung, kostenlos herunter-geladen und installiert. Quelle (6)

Abb. 4 – Wechselrichter an einerAußenwand montiert. Zur Sicherunggegen Unbefugte wurden sie in einemGittergehäuse untergebracht. Ein Teilder Verwahrung ist für das Foto abge-nommen, damit Sie die Wechselrichtersehen können.

Mein Tipp

Soll sich der Wechselrichter imAußenbereich befinden, so ist dieSchutzart IP 65 nach DIN EN60529 vorzusehen.

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Die Abmessungen des Wechselrich-ters sind natürlich systemabhängig.Jedoch sollte für einen Wechselrich-ter mindestens eine Wandflächevon 0,7 m x 0,7 m verfügbar sein,für mehrere Wechselrichter entspre-

chend mehr, wobei bei größerenPhotovoltaikanlagen mehrereStrings an einem großen Wechsel-richter zusammengefasst werdenkönnen (siehe auch Wechselrich-ter). Die systembedingten Mindest-

abstände der Wechselrichter unter-einander und zu anderen Einbau-ten sind zu beachten.

Der Einspeisezähler kann ineinem vorhandenen Sicherungs-kasten angebracht werden, z. B.neben dem Stromzähler. Ist dortkein ausreichender Platz, so mussein weiterer Sicherungskasten ge-setzt werden.


Hinweis

Der Leitungsanschluss eines odermehrerer Wechselrichter an denEinspeisezähler und der Anschlussdes Einspeisezählers an dasöffentliche Stromnetz dürfen nurvon einem autorisierten Fach-mann durchgeführt werden!

Abb. 5 – Zusätzlicher Sicherungskasten mit montiertem Einspeisezähler. Rechtsoben können Sie die Box für die Fernüberwachung erkennen.

Benötigt man eine

Genehmigung?

Ich kann Sie beruhigen, Solaran-lagen sind in der Regel genehmi-gungsfrei.

Natürlich gibt es Sonderfälle. ZumBeispiel, wenn ein Gebäude unterDenkmalschutz steht oder wennForm und Neigung der Solaran-lage extrem von der Dachform desGebäudes abweichen.

Im Zweifel informieren Sie sichund/oder sprechen Sie vorab mitdem für Sie zuständigen Bauamt.

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Gibt es partout keine Möglichkeit,die Solaranlage auf dem Dach desWohnhauses anzubringen, bleibenevtl. noch vorhandene Neben-dächer oder die Fassade.

Die Module können z. B. als Teilder Außenhülle der Fassade ver-wendet werden und schützen sogleichzeitig das dahinter liegendeMauerwerk. Natürlich ist der Ener-gieertrag geringer als bei eineroptimalen Ausrichtung der Modu-le, aber so eine Solarfassade hatnicht jeder und die Einspeisever-gütung für Fassaden ist höher.

Dachausrichtung, Dachneigung

und mögliche Schattenwürfe

Lage (Standort) und

Ausrichtung des Daches

Die durchschnittliche „solare Ener-giedichte“ ist abhängig vom geo-grafischen Breitengrad IhresAnwesens. Sie können die Global-strahlung (einfallende Sonnenstrah-lung auf einer waagrechten Fläche)aus der Karte in Abb. 7 ersehen. Derdeutsche Wetterdienst zeichnetschon über viele Jahre die Wetter-daten auf und stellt sie in aufberei-

teter Form gegen eine geringe Ge-bühr (z. B. im Internet zum Herun-terladen) zur Verfügung. Somit istes auch für Sie möglich, für jedenzurückliegenden Monat eines Jah-res die Daten abzufragen und fürIhre örtliche Lage zu überprüfen.Möglicherweise gibt es auch inIhrer Nachbarschaft Betreiber vonSolaranlagen, die Ihnen sicher ger-ne Auskünfte zu ihren Erfahrungenund den Erträgen in „dieser Ge-gend“ geben werden.

Die Werte der ortsabhängigensolaren Einstrahlung sind für denErtrag und für die Wirtschaftlich-keit ein wichtiger Gesichtspunkt.Außerdem ist zu prüfen, ob dieDachausrichtung günstig ist undder bauliche Zustand des Dachesgenügt

Optimal wäre eine hundertpro-zentige Ausrichtung des Dachesnach Süden. Kleinere Abweichun-gen nach Osten oder Westen sindaber unwesentlich.

Ist das Dach um 45° nach Ostenoder Westen gewandt, so könnenSie immer noch mit ca. 95 % desEnergieertrages rechnen.

Von der Montage einer Anlageauf Satteldächern mit West-Ost-Ausrichtung (90° Abweichung zurSüdrichtung) ist dagegen eher ab-zuraten. Bei dieser Situation kannnur noch mit 70 bis 85 % des Ertra-ges gerechnet werden.


Abb. 6 – Solarfassade, Module an einer Fassade. Quelle (7)

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Abb. 7 – Globalstrahlung, mittlere Jahreswerte im Zeitraum 1981 bis 2000. Sonnenstrah-lung/Sonnenenergie pro Jahr und m² auf eine waagrechte Fläche. Je nach Lage in Deutsch-land von ca. 930 kWh/m² bis zu 1200 kWh/m². Quelle (1)

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Den für Ihre Situation überschlägi-gen prozentualen Energieertragkönnen Sie mit einer Einstrahlungs-scheibe bequem selbst ermitteln.Die dazu erforderlichen Vorlagenfinden Sie als Bastelbogen im An-hang des Buches.

Neigung des Daches, Flachdach

Bei einem Neubau besteht meistnoch die Möglichkeit, das Dachpassend für die Solaranlage zu op-timieren. Bei einem vorhandenenGebäude geht das nur, wenn grö-ßere Umbaumaßnahmen vorgese-

hen sind. Ansonsten muss man sichmit dem begnügen, was da ist.

Die Dachneigung beeinflusst inverschiedener Hinsicht den Energie-ertrag. Auch hier können Sie die Ein-strahlungsscheibe zu Hilfe nehmen.Bei einer optimalen Ausrichtungnach Süden liegt der optimale Win-kel laut Scheibe bei 30°. Bei einergradgenauen Ausrichtung des Da-ches nach Osten oder Westen ist derEnergieertrag laut Scheibe 90 %, beieiner Dachneigung von 0° bis 30°und bei einer Dachneigung von 30°bis 45° tendenziell nur noch 85 %.


