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Mar 16, 2023

DIY-Solar-PV-Installation: Bau eines Balkonkraftwerks

Seit einiger Zeit bin ich ein wenig neidisch auf die Solar-PV auf dem Dach

Seit einiger Zeit bin ich ein wenig neidisch auf die Solar-PV-Dachanlagen in meiner Gegend. Langfristig erfüllen sie alle Voraussetzungen, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren und unseren energiehungrigen Lebensstil aufrechtzuerhalten. Da ich noch nicht lange in einem Haus wohne, komme ich etwas spät dran. Ich habe über eine Dachinstallation nachgedacht, aber der Einspeisetarif ist mittlerweile so niedrig, dass es lange dauern würde, bis sich die Kosten amortisieren. Darüber hinaus wäre der Installationsprozess ziemlich störend. Drittens ist dies wahrscheinlich ein Versagen meinerseits, aber ich zögere, jemanden damit zu beauftragen, eine Arbeit (besonders im Elektrobereich) zu erledigen, die ich wahrscheinlich selbst erledigen und dabei wertvolle Erfahrungen und Kenntnisse sammeln könnte. In Deutschland ist eine große netzgekoppelte Dachinstallation mit viel Papierkram verbunden und wir werden dann auf den selbst erzeugten und verbrauchten Strom besteuert.

Ich hatte die Idee zu lange in den Hintergrund gedrängt, aber nach der Installation einer Solarladestation für Robotermäher im Jahr 2020 begann ich über die Vorteile einer relativ bescheidenen netzgebundenen PV-Anlage nachzudenken. Ich habe etwas recherchiert, um herauszufinden, was verfügbar ist, und bin immer wieder auf den Begriff „Solarbalkon“ gestoßen (siehe Textfeld „Was ist ein Solarbalkon?"), der ein Setup beschrieb, das genau das sein könnte, was ich gesucht habe.

Nachdem ich die rechtlichen Grauzonen untersucht hatte, wollte ich herausfinden, ob eine solche netzgebundene Mini-Solaranlage wirklich finanzierbar wäre. Bei kleinen, balkongroßen Installationen können Sie zwischen einem Einzel- oder Zwei-Panel-Aufbau wählen. Bei einem Ein-Panel-Aufbau kann eine Spitzenleistung von etwa 300 Wp erzeugt werden (das kleine „p“ steht für Peak), bei einem Zwei-Panel-Aufbau kommen wir auf 600 Wp.

Um die Sonneneinstrahlung in meiner Gegend zu überprüfen, habe ich die Karte des Deutschen Wetterdienstes studiert, die die durchschnittliche Sonnenenergie pro Jahr in Europa und insbesondere in Deutschland zeigt (Figur1 ). Auch im Internet finden Sie zahlreiche Solarertragsrechner. Da ich im sonnenverwöhnten Südbaden wohne, kann ich unter optimalen Bedingungen mit einem jährlichen Sonneneinstrahlungswert von knapp 1.200 kWh pro m² rechnen. Geht man von einem Wirkungsgrad von 20 % für monokristalline Solarzellen aus, könnte ich bis zu 240 kWh pro m2 und Jahr produzieren. Für mich wäre ein Zwei-Panel-Aufbau besser geeignet, ein modernes Panel im Leistungsbereich von 320 bis 370 Wp hat eine nutzbare Fläche von rund 1,6 m2. Aus zwei Panels soll also eine Jahresernte von knapp 770 kWh möglich sein. Mit diesem Ertrag und dem aktuellen Strompreis (30 ¢ pro kWh) in Deutschland würde mir mein Balkonkraftwerk bis zu 230 € pro Jahr einsparen. Der Kaufpreis meiner Anlage betrug ziemlich genau 600 €. Mit dieser einfachen Rechnung würde sich die Anlage in zwei Jahren und sieben Monaten amortisieren!