Abb. 8 – Mit der Einstrahlungsscheibe können Sie bequem den EnergieertragIhres Daches ermitteln.

Abb. 9 – Unterschiedliche Nutzungentsprechend dem Dachwinkel undder Jahreszeit: a) Süddächer mit einerNeigung von 55° bis 65° bieten einebestmögliche Nutzung während desWinters. b) Dächer mit einemNeigungswinkel von 30° bis 60° nachSüden bieten optimale Erträge wäh-rend der Übergangszeiten. c) Süddächer mit einem Winkel von0° bis 30° sind für die Nutzung derSommersonne gut geeignet und brin-gen bei Diffusstrahlung die größtenErträge.

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Die auf der Scheibe angegebenen Werte sind daraufgegründet, dass der Energieertrag optimal über dasJahr erfolgt. Dies ist bei einer Photovoltaikanlage, die indas öffentliche Netz einspeist, entscheidend. Bei einerInselanlage wird im Winter mehr Energie gebraucht,daher sind die Module, sofern möglich, besser steileraufzustellen (siehe auch Abb. 9 b). Bei einer thermi-schen Solaranlage gibt es auch andere Schwerpunkte.Die Wärme-Energie wird hauptsächlich in den Über-gangszeiten und im Winter benötigt. Auch hier ist einsteilerer Montagewinkel besser.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der für eine ausrei-chende Neigung (Schrägstellung) spricht, ist die Selbst-reinigung durch den Regen und das Abgleiten desSchnees. Unter 15° bis 20° Neigung kommt es zu ver-stärkten Schmutzablagerungen und der Schnee bleibtlänger auf den Modulen liegen.

Hat Ihr Haus ein Flachdach, so gibt es einige guteMöglichkeiten, gerade für Sie als Selbstbauer, die Solar-


Abb. 10 – Stand der Sonne zur Solaranlage a) optimal, es erreichen mehr Strahlen, in der Zeichnung dargestellt durch dieAnzahl der Pfeile, die Modulfläche; b) Sonne mit Winkel von 60° zur Solaranlage und weniger Strahlen pro Fläche; c) Sonne mit Winkel von 45° zur Solaranlage. Dies erleben wir sowohl mit der Tageszeit als auch mit der Jahreszeit. a) entspricht der Mittagszeit und mehr dem Sommer, b) mehr morgens und abends und dem Winter.

Abb. 11 – Verschmutzung einer Solaranlage (Photovoltaik-modul) durch ungenügende Neigung (12°).

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anlage dort aufzubauen. Je nach Flachdachdichtung –in der Regel handelt es sich um eine bituminöse Ab-dichtung mit Kiesabdeckung – gibt es gute Lösungen.Wichtig ist auch hier, den Zustand der Dachdichtungund die Belastbarkeit des Daches vorab zu prüfen. Sinddiese in Ordnung, so ist die einfachste Möglichkeit eineentsprechend konfektionierte Wanne (siehe Abb. 12),die mit dem auf dem Dach vorhandenen Kies gefülltwird und damit als Beschwerung dient. Darauf wirddann das Untergestell der Solaranlage montiert. Kei-nesfalls darf an irgendeiner Stelle die Dachdichtungverletzt werden (z. B. durch Bohren). Auch sollten dieLeitungen nicht durch das Dach geführt werden (außerwenn es dafür bereits eine Dachdurchdringung wiez. B. einen stillgelegten Kamin oder ein Lüftungsrohrgibt). Eine weitere Möglichkeit für die Unterkonstruk-tion ist die Verwendung von alten Betonplatten, auf diedann das Untergestell aufgedübelt werden kann. Zwi-schen Dachdichtung und Wanne bzw. Betonplatten

sollten Sie ein dickes Glasfaservlies mit ca. 300 g/m²oder eine Gummischutzmatte legen, diese schützt voreiner mechanischen Verletzung der Dachhaut!

Beschattungen

Die Beobachtung der Schattenwürfe ist durch den lau-fenden Positionswechsel der Sonne (von der Erde ausgesehen) im Tages- und Jahreslauf recht schwierig. Diescheinbare Bewegung der Sonne entsteht durch die


Abb. 12 – Wanne für Flachdachmontage (Kieswanne).Quelle (5)

Abb. 13 – Flachdächer können auch Vorteile haben: Werseine Solaranlage auf dem Flachdach installiert, kann meistdie optimale Neigung und Ausrichtung frei wählen.

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Kombination der Erddrehung mit der Bewegung der Er-de um die Sonne. Die dadurch entstehende Sonnenbahnam Himmel lässt sich mit Kurvendiagrammen, bezogenauf den geografischen Breitengrad und die Jahreszeit,darstellen. Die variierende „Höhe“ der Sonne zur Mit-tagszeit führt dazu, dass ein Schatten werfendes Hinder-nis im Winter und im Sommer unterschiedliche Auswir-kungen auf die PV-Anlage hat.

Die Diagrammkurven in Abb. 14 und Abb. 15 zei-gen auch die unterschiedliche Tageslänge (Sonnen-scheindauer), zu sehen im Azimutwinkel, im Sommerund im Winter.

Am besten ist es, wenn das Dach vollkommen frei vonSchattenwurf ist. Leider sind solche Dächer selten.Doch ein Trost, Abschattungen haben vormittags bisca. 9.00 Uhr und nachmittags ab ca. 17.00 Uhr nureinen sehr geringen Einfluss auf den Energieeintrag, dadie Sonne in dieser Zeit sehr tief steht. In der „Kern-zeit“ hingegen sollte Schattenwurf vermieden werden.Kleinere und harte Schatten sind bei Photovoltaikan-lagen problematisch. Da kann dann selbst ein Mast,eine Satelliten-Antenne, ein Kamin oder Ähnliches denErtrag um bis zu 50 % schmälern.


Abb. 14 – Kurvendiagramm Sommer, zum 21. Juni, 11.00 Uhr. Die rote Linie zeigt den Horizont mit Bebauung undBäumen. Quelle (2)

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Bei PV-Anlagen gibt es hinsichtlich der Grundstruk-tur drei verschiedenartige Systeme:

� Netzparallelsystem, Einspeisesystem,� Netzunabhängiges System, Inselsystem,� direkte Nutzung des Solarstromes.

Die verschiedenen Systeme funktionieren wie folgt:Beim Netzparallelsystem wird die Sonnenenergie

mit Hilfe der Solarmodule in elektrischen Strom umge-wandelt, welcher von dem Betreiber der PV-Anlage anden Netzbetreiber (Energieversorgungsunternehmen)verkauft und in das öffentliche Netz eingespeist wird.

Beim netzunabhängigen System ist keine Verbin-dung zum öffentlichen Stromnetz erforderlich, dieSonnenenergie, die mit Hilfe von Solarmodulen in elek-trischen Strom umgewandelt wurde, wird direkt imHaushalt verbraucht. Damit sind Inselanlagen in Berei-chen möglich, wo kein Stromnetz existiert, z. B. außer-halb von Siedlungen. Es sind aber auch Stromversor-gungen parallel zum und unabhängig vom öffentlichenNetz möglich.

Die Grundsysteme bestehen aus einer Reihe vonElementen. Die einzelnen Komponenten werden imFolgenden beschrieben:

2 Solaranlage konkret

Abb. 33 – Prinzipdarstellung einer einfachen PV-Anlage(Direktnutzung). Der mit Hilfe des Solarmoduls durch dieSonne gewonnene Strom versorgt direkt einen elektrischenVerbraucher (Gleichstrom), wie zum Beispiel einenVentilator oder eine Pumpe.

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Netzgekoppelte Solaranlagen sind mit dem öffent-lichen Stromnetz verbunden, in das sie den durch

die Sonne gewonnenen Strom einspeisen. Ist vielsolare Energie vorhanden, wird auch viel Strom einge-speist. Netzeinspeisesysteme sind dezentrale Kraftwer-ke, die Ihren Anteil zur Gesamtstrombereitstellungbeitragen. Je mehr es davon gibt, desto weniger kon-ventionelle Kraftwerke werden gebraucht. Der Aufbauvieler kleinerer netzgekoppelter Solaranlagen aufGebäuden ist eine Möglichkeit, die Stromproduktion –mit wachsenden Anteilen – aus regenerativen Energienzu bewerkstelligen.

Vorteil für Sie: Dieses System braucht keinen Speicherin Form eines Akkus, damit ist es sehr wartungsarmund dauerhaft. Das öffentliche Netz ist ein großer Pool,in den Strom hineingegeben und aus dem Strom ent-nommen wird. Ihre PV-Anlage ist möglicherweise mitder halben Welt vernetzt.

Nachteil: Wenn es eine Störung im öffentlichenStromnetz gibt (Stromausfall), stehen Sie trotz Ihrer PV-Anlage auf dem Dach ohne Stromversorgung da.

Mit einer Photovoltaikanlage von 10 kWpeak und ei-ner Solar-Generatorfläche von etwa 90 bis 100 m²können Sie im Jahr ca. 9000 bis 10000 kWh Strom anden Netzbetreiber verkaufen.

2.1 Netzparallelsystem

Abb. 34 – Prinzipdarstellung des Netzparallelsystems mit zu einem Strang zusammengefassten Solarmodulen (oder meh-reren Strängen), dem DC-Freischalter, dem Wechselrichter, Sicherungen und dem Einspeisezähler.

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Das technische Prinzip:Mit (möglichst direkter) Ausrichtung zur Sonne wan-deln Solarmodule die Sonnenenergie in Gleichstromum. Um eine größere Leistung zu erzielen, werdenmehrere Module (in der Regel in Reihenschaltung) zuStrings zusammengefasst. Einer oder mehrere Strängewerden an einen oder mehrere Wechselrichter ange-schlossen, die den Gleichstrom in netzkonformenWechselstrom umwandeln. Zwischen Wechselrichterund öffentlichem Stromnetz befindet sich noch ein Ein-speisezähler. Mit dem Einspeisezähler wird die einge-speiste Energiemenge gemessen, dieser Wert wird zurAbrechnung und Vergütung Ihres Stromes verwendet.

ModuleEs gibt unterschiedliche Technologien, die das Sonnen-licht in Strom umwandeln.

Die für Solaranlagen am häufigsten zur Verwen-dung kommenden Modul-Systeme werden nachfol-gend dargestellt:

Module mit Siliziumzellen

Die Module bestehen aus mehreren Solarzellen (Aus-nahme amorphe Module), diese lassen sich in folgendeHauptgruppen unterteilen:

� Module mit amorpher Beschichtung.� Module mit monokristallinen Zellen. � Module mit polykristallinen oder multikristallinen

Zellen. � Module mit Drippelzellen für besondere Anwen-

dungen (Forschung), über 30 % Wirkungsgrad.Mehrere Zellschichten übereinander, die verschiede-ne Lichtspektren nutzen.

Ein Solarmodul ist aus mehreren einzelnen Zellen auf-gebaut (mit Ausnahme von Dünnschichtmodulen). Dieeinzelnen Solarzellen werden aus blockförmigem Silizi-um (nach einer aufwendigen Reinigung und Bearbei-tung des Rohstoffes) als dünne Scheiben hergestelltund weiterverarbeitet. Durch die Herstellung immerdünnerer Zellen wird versucht, die Kosten zu senkenund den Wirkungsgrad zu verbessern.

Amorphe Solarzellen

Homogen schimmernde Solarzellenfläche, meist röt-lich oder auch beige, im Alltag z. B. zu finden inTaschenrechnern, Solaruhren und Messeinrichtungen.Einfachere Herstellung im Vergleich zu den beidenunten vorgestellten Typen. Bei der Herstellung wird dasSilizium direkt auf das Trägermaterial aufgedampft. AlsTrägermaterial kommen meist Glas, seltener durchsich-tiger Kunststoff oder spezielle Folien in Betracht.

Guter Wirkungsgrad auch bei diffusem Licht.Gesamtwirkungsgrad liegt unter dem der poly- undmonokristallinen Zellen, bei durchschnittlich 10 %.

Die Leistungsfähigkeit nimmt im Laufe der Jahreab – Haltbarkeit und Leistungsgarantie betragen meist10 bis 25 Jahre. Aufgrund des geringeren Wirkungs-grades sind größere Einzelmodule und Flächen erfor-derlich. Die Module sind in der Regel intern auf Be-triebsspannung verschaltet.