Ich wünsche! Damit dies realistisch ist, sollten die Module optimal angewinkelt sein, um maximale Energie zu sammeln, und es sollten keine Verluste im Wechselrichter und in der Verkabelung auftreten und es sollte keine Verschattung durch darüber liegende Vegetation oder Gebäude auftreten. Dabei wird auch davon ausgegangen, dass die gesamte erzeugte Energie selbst genutzt wird und nichts ins Netz eingespeist wird. Bei einer Einfamilienwohnung, in der der Bewohner tagsüber bei der Arbeit ist, wird ein großer Teil des erzeugten Stroms ins Netz eingespeist. In diesem Fall sollte ein einzelnes 300-W-Panel mehr als ausreichend sein. In meinem Haus haben wir zwei Kühlschränke und einen Gefrierschrank; Meine Mutter schaut tagsüber gerne fern und ich arbeite im Homeoffice, wo tagsüber ein PC in Kombination mit einem großen Monitor läuft. Zusammen mit anderen Elektrogeräten und Wandleuchten übersteigt unser Grundverbrauch bei weitem die Leistung eines einzelnen 300-W-Panels. Ein 600-Wp-Setup scheint nicht überdimensioniert zu sein.

Wenn ich mit einer konservativen Auslastung von 75 % rechne, ergibt sich unter optimalen Bedingungen eine jährliche Stromkostenersparnis von etwa 170 €. Auch mein vorgesehener Standort für die Panels ist nicht ideal: Es wird keine Verschattung auf den Panels geben, der Höhenwinkel aber schon nur 5° und sie werden genau südsüdöstlich bei 135° ausgerichtet sein. Von der Abendsonne profitiere ich weniger, dafür aber mehr von der diffusen Strahlung. Wenn ich dafür konservativ 25 % abziehe, komme ich auf eine jährliche Ersparnis von etwas über 125 €. Bei Kosten von 600 € dürfte sich mein Balkonkraftwerk in vier Jahren amortisiert haben. Von da an ist alles Geld auf der Bank.

Wenn Sie einen Zuschuss für die Anlage erhalten (die Nachbarstadt Freiburg spendet beispielsweise 200 €), amortisiert sich die Anlage deutlich schneller. Bei einer Do-it-yourself-Installation sind die Kosten minimal, allerdings sind die zusätzlichen Kosten für den Zähleraustausch, auf die einige Energieversorger möglicherweise bestehen, noch nicht berücksichtigt. Derzeit wird beispielsweise die Notwendigkeit eines sogenannten bidirektionalen Zählers diskutiert (ein Zähler muss als Mindestanforderung über eine Rücklaufsperre verfügen). Auch die gekaufte Hardware sollte zuverlässig sein, defekte Teile müssen ausgetauscht werden, wodurch das System deutlich weniger rentabel wird.

Ich könnte den Winkel der Paneele verbessern, um die Effizienz zu erhöhen, aber sie wirken flacher mit dem vorhandenen Dach weniger aufdringlich und ich erhalte im Sommer einen besseren Ertrag, wenn die Klimaanlage manchmal tagsüber läuft (im Winter allerdings nicht so gut).

Ein Balkonkraftwerk besteht aus Solarzellen, einem netzgekoppelten Synchronwechselrichter und den Anschlussmöglichkeiten an das heimische Stromnetz. Bei der letztgenannten Komponente handelt es sich häufig um eine spezielle Wieland-Steckverbindung (Figur2 ), da wir in Deutschland unter Beachtung der Sicherheit und bestimmter Einschränkungen den Anschluss des Systemausgangs über Stecker und Steckdose nutzen dürfen. Im Vereinigten Königreich ist dies nicht erlaubt; Sie müssen den Ausgang über einen zweifach abgesicherten Trennschalter anschließen. Der Wechselrichter ist die Schlüsselkomponente des Systems. Er wandelt die niedrige Gleichspannung eines Solarmoduls in eine normgerechte und einspeisbare Wechselspannung von 230 V um. Der netzgekoppelte Wechselrichter überwacht die Wechselstromnetzspannung genau, um sicherzustellen, dass die von den Modulen gelieferte Energie synchron ist. Trennen Sie den Wechselrichter vom Netz und der Wechselrichterausgang schaltet sich innerhalb von Millisekunden ab.