Die Energieamortisation, d. h. der Zeitraum, bis diezur Herstellung aufgewendete Energie wieder von derSonne geerntet werden kann, liegt unter einem Jahr.

Weitere Vorteile von amorphen Modulen sindneben dem günstigen Preis auch eine geringere Emp-findlichkeit gegenüber Teilverschattungen und guterErtrag bei diffusem Licht.


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45Bei Verwendung von Dünnschichtmodulen ist daraufzu achten, dass der ausgewählte Wechselrichter dafürgeeignet ist. Wechselrichter mit Trafo sind in der Regelunproblematisch. Trafolose Wechselrichter können zueiner schnelleren Alterung der Dünnschichtmoduleführen.

Poly- oder multikristalline Solarzellen

Bläuliche, glimmerartige, aus willkürlichen Kristall-strukturen (in den unterschiedlichsten Richtungen) be-

stehende Oberfläche. Häufigste Zellenart, da das Preis-Leistungs-Verhältnis am günstigsten. Herstellung auf-wendiger als bei amorphen Zellen ist. Das Siliziumroh-material wird in rechteckige Blöcke gegossen, die in0,2 bis 0,5 mm dicke Scheiben zersägt werden. DieOberfläche wird dotiert, d. h. gezielt verunreinigt, umdie negative Schicht (obere Seite) zu erhalten. Zur Ab-nahme des Stromes benötigt man Leiterbahnen. Silizi-um ist von Natur aus matt-silberfarben, doch die Ober-fläche wird in der Regel dunkelblau gefärbt, damit dasLicht besser absorbiert wird.

Wirkungsgrad ca. 11 bis 15 %. Haltbarkeit über 30Jahre, Leistungsgarantie 20-30 Jahre. Energieamortisa-tion 1 bis 4 Jahre.

Monokristalline Solarzellen

Bläuliche, homogene Oberfläche, die Kristalle liegenim Bereich von Tausendstel Millimetern und sind mitdem bloßen Auge nicht zu erkennen. Herstellung auf-wendig, z. B. Tiegelziehverfahren mit quadratischen


Abb. 35 – Amorphes Solarmodul.

Mein Hinweis

Bei Verwendung von Dünnschichtmodulen in Kombi-nation mit trafolosen Wechselrichtern ist zu prüfen,ob am Solargenerator oder Gestell (Netz-)Spannun-gen gemessen werden können.

Zudem muss der Wechselrichter an die Spannung derModule angepasst sein, ansonsten verringert sich dieLangzeitstabilität, d. h. die Leistungsabgabe derModule lässt schneller nach.

Abb. 36 – Polykristalline Solarzellen.

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und rechteckigen Stangen (früher rund). Der weitereHerstellungsprozess entspricht dem der poly- undmultikristallinen Solarzellen. Haltbarkeit und Leistungs-garantie ähnlich wie bei den polykristallinen Zellen.Sonderformen: hochkantig, eingefräste Leiterbahnen(Rechen), damit mehr aktive Zellenoberfläche beigleichzeitig guter Leitfähigkeit erreicht wird. Wirkungs-grad 13,5 bis 18 %. Energieamortisation 2 bis 6 Jahre.

Die Modulausführungen sind unterschiedlich, z. B.Glas-Glas, Glas-Folie, mit Rahmen oder rahmenlos.

Meist sind die Solarzellen in einen speziellen Kunst-stoff (Modul-Laminat) eingebettet und mit einer front-seitigen Abdeckung aus hochtransparentem Glasausgestattet. Wichtig sind: UV-Stabilität, Schutz vorFeuchtigkeit und Temperaturstabilität (thermische Aus-dehnung). Damit möglichst viele Module in Reihe ver-schaltet werden können, sollte die Spannungsfestigkeit(Systemspannung) mindestens 750 Volt oder mehr be-tragen. Außerdem muss der Modulrahmen verwin-dungssteif sein, damit die Zellen bzw. die Verbindungenbei mechanischer Belastung nicht brechen.

Demgegenüber gibt es auch flexible Module, die sichbesonders gut für den mobilen Einsatz und spezielleDachformen eignen.

Moduldaten

Je nach Verwendungszweck gibt es verschiedeneModulgrößen mit Leistungen von 5 W bis über250 Wpeak. Die Modul-Nennspannungen sind 12 Volt,24 Volt und größer. Für den Einspeisebetrieb werdenModule ab 24 Volt Nennspannung verwendet. DieLeerlaufspannung eines Moduls mit 24 Volt Nennspan-nung kann bis zu ca. 40 Volt betragen (je nach Anzahlder Solarzellen pro Modul). Der optimale Leistungs-punkt des Moduls ist ein Produkt aus Spannung undStrom und wird mit Umpp/Impp angegeben (U = Span-nung beim maximalen Leistungspunkt, I = Strom beimmaximalen Leistungspunkt). Leerlaufspannung undKurzschlussstrom für sich gemessen sind jeweils höher.

Bei größeren PV-Anlagen mit einer großen Anzahlvon Modulen ist es sinnvoll, Module mit annäherndgleicher Leistung zu einem Strang zusammenzufassen.Dieses Auswahlverfahren wird „Matchen“ genannt.Die Modulleistungsangabe finden Sie in der denModulen beigefügten Liste, in der die Module mit Seri-ennummern und den gemessenen Leistungsdaten auf-geführt sind. Bei den Matches werden aus allen gelie-


Abb. 37 – Monokristalline Solarzellen.

Mein Tipp

Beim Auswählen der Module sollten Sie unbedingtauf die Angabe der Leistungstoleranzen achten.Diese wird angegeben mit +/– und %. Als Beispiel: EinModul mit 155 W und +/–3 % Toleranz kann eineLeistungstoleranz von 150 W bis 160 W haben. Ofthat es dann leider nur 150W, was bei dieser Angabezulässig wäre.

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ferten Modulen möglichst gleicheLeistungswerte zusammengeführt.Praktisch sieht dies dann so aus,dass eine Person die Seriennum-mern mit den Leistungswertendurchsieht und eine zweite die denLeistungen gleichwertigen Moduleauf verschiedene Stapel sortiert.Zuletzt werden daraus die Strängegebildet.

Verschaltung der Module

Module können untereinander so-wohl in Reihe als auch parallel ver-schaltet werden. Bei einer Reihen-schaltung erhöht sich die Spannungbei gleich bleibendem Modulstrom.Durch komplette Verschattungeines Moduls würde der Stromflussunterbrochen. Damit die Beschat-tung in der Praxis weniger schlimmeFolgen hat, werden Schottkydiodenso ins Modul eingebaut, dass dergrößte Anteil des Stromes bei einerBeschattung am Modul vorbeige-leitet wird. Diese Dioden werdendeshalb auch als „Bypassdioden“bezeichnet. Die Reihenschaltungvon Modulen als Strang mit einerSpannung von z. B. 720 Volt findenwir bei Anlagen im Netzparallelbe-trieb. Die Anzahl der Module ineinem Strang ist durch den maxima-len Anschlusswert des Wechselrich-ters (auf der Gleichstromseite) unddie maximale Systemspannung derModule definiert.

Werden Module parallel verschal-tet, so bleibt die Spannung gleichund es erhöht sich der Strom. DieseAnwendung ist z. B. im Inselbetriebmit einer Systemspannung von 12

oder 24 Volt sinnvoll. In der Paral-lelverschaltung können später wei-tere Module zur Erhöhung des La-destromes hinzugefügt werden.


Abb. 38 – a) Reihenschaltung: Der Nennstrom bleibt gleich, die Nennspannungerhöht sich mit der Anzahl der Module. b) Parallelschaltung: Die Nennspan-nung bleibt gleich, der Nennstrom erhöht sich um die Anzahl der Module.

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Module aus anderenGrundstoffenDurch die zunehmende Vermark-tung von Photovoltaik auf der gan-zen Welt wurde das RohproduktSilizium Anfang dieses Jahrtau-sends knapp und damit teurer. Eswurden zahlreiche Materialien ge-sucht und gefunden, die eine kos-tengünstigere Solarzellenprodukti-on möglich machen sollen. Einigedavon sind hier aufgeführt. Bisherkann darüber jedoch keine Eupho-rie aufkommen. Alltagstauglichsind derzeit die CIS-Module, die(neben Ankündigungen einigerjapanischer Hersteller) seit 2007von der Firma Würth-Solar produ-ziert werden (Adresse und Link

siehe Anhang). Die wesentlichenAlternativen in der Übersicht:

� Graetzelzelle, sehr preiswertund viel versprechend. Problem:bisher geringe Beständigkeitder Leistungsabgabe.

� CIS-Technologie (Kupfer-Indi-um-(Gallium)-Diselenid), sehrviel versprechend. Zellenwir-kungsgrad von über 20 %(Labor), Modulwirkungsgrade >11%.

� CdTe-Zellen (Cadmium-Tellu-rid), bisher Produktion in USA.

Im Moment gibt es leider noch kei-nen großen Durchbruch zu richtiggünstigen Alternativen.

UnterkonstruktionDie unterschiedlichen Möglich-keiten zur Montage der Unter-konstruktion werden weiter untenim Kapitel „Montage der Solar-anlage“ entsprechend den bau-lichen Vorgaben beschrieben.

Netzeinspeisegeräte,WechselrichterBei Netzeinspeisegeräten, hier alsWechselrichter bezeichnet, gibt esunterschiedliche Systeme und Kon-zepte zur Umwandlung des solarenGleichstromes in netzkonformemWechselstrom. Grundsätzlich ist ei-ne galvanische Trennung zwischendem solaren Gleichstrom und demNetzwechselstrom erstrebenswert.Dies bedeutet, dass keine leitendeVerbindung zwischen Gleichstrom-quelle und Wechselstromkreis be-stehen sollte. Je nach Herstellergibt es Wechselrichtersysteme mitTrafo-, trafoloser oder Hochfre-quenzübertragung. Die Anforde-rungen, die der Netzbetreiber andas vom PV-Anlagenbetreiber ge-lieferte Produkt „Strom“ stellt, sindbezüglich der Sicherheit und Stabi-lität der Spannung und der Qualitätdes Stromes sehr hoch. Diese An-forderungen hat der Wechselrich-ter zu erfüllen, um die allgemeineBetriebserlaubnis zu bekommenund damit an das öffentliche Netzangeschlossen werden zu dürfen.


Abb. 39 – CIS-Technologie. Quelle (7)

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Grundsätzliche Kriterien undEigenschaften von Wechselrichternsind:

� Netzüberwachung (z. B. ENS)und Abschaltung im Fehlerfall,bei Netzfehlern bzw. bei Netz-abschaltung,

� Geringer Eigenstromverbrauch(aus dem PV-Gleichstromkreis)

� Störungsarmer Betrieb,� Geringe Emissionen bezüglich

Hochfrequenz und Geräusche.

Des Weiteren gibt es die Wechsel-richter mit unterschiedlichen Eigen-schaften, um sie optimal an denSolargenerator (Solargenerator =alle Modulstränge zusammenge-fasst) anzupassen und einen sinn-vollen Betrieb zu gewährleisten,wie z. B.

Hohe Effizienz (guter

Wirkungsgrad)

Der Wirkungsgrad eines Wechsel-richters ist abhängig von der ver-wendeten Technik, von den Umge-bungsbedingungen, aber auchvom Energieangebot des Solarge-nerators. Im Handel erhältlicheWechselrichter haben einen Wir-kungsgrad von mindestens 90 %bis zu derzeit 96 %, wenn mehr als10 % der angegebenen Nennleis-tung verarbeitet werden.

Leistungsangabe, Nennleistung

Die Leistungsangabe eines Wech-selrichters wird in kW Nennleistungangegeben. Da der Solargeneratordie angegebenen kWpeak-Wertenur bei optimalen Bedingungen er-reicht (die eher selten sind), ist esüblich, beim Einsatz der Wechsel-richter über deren Nennleistung zugehen (z. B. 105 %). Konkret: EinSolargenerator mit insgesamt24,7 kWpeak wird an mehrereWechselrichter mit einer Nennleis-tung von insgesamt 22,5 kW Nenn-leistung angeschlossen (4 x 5 kW

und 1x 2,5 kW). Es wird also einevorübergehende geringfügigeÜberlastung der Wechselrichter inKauf genommen (bei extremer So-larstrahlung), um diese im überwie-genden Betrieb bei normaler Solar-strahlung in einem besserenWirkungsgradbereich (Auslastung)zu betreiben.