Bei der Auswahl Ihrer Anlage sollten Sie die Ausgangsleistung, die maximale Einspeiseleistung, den Arbeitsspannungsbereich der Solarmodule und die Verarbeitungsqualität berücksichtigen. Ich habe mich für den Wechselrichter HM-600 von Hoymiles entschieden. Es kostet 220 € und scheint laut Nutzerrezensionen zuverlässig zu sein. Ich habe einige zweifelhafte Dinge über günstigere Wechselrichter gelesen; Ich habe einen großen Bogen um sie gemacht. Es sind auch andere Wechselrichter guter Qualität erhältlich.

Der HM-600 bietet eine Spitzenausgangsleistung von 600 W und kann eine Eingangsleistung von zwei Panels im Leistungsbereich von 240 bis 380 Wp verarbeiten. Es erreicht einen Wirkungsgrad von mindestens 96,5 % und verbraucht nachts weniger als 50 mW. Als Größenvergleich wird eine Kopie von Elektor verwendetFigur3 . Es wiegt 3 kg und ist recht flach, sodass es unter einer Platte montiert werden kann. Das lange Kabel unten ist der Netzanschluss (für den eine passende Kupplung erforderlich ist) und das kurze Kabel mit dickem Stecker oben ist der Anschluss an weitere Wechselrichter (hier muss eine Abdeckkappe angebracht werden). Sie sollten auch beide Teile bestellen (Figur4 ). Eine Ansicht von unten ist dargestelltFigur5.

Bei der Auswahl der PV-Module spielen die Wechselrichter- und Effizienzberechnungen eine Rolle. Um 600 W aus der Wechselrichterleistung zu ziehen, sollten die Panels besser mehr produzieren, um eine gewisse Reserve zu haben. Effizientere PV-Module kosten mehr. Ich habe mich für zwei monokristalline 330 Wp-Module von Jinko Solar entschieden (Abbildung 6 ). Diese bieten eine Reserve von mindestens 10 %. In der Klasse über 300 Wp sind fast alle Panels, mit leichten Abweichungen, 166,5 x 100,2 cm groß und wiegen knapp 20 kg. Die Jinko-Panel-Garantie besagt, dass die Leistung nach 25 Jahren mindestens 80 % der ursprünglichen Leistung betragen wird. Die Panels kosten im Einzelhandel 150 €.

Die Versandkosten für die größeren Systemkomponenten sind hoch, daher lohnt es sich, eine Abholung bei einem örtlichen Händler in Betracht zu ziehen. Zwei Paneele passen in ein durchschnittlich großes Auto, wenn die Rücksitze flach umgeklappt sind.

In einigen Ländern kann es zulässig sein, den Ausgang einer Balkonstromanlage einfach an eine standardmäßige 3-polige Wandsteckdose anzuschließen. In Deutschland dürfen wir eine berührungssichere Alternative wie den (35 €) Wieland-Stecker verwenden. Die Gefahr eines Stromschlags ist minimal, da der Wechselrichter sofort abschaltet, wenn der Stecker gezogen wird. Im Vereinigten Königreich verbieten die IET-Verkabelungsvorschriften jedoch die Verwendung eines standardmäßigen oder ummantelten 3-poligen Steckers, aber dazu später mehr.

Der Anschluss kann an einer geeigneten Stelle parallel zu einer vorhandenen Netzsteckdose in der Ringleitung erfolgen. Alternativ kann es mit einem eigenen Schutzschalter zurück zur Verbrauchereinheit verdrahtet werden. Bei Verwendung der ersten Methode muss möglicherweise die Leistung des vorhandenen Ringhaupt-MCB herabgesetzt werden. Im Vereinigten Königreich sind die Netzsteckdosen für 13 A ausgelegt und die Ringhauptverkabelung wird normalerweise durch einen 32 A-MCB an der Verbrauchereinheit geschützt. Wenn der Wechselrichterausgang an eine Netzsteckdose angeschlossen ist, wird zusätzlicher Strom eingespeist, der vom MCB der Steckdose nicht erfasst wird. Ein 600-W-Balkonkraftwerk könnte den Strom um zusätzliche 2,6 A erhöhen, was im schlimmsten Fall zu einer Überlastung der Steckdose führen würde. Aus Sicherheitsgründen sollte der 13-A-MCB durch den nächstniedrigeren (10 A) Nennwert ersetzt werden.