Anschluss Modulstränge, Anzahl

Es gibt Strangwechselrichter mitnur einer Eingangsstufe. Darankönnen zwar mehrere Modul-stränge angeschlossen werden, in-


Abb. 40 – Prinzipschaltbild Anschluss an Multistrangwechselrichter. Von dendrei angeschlossenen Strängen hat einer weniger Module im Strang als die bei-den anderen. Quelle (3)

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tern sind diese dann aber parallel zusammengeführt.Hier müssen alle Stränge die gleichen Spannungswerteund die gleiche Besonnung haben, sonst bestimmt derschwächste Strang die Ernte.

Bei einer Nennspannung eines Moduls von 24 Voltbeträgt die Leerlaufspannung des Moduls bis zu 40Volt. Werden Module als Strang in Reihe geschaltet, istdie maximale Systemspannung zu beachten (Beispiel750 Volt). Die Gesamt-Leerlaufspannung des Strangesmuss unter der Systemspannung liegen!

Bei unterschiedlichen Strängen empfiehlt es sich, denMultistrangwechselrichter zu verwenden. Hier bestehtdie Anschlussmöglichkeit mehrerer Modulstränge miteiner unterschiedlichen Anzahl von Modulen (in Reihen-

schaltung) und damit unterschiedlichen Spannungenbzw. unterschiedlicher Besonnung auf die Stränge.

Multistrangwechselrichter besitzen mehrere Ein-gangsstufen, über die die einzelnen Stränge mit demMPP (Maximum-Power-Tracker) unabhängig bearbei-tet und optimal angepasst werden.

Master-Slave-Prinzip

Um mit der Leistungsabgabe des Solargenerators dieWechselrichter optimal auszulasten, gibt es die Mög-lichkeit, mehrere Wechselrichter im „Master-Slave-Prinzip“ zu koppeln.

Zunächst wird bei geringerer solarer Einstrahlungder Gleichstrom von einem Wechselrichter (dem Mas-


Abb. 41 – Wechselrichter Sunny Boy SB 3300 / SB 3800 (Außenmontage möglich), Nennleistung bis 4 kW undBlockschaltbild mit Trafo. Quelle (3)

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ter) bearbeitet, bei höherer Einstrahlung und damithöherer Leistung des Solargenerators werden dannweitere Wechselrichter (Slaves) vom Masterwechsel-richter dazugeschaltet.

VerkabelungDie gleichstromseitige Verkabelung zur Verbindung derModule untereinander und der Verbindung der Strän-ge mit dem Wechselrichter ist auf dem Dach der Witte-rung direkt ausgesetzt. Sonne, Wind, Regen undSchnee wirken 20 bis 30 Jahre lang auf die Kabel ein.Deshalb sollten diese, wo immer möglich, in den Alu-miniumprofilen oder in Kabelkanälen verwahrt und

eingebunden sein. Grundsätzlich hat die Verkabelungeinige Bedingungen zu erfüllen:

� Die Kabel müssen UV- und ozonbeständig sein.� Der Querschnitt (mm²) sollte so sein, dass die

Leitungsverluste unter 1 % liegen (in der Regel 2,5bis 4 mm², abhängig von der Leistung und derKabellänge).

� Die Isolation um den Leiter hat doppelt zu sein (fürden Kurzschlussfall).

� Die Verbindungen sollten zugfest und korrosions-beständig sein.


Abb. 42 – Wechselrichter Sunny-Boy SB 4200TL / SB 5000TL (Multi-String), transformatorloser Solarwechselrichter für dreiunabhängige PV-Strings (siehe Blockschaltbild). Quelle (3)

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3 Montage der Solaranlage

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Bei Solaranlagen wird von einer durchschnittlichenNutzungsdauer von etwa 30 Jahren ausgegangen.

Dementsprechend sind alle Materialien dauerhaft zuwählen. Dies bedeutet bei den Modulen und der Unter-konstruktion, dass korrosionsbeständige Materialienwie Aluminium, Edelstahl (V4A) usw. verwendet wer-den. Wichtig sind auch UV- und ozonbeständige Kabelsowie geeignete Kunststoffmaterialien und entspre-chende konstruktive Lösungen, damit Schwitzwasser,Stauwärme und andere dem Gebäude abträglicheErscheinungen dauerhaft unter Kontrolle sind.

Zunächst einmal möchte ich auf die prinzipielle Artder Befestigung eingehen. Solaranlagen können starrfixiert oder auch beweglich installiert werden. Fest in-stallierte Solaranlagen sind in der Lage und Ausrichtungdauerhaft fixiert. Dadurch gibt es keinen bzw. wenigmechanischen Verschleiß und wenig Wartungsauf-wand. Der gesparte Aufwand für die Nachführung(optimale Ausrichtung zur Sonne) kann dann in einegrößere Fläche der Solaranlage investiert werden, um

ähnliche Ergebnisse wie bei einer Nachführung zu be-kommen.

Das automatisch immer zur Sonne ausgerichteteSystem ist mechanisch deutlich aufwendiger. Eine ein-fachere Lösung wäre die Nachführung durch manuel-les Verstellen. Z. B. könnte vier Mal im Jahr derNeigungswinkel der Solaranlage von Hand verändertund damit dem aktuellen Sonnenwinkel angepasstwerden. Dies ist bei kleineren Anlagen, z. B. im Bereicheiner Balkonbrüstung, sehr sinnvoll.

Nachführungen mit automatischen Einrichtungenund Steuerungen, z. B. mit einem Getriebemotor undeiner entsprechenden Sensorik, sind für Photovoltai-kanlagen und vor allem für Inselanlagen sinnvoll. Dortkommt es darauf an, dass gerade in der sonnenarmenZeit (im Winter) jeder Sonnenstrahl genutzt wird.

Je nachdem, ob die Nachführung einachsig oderzweiachsig ausgeführt wird, können Sie mit bis zu45 % Mehrertrag rechnen.