Unter Berücksichtigung dieser Umstände und der Prüfung, ob in meiner Verbrauchereinheit Kapazitätsreserven vorhanden waren, entschied ich mich dafür, das Kraftwerk mit einem eigenen 10-A-MCB direkt an die Verbrauchereinheit anzuschließen. Dazu habe ich 15 m Kabel verlegt und mehrere Löcher für den Zugang gebohrt. Dadurch habe ich 35 € für den Stecker gespart und habe die Möglichkeit, die in das System eingespeiste Leistung ganz einfach zu erfassen. Es gibt natürlich ausgefallene Systeme mit Apps, die die Stromerzeugung in Echtzeit auf einem Mobiltelefon anzeigen, aber ich dachte, das wäre übertrieben. Alles, was ich brauche, ist eine laufende Summe der Stromerzeugung, die über einen kostengünstigen auf DIN-Schiene montierten kWh-Zähler angezeigt werden kann, der weniger als 10 € kostet. Die erweiterte Verbrauchereinheit ist in zu sehenFigur7 . Unten links befindet sich der kleine Powerlogger. Die Nahaufnahme vonFigur8 zeigt den Wert von 3,8 kWh nach dem ersten Tag am 9. Mai 2021 – glücklicherweise ein völlig wolkenloser Tag. Dieser beträgt 1,14 €. Meine anfängliche Berechnung eines Netto-Jahreseinkommens von 125 € sieht langsam realistisch aus.

AlsFigur7 zeigt, habe ich bereits einen modernen Stromzähler mit Rücklaufsperre. Wenn Sie noch einen alten elektromechanischen Zähler ohne Rücklaufsperre haben, läuft dieser rückwärts, wenn die Leistung des Solarpanels den Eigenverbrauch übersteigt. Wenn dies geschieht, könnten Sie argumentieren, dass Sie das Netz als Pseudobatterie nutzen, die Sie „entladen“, wenn Sie mehr Energie benötigen, oder die Sie aus Ihrer überschüssigen Energie „aufladen“. Sogar einige Politiker hatten solche naiven Gedanken an den Tag gelegt, aber das ist weder logisch noch erlaubt! Es ist illegal und Sie müssen sich an die Regeln halten. Jedes Land hat seine eigene Regulierungsbehörde und im Vereinigten Königreich ist es erforderlich, dass Sie innerhalb von 28 Tagen nach der Installation ein G98-Formular für technische Empfehlungen ausfüllen und an Ihren Verteilungsnetzbetreiber (DNO) zurücksenden. Um Ihren Netzbetreiber zu finden, geben Sie hier Ihre Postleitzahl ein.

Die große Mehrheit der Plug-in-Solaranlagen benötigt im Vereinigten Königreich keine Baugenehmigung, da sie als „erlaubte Entwicklung“ eingestuft werden, sofern das Grundstück nicht unter Denkmalschutz steht oder sich nicht in einem Gebiet von außergewöhnlicher natürlicher Schönheit oder in einem Nationalpark befindet . Es liegt in Ihrer Verantwortung zu prüfen, ob für die Solaranlage eine Baugenehmigung erforderlich ist. Im Zweifelsfall wenden Sie sich an Ihre örtliche Planungsabteilung oder besuchen Sie hier den Solarbereich des Planungsportals.

In Deutschland sollten Sie Ihr Balkonkraftwerk am Tag der Inbetriebnahme sowohl beim Netzbetreiber als auch bei der Bundesnetzagentur anmelden. Dies ist obligatorisch – auch für sehr kleine Systeme wie meines. Sie können dies online tun, es dauert weniger als zehn Minuten. Wenn Ihr eigenes System im sogenannten „Marktstammdatenregister“ registriert ist, wird dies dem jeweiligen Anbieter gemeldet, bedeutet aber nicht, dass Sie sich nicht selbst registrieren müssen. Sie tauschen dann einen alten Zähler gegen einen neuen mit Rücklaufsperre aus oder ersetzen ihn durch einen Zweirichtungszähler.