3.1 Grundsätzliche Montageprinzipien

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Der Solargenerator wird im Uhrzeigersinn in Ost-West-Richtung (erste Achse) dem Sonnenstand

kreisförmig „nachgeführt“. Die jahreszeitliche Neigung, d. h. der Anstellwinkel

(zweite Achse), wird bei den einachsigen Nachführun-gen entweder einmal auf einen Mittelwinkel eingestelltoder von Zeit zu Zeit manuell verändert. Gerade imWinter, wenn durch die kürzeren Tage weniger Son-

nenenergie geerntet werden kann und die Sonne sehrflach am Horizont „steht“, kann es wirtschaftlich sinn-voll sein, den Winkel der Module entsprechend auszu-richten.

Ein Spezialfall einer horizontalen Nachführung istder, in dem die Mittelachse des oder der Module ent-sprechend der Tageszeit gekippt wird (siehe auch Abb.70). Dadurch sind die Modulflächen morgens und

3.2 Einachsige Nachführungen

Abb. 70 – Solarmodulanordnung mit automatischerNachführung über die Mittelachse, Morgenstellung.

Abb. 71 – Jahreszeitliche Winkelverstellung durch eineKippvorrichtung und den Seilzug.

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Abb. 72 – Das Foto zeigt einen nach-geführten Solargenerator mit folgen-den Eckdaten. Fläche: 13 m x 6 m,Leistung: ca. 10 KWpeak, Gewicht(bewegliche Teile): 4to. Das Getriebezwischen dem Elektromotor und derAntriebstrommel stammt von einemVW-Passat! Diese Anlage wird imMoment über zwei Zeitschaltuhrengesteuert. Die eine gibt dem Motoralle 10 min. „Strom“, die andere stelltüber Nacht die Ausrichtung nachOsten wieder her. Die Anordnung vonHand und mit Spanngurten zu bewe-gen, hat sich als völlig unmöglicherwiesen.

Abb. 73 – Details der mechanischenSteuerung.

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abends steil und damit rechtwinklig zur Sonne, in derMittagszeit flach und dementsprechend auch wiederrechtwinklig zur Sonne ausgerichtet. Die jahreszeitlicheAchse (Winkel) wird hier manuell jeweils alle paarWochen oder Monate angepasst.

Nachführung mit AntennenrotorFür die Montage einer drehbaren Anlage auf demHausdach eignen sich sehr gut Antennenrotoren. Auch

wenn diese neu gekauft werden müssen (wie z. B. beiConrad-Elektronik oder auch über Ebay), lohnt sichdoch die meist preiswerte Anschaffung im Gegensatzzur aufwendigen Mechanikbastelei. Das Steuergerätwird nicht gebraucht, kann aber für eine eventuellemanuelle Steuerung der Anlage aufgehoben werden.Sinnvoll ist diese Variante auch, weil Antennenrotorenfür die Außenmontage konstruiert und hergestelltworden sind. Sie sind mechanisch robust und einiger-


Abb. 74 – Montage auf dem Dach mit einem handelsüblichen Antennenrotor. Beim Solargeneratorhandelt es sich um drei Module zu je 25 W (parallel), welche ein 12-Volt-Inselsystem mitKleinverbrauchern versorgen. Oben sind die zwei Röhrchen mit den LDRs für die automatischeAusrichtung zur Sonne zu erkennen.

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maßen wasserdicht, sodass von einer langen Funktions-fähigkeit ausgegangen werden kann. Auch die Dreh-geschwindigkeit mit 1 bis 1,5 Umdrehungen pro Minu-te, bei 360° Drehbereich, ist für unsere Anwendung gutgeeignet.

Die Durchführung durch das Dach und die Abdich-tung können mit Material ausgeführt werden, wie eszur Abdichtung für Antennenmaste im Handel erhält-lich ist. Für das Mastmaterial kann Wasserleitungsrohrverwendet werden (schwer, aber in unserem Fall geeig-net, da es sich nur um ein kurzes Stück handelt). DieSolarmodule können dann ebenfalls mit Mastschellenund Aluminiumprofilen aus dem Antennenbau und derSatellitentechnik mit einer 45°- bis 50°-Neigung an dasMaststück oberhalb des Antennenrotors befestigt wer-den. Nicht zu vergessen: Der Sensor sollte so hoch überden Solarmodulen befestigt werden, dass zu keinerJahreszeit Schatten auf die Module fällt. Auch sollte derSensor nicht unter die Module montiert werden, da hierdurch die Beschattung Irritationen auftreten könnenund damit der Solargenerator falsch ausgerichtetwerden könnte. Falls erforderlich, kann ein zusätzlicherSturmsensor an der westlichen Giebelseite, mindestens50 cm über dem First, montiert und installiert werden.


Abb. 75 – Befestigung mit Satellitenteilen, vom Schrottoder gekauft, bestens geeignet, um die Module zu montie-ren. Die Winkelverstellung für den Neigungswinkel desSolargenerators wird gleich exklusiv dazu geliefert.

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4 Das können Sie leicht selbst erledigen

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Was Sie sich zutrauen können und wollen, wissenSie selbst natürlich am besten. Für die Arbeiten

auf dem Dach und an einer Fassade sind die erforder-lichen Vorkehrungen für Ihre Sicherheit zu treffen.

Bei Ihren Eigenleistungen stellen sich die Fragen: Wokann am sinnvollsten Geld gespart werden und wokommt das eigene Potenzial am wirkungsvollsten zumEinsatz? Sofern der Zeitfaktor keine Rolle spielt, stelltsich natürlich auch die Frage, ob Sie Freude daran haben,die Arbeiten selbst auszuführen, auch wenn Sie dafürlänger brauchen als ein Fachmann.

Leistungsabgrenzung:Viele Handwerker sind Lösungen gegenüber, bei denender Bauherr die kniffeligen Anteile realisiert, sehr aufge-schlossen. Wichtig ist, dass die Arbeiten beim Ausarbei-ten des Angebots und nochmals bei der Beauftragungund Gewährleistung klar abgegrenzt werden. Ist derBauherr sich bei bestimmten Positionen noch nicht si-cher, ob er diese selbst ausführen wird, so sind diesefestzulegen mit dem Hinweis: „Ausführung bei Be-darf“.

Wichtig ist auch die terminliche Abstimmung. Vor-bereitungen durch Sie als Bauherr sollten rechtzeitigdurchgeführt werden. Gegenseitige Behinderungen er-zeugen ein schlechtes Klima und sind nach Möglichkeitzu vermeiden.