Eine Anmeldung der Anlage zur Erzielung einer Einspeisevergütung dürfte sich nicht lohnen. In Deutschland beträgt die Einspeisevergütung derzeit 7,47 Cent pro kWh. Wenn zum Beispiel 25 % meiner geschätzten Ernte von 480 kWh pro Jahr als Einspeisung gezählt würden, würde das 145 kWh x 7,47 Cent einbringen, also fast 11 € pro Jahr oder ein paar Bier. Das deckt kaum die zusätzlichen Gebühren und den zusätzlichen Papierkram ab. Geben Sie überschüssige Energie besser an das Netz ab. Es wird Ihnen ein gutes Gewissen geben, wenn Sie wissen, dass es einen kleinen Beitrag zur Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und des CO2-Ausstoßes geleistet hat.

InFigur9 Wie Sie sehen, habe ich einige robuste Edelstahlhalterungen verwendet, um die beiden PV-Module über dem Dach einer Veranda zu befestigen, die direkt an das Haus grenzt. Für Ziegeldächer sind spezielle Befestigungen erhältlich. Für ein Flachdach gibt es vorgefertigte Stahlwinkel, um den optimalen Montagewinkel für die Paneele in Mitteleuropa zu gewährleisten. Der Wechselrichter wird unter einem Panel montiert, die wetterfeste Verkabelung erfolgt über Kabelkanäle in den Keller und von dort mit NYM-Verkabelung zur Verbrauchereinheit. Es versteht sich von selbst, dass Arbeiten an der elektrischen Hausinstallation nur von einem entsprechend qualifizierten Elektriker durchgeführt werden sollten. In Deutschland sollten Sie über die nötigen Fachkenntnisse und Qualifikationen für Arbeiten an der Hausverkabelung und der Verbraucherzentrale verfügen. Beauftragen Sie im Zweifelsfall einen vom Netzbetreiber zugelassenen Installateur.

Die IET-Verkabelungsvorschriften im Vereinigten Königreich besagen, dass eine „Elektrofachkraft“ (nicht unbedingt ein qualifizierter Elektriker) die Installation eines Plug-in-Solar-Kits durchführen kann. Alle Arbeiten müssen der neuesten Ausgabe der IET-Verkabelungsvorschriften für Elektroinstallationen entsprechen. In Deutschland ist es möglich, eine Wieland-Wandsteckdose in die Ringleitung zu verdrahten, sodass der Wechselrichterausgang einfach eingesteckt werden kann. Dies ist in Großbritannien nicht zugelassen; In der Vorschrift 551.7.2(ii) heißt es: „Der Mikrogenerator (Solarmodule) darf nicht über Stecker und Steckdose an den Endstromkreis angeschlossen werden.“ Der Mikrogenerator muss stattdessen über einen zweipoligen 13-A-Trennschalter angeschlossen werden, der an die vorhandene Ringleitung angeschlossen ist, als Stichleitung von einer Ringleitung oder über einen speziellen Radialstromkreis. Teil P der Bauvorschriften des Vereinigten Königreichs (Abschnitte 2.7 und 2.8) besagt, dass der Einbau einer abgesicherten Schaltanschlusseinheit als nicht meldepflichtige Arbeit eingestuft wird (es sei denn, sie ist Teil einer Badezimmerinstallation).

Alles in allem habe ich für das Anfertigen der Schlitze, den Einbau der Kabelkanäle, das Verlegen der Kabel, das Bohren der Löcher in den Edelstahlwinkeln, den Umbau der Verbrauchereinheit und die Montage der Panels weniger als drei Arbeitstage in Anspruch genommen. Ein erfahrener „Solarinstallationstechniker“ hätte die Arbeit zweifellos in der Hälfte der Zeit erledigt, aber ich habe die Befriedigung zu wissen, dass ich das System selbst installiert habe und damit vertraut bin, falls etwas ausgetauscht werden muss.Figur10 zeigt eine Seitenansicht der Anlage direkt nach Fertigstellung. Oh, dort habe ich die Leiter gelassen.

In Deutschland gibt es viele Hersteller, die ein komplettes Plug-and-Play-Solarbalkonsystem zum Anschließen an die Steckdose anbieten. Diese Systeme können sehr schnell einsatzbereit sein, allerdings sollten Sie prüfen, ob Sie die einzelnen Komponenten günstiger kaufen können. Mir persönlich macht die Recherche Spaß. Auf diese Weise kann ich Komponenten auswählen, um ein System aufzubauen, das meinen Anforderungen entspricht.

Wenn ich jetzt zurückblicke, ist es fertig. Würde ich Ihnen empfehlen, es auszuprobieren? Definitiv! Ich gebe zu, dass ich ein bisschen besessen davon bin, den Überblick über die Energieernte zu behalten. Mir ist aufgefallen, dass man an bewölkten Tagen mit Regen sogar mit ein paar hundert Wattstunden rechnen kann. Ich freue mich auf den Hochsommer, wenn ich mich bei einem Bier entspannen kann und weiß, dass die PV-Module, die mich vor der Sonne schützen, zur Kühlung des Bieres beigetragen haben. Interessant dürfte auch der Betrieb über den Winter sein. Nächstes Jahr um diese Zeit werde ich wissen, wie es mit der Stromernte 2021 tatsächlich gelaufen ist.

Sie könnten versucht sein, eine oder zwei weitere PV-Anlagen hinzuzufügen; Die Wechselrichter sind sogar mit AC-Anschlüssen ausgestattet, sodass mehrere Systeme in Reihe geschaltet werden können. In Deutschland würde dies die Kraftwerksleistung auf über 600 W steigern, den Einsatz eines Installateurs erforderlich machen und zwangsläufig den notwendigen Papieraufwand erhöhen. In jedem Fall müssen Sie bei jeder Solarbalkon-Installation den Netzbetreiber informieren, der vor Ort ist und prüft, ob der vorhandene Stromzähler kompatibel ist (mindestens mit Rücklaufsperre ausgestattet). Von einem größeren System werden Sie ohnehin nicht so viel profitieren, da der überschüssige Strom aus diesen einfachen Anlagen – die nicht die für FiT-Zahlungen erzeugte Energie messen – einfach an das Netz gespendet wird.

Die Situation nach genau einem Jahr Betrieb: Ursprünglich hatte ich grob mit einer „Stromernte“ von 480 Wh/a gerechnet. Nach 196 Tagen stand auf dem Zähler der Anlage bereits 410,8 kWh, aber das war die Sommerphase. Heute, nach genau dem ersten Jahr, ist die Anzeige (vglAbbildung 11 ) zeigt 632,7 kWh/Jahr. Nach 365 Tagen sind das erstaunliche 1,73 kWh pro Tag. Das ist viel besser, als ich letztes Jahr geschätzt habe, als ich es eingerichtet habe, und immer noch etwas besser, als ich vor 6 Monaten vorhergesagt habe (589 kWh/Jahr), als ich bereits empirische Daten hatte. Ich bin jedenfalls positiv überrascht!

Wenn davon 75 % genutzt werden und ich mit 30 ¢/kWh aus meinem alten Vertrag rechne, ergäbe sich eine Einsparung von ca. 474,5 kWh * 0,3 € ≈ 142 €/Jahr. Nicht schlecht, oder? Dass ich so viel spare, sieht man auch an meinem Hauptzähler, denn im Vergleich zu den Vorjahren stehen, ohne weitere Änderungen bis auf das Balkonkraftwerk, ca. 500 kWh (= 150 €) weniger auf dem Stromzähler. Rechnerisch würde dies zu einer Amortisationszeit von genau vier Jahren führen. Die tatsächliche Amortisationszeit beträgt jedoch weniger als vier Jahre. Noch schneller geht es, wenn man die derzeit aufgrund des Ukraine-Krieges deutlich teureren Strompreise von mindestens 42 ¢/kWh in Deutschland berücksichtigt. Im nächsten Jahr werde ich also voraussichtlich rund 200 € sparen und mein Balkonkraftwerk dürfte sich angesichts der aktuellen Energiekrise in etwas mehr als drei Jahren amortisiert haben. Wo sonst bekommt man einen Zinssatz von deutlich über 25 %?