4 Das können Sie leicht selbst erledigen

Grundsätzliches

Sie als Bauherr und Bauherrin kennen Ihr Objekt ambesten und sind hoch motiviert, eine gute und dauer-hafte Lösung zu finden, auch da Sie die Solaranlagefür längere Zeit haben werden. Sie haben die Mög-lichkeit, sich zwischendurch immer wieder mit derLösung eines kniffeligen Problems zu beschäftigen,bis Sie mit dem Ergebnis zufrieden sind.

Der Handwerker hat einen großen Erfahrungsschatz,die fachliche Ausbildung, das erforderliche Hand-werkszeug, die Möglichkeit zur kostengünstigenMaterialbeschaffung und die Fachkontakte. Sein Pro-blem ist, dass er unter Zeitdruck steht. Er sucht nachgut handhabbaren Lösungen, die in kurzer Zeit, mitgarantiertem Erfolg und mit wenig Risiko umzusetzensind.

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Schauen Sie sich die nachfolgende Checkliste unddas folgende Kapitel hinsichtlich Ihrer Eigenleistun-

gen an. Entscheiden Sie, was und wie viel Sie davonselbst erledigen können und wollen. Bedenken Sieauch, was geschieht, falls Sie zwischendurch verhindertsein sollten.

Die folgende Checkliste können Sie durchgehenund bezüglich Ihrer Arbeitsanteile ausfüllen. WeitereAngaben zu den einzelnen Positionen finden Sie dannim nachfolgenden Text.

4.1 Übersicht über die Arbeiten in 12 Schritten

Wichtiger Hinweis

Die nachfolgende Beschreibung zeigt Ihnen grund-sätzliche Tricks aus der Praxis auf, die zusätzlich zu dersystembedingten Montageanleitung (des Anlagen-herstellers) zu Hilfe genommen werden können. Diesystembedingte Montageanleitung hat bei wider-sprüchlichen Angaben den technischen Vorrang, danur durch diese die Funktion durch den Hersteller ge-währleistet wird.

Pos. Art der Arbeiten Übernehme ich Übernehme ich Mithilfe der

ganz selbst zum Teil Fachfirma

1 Vorarbeiten

2 Modulstandort festlegen, Wechselrichterstandort

festlegen

3 Leitungstrasse festlegen und Kabelkanäle bzw.

Durchbrüche herstellen

4 Dachhaken und Unterkonstruktion montieren

5 Module montieren

6 Module elektrisch verbinden

7 Wechselrichter montieren

8 Leitungsverlegung von Modulen zum

Wechselrichter

9 Wechselrichter an Zählerplatz anbinden

10 Zählerkasten und Sicherungen montieren

11 Einspeisezähler anschließen und mit dem Nur durch autori-

öffentlichen Netz verbinden sierte Fachfirma

12 Solaranlage in Betrieb nehmen, Anmeldung bei

Energieversorger

Checkliste für Ihre Vorüberlegungen

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1. Vorarbeiten, Vorbereitungen� Den Montageort der PV-Anlage auf Eignung (Aus-

richtung, Statik usw.) prüfen.� Wo befinden sich die Übergabestelle zum öffent-

lichen Netz, der Zählerkasten usw.?� Sind alte Installationen auf dem Dach zu entfernen

(z. B. alte Antennenanlage, Schneefanggitter usw.)?� Benötigt man Ersatzziegel oder spezielle Solarziegel

zur Durchführung der Solarleitungen?� Ist es erforderlich, ein Gerüst aufzustellen oder den

Arbeitsbereich auf andere Weise zu sichern (z. B.durch ein Fangnetz, Sicherheitssystem wie Hüfthal-tegurt usw.)?

� Erforderliche Materialien zusammenstellen und be-sorgen.

� Spezielles Werkzeug besorgen.

Für die Montage und Installation der PV-Anlage benöti-gen Sie eigentlich nur gewöhnliche Werkzeuge, wiez. B. Hammer, Schraubendreher, ein Sortiment an Ga-belschlüsseln, Steckschlüssel, Rätsche, Multimeter (Viel-fachmessgerät), Innensechskantschlüssel, Akkuschrau-ber, Bohrmaschine usw.

Lediglich bei Kabelanschlüssen und der Verwen-dung der systemeigenen Steckverbindungen können

beim Anschluss der Modulstränge und am Wechsel-richter besondere Zangen zum Konfektionieren derStecker erforderlich sein. Dieses Problem lässt sich aberauch mit einem guten Quetschverbinder lösen (sieheauch Abb. 44).

Bei den Arbeiten auf dem Dach, vor allem bei stei-len Dächern, kann ich einen Beckengurt oder Hüfthal-tegurt, wie er auch von Bergsteigern verwendet wird,sehr empfehlen.

Zusätzlich ist eine Materialtasche, wie sie z. B. vonZimmerleuten verwendet wird, sehr hilfreich, umSchrauben, Beilagscheiben, Kleinwerkzeuge usw.darin aufzubewahren. Gerade, wenn Sie es nichtgewohnt sind, auf dem Dach zu arbeiten, ist es gut, soviel wie möglich schon am „Boden“ vorzubereiten undz. B. die Schrauben in die Schienen vorzumontierenoder Halterungen komplett zu machen.

2. Modulstandort festlegen,Wechselrichterstandort festlegenNachfolgende Hinweise beziehen sich vor allem auf dieMontage einer Aufdachanlage.

Bei einer Indachmontage entfallen einige Punktezur Unterkonstruktion.

4.1 Übersicht über die Arbeiten in 12 Schritten

Mein Tipp

Bei steilen Dächern ist es hilfreich, die Werkzeuge miteinem dünnen Seil anzubinden und mit einem kleinenKarabiner auf dem Dach einzuhaken.

Mein Tipp

Bei den ersten Schritten auf dem Dach können Beton-ziegel, um einen festeren Stand zu haben oder umnachzusehen, wo der Sparren liegt, einfach hochge-schoben werden. Weiterhin helfen beim Gehen aufdem Dach Leitern, die in vorhandene Dachhaken ein-gehängt und mit einem Gurt gesichert werden.

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Ulrich E. Stempel


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Zum AutorUlrich E. Stempel ist ein erfahrener Autor von Do-it-Yourself-Büchern. Auch beruflich befasst er sich mitPlanung und Aufbau von Solardachanlagen.

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Ulrich E. Stempel


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