Photovoltaik | Schritt für Schritt: Der praxisnahe Einsteiger-Ratgeber für den Entwurf einer Photovoltaikanlage

Von M.Eng. Johannes Wild

Suchen Sie eine einfache und verständliche Einführung in die Grundlagen der Photovoltaik für Einsteiger? Möchten Sie sich einfach und schnell unabhängig vom Stromnetz und den Strompreisen machen? Interessieren Sie sich für die Planung und Installation einer Selbstbau Photovoltaikanlage, um autark Strom zu erzeugen? Möchten Sie all das und noch mehr aus professioneller Hand (von einem Ingenieur) erlernen?  

Dann sind Sie mit diesem Buch bestens beraten, egal ob Sie ein Buch zur Planung einer Photovoltaik-Inselanlage (netzunabhängig / off-grid), einer Komplettanlage oder einer netzgebundenen Anlage (on-grid) suchen, oder sich für die Kombination von Photovoltaik und Batteriespeicher interessieren! Auch wenn Sie sich nur einen Überblick verschaffen möchten, sich also rein aus Informationszwecken für das Thema interessieren, ist dieses Buch geeignet. Denn in diesem Buch werden Sie alle diese Themen leicht erklärt wiederfinden!

Als Ingenieur (M.Eng.) möchte ich Ihnen in diesem Buch Schritt für Schritt und im Detail erklären, wie Sie eine Photovoltaikanlage (ugs. Solaranlage) sowohl zur Einspeisung von Strom ins Stromnetz als auch für den Eigenverbrauch für Ihr Eigenheim, Gartenhaus, Tiny House, Wohnmobil, Garage, Werkstatt, Auto, Camping, ..., schnell und einfach planen und installieren. Dazu unterscheiden wir in diesem Buch zwischen netzgekoppelten (on-grid) und netzunabhängigen (off-grid) Solaranlagen. Anhand von zwei praktischen Schritt-für-Schritt Beispielen (PV-Anlage für ein Tiny House und PV-Anlage für ein Einfamilienhaus) lernen Sie in diesem Buch nicht nur die Theorie, sondern auch, wie Sie selbst eine Photovoltaikanlage planen, bauen und installieren können.

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• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: XinXii
• Erscheinungsdatum: 20. Sept. 2022
• ISBN: 9783987420689

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Rechtliche Angaben

© 2023

Autor und Herausgeber: M.Eng. Johannes Wild

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Achtung: Strom, besonders Wechselstrom und hohe Stromstärken, sind lebensgefährlich. Lassen Sie praktische Arbeiten nur von fachlich dafür ausgebildeten Personen ausführen. Bei Nachahmung der Inhalte dieses Buches wird keine Haftung übernommen.

Vorwort

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Suchen Sie eine einfache und verständliche Einführung in die Grundlagen der Photovoltaik mit Praxisbeispielen und umsetzbaren Anleitungen sowohl für netzgebundene (on-grid) als auch netzunabhängige (off-grid) PV-Anlagen?

Dann sind Sie mit diesem Buch bestens beraten!

Als Ingenieur (M.Eng.) möchte ich Ihnen in diesem Buch Schritt für Schritt und im Detail erklären, wie Sie eine Photovoltaikanlage sowohl zur Einspeisung von Strom ins Stromnetz als auch für den Eigenverbrauch für Ihr Haus, Gartenhaus, Tiny House, Wohnmobil, Garage, Werkstatt, Auto, Camping, …, schnell und einfach planen und installieren. Dazu unterscheiden wir in diesem Buch off-grid und on-grid – also netzgebundene und netzunabhängige – Solaranlagen. Anhand von zwei praktischen Schritt-für-Schritt Beispielen (PV-Anlage für Tiny House und PV-Anlage für Eigenheim) lernen Sie in diesem Buch nicht nur die Theorie, sondern auch, wie Sie eine Solaranlage bzw. PV-Anlage planen, selbst bauen und installieren können. 

Was bedeutet Wp? Was ist der Unterschied zwischen monokristallinen und polykristallinen PV-Modulen? Wozu benötigt man einen Wechselrichter oder einen PWM bzw. MPP-Laderegler und wie schließt man diese Bauteile an? Wie kann man einen Batteriespeicher zur PV-Anlage hinzufügen? Alle diese Fragen und noch viele weitere Themen werden in diesem Buch Schritt für Schritt und im Detail erklärt. Vor allem auf den ersten Seiten dieses Buches werden die wichtigsten elektrotechnischen Grundlagen zum Thema Photovoltaik erläutert. Neben diesen Grundlagen werden Ihnen in späteren Kapiteln auch spezielle Begriffe bzw. Kennzahlen für Photovoltaikmodule (z. B.: MPP, Nennleistung, Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom…) erklärt. Außerdem werden die Parallelschaltung und Reihenschaltung von PV-Modulen und Batteriespeicher und deren Auswirkung auf Strom und Spannung und noch vieles mehr erläutert. Los geht's!

1 Einführung

Photovoltaik (auch Fotovoltaik) kann als der Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht in nutzbare Elektrizität verstanden werden. Diese Art der Stromerzeugung hat – neben anderen erneuerbaren Energien, z. B. der Windkraft und der Wasserkraft – aufgrund der umweltfreundlichen Technologie in den letzten Jahren ein starkes Wachstum erfahren. Die Stromerzeugung aus Sonnenlicht mithilfe von photovoltaischen Zellen (ugs.: Solarzellen) kann sowohl netzunabhängig als auch netzgebunden sein. Was diese beiden Begriffe bedeuten, werden wir im späteren Verlauf noch erfahren. Photovoltaische Zellen werden umgangssprachlich häufig als Solarzellen und eine Photovoltaikanlage häufig als Solaranlage bezeichnet. Dieser Überbegriff findet aber auch Verwendung für Solarzellen, die zur Warmwasseraufbereitung dienen (Solarthermie). Zwischen diesen beiden Systemen (Photovoltaik und Solarthermie) gibt es jedoch einen klaren und signifikanten Unterschied sowohl in der Bauart als auch in der Funktionsweise. Es sind vielmehr komplett unterschiedliche Systeme (es sei denn, man nutzt eine Photovoltaikanlage in Kombination mit einem Heizstab für eine Wassererwärmung). Die einzige Gemeinsamkeit ist lediglich, dass beide Systeme die Strahlungsenergie der Sonne nutzen. Photovoltaik nutzt diese Energie zur Erzeugung von Strom und Solarthermie zur Erwärmung von Wasser.

PV-Anlagen (PV = Photovoltaik) sind auf der ganzen Welt sowohl im sehr kleinen Maßstab, z. B. als Balkonkraftwerk mit nur einem PV-Modul zum Anschluss an der eigenen Haussteckdose, als auch im kommerziellen Maßstab, z. B. als eine mehrere Hektar große Solarfarm, weit verbreitet. Bei Photovoltaikanlagen hängt die Effizienz der Stromerzeugung einerseits vom Wetter (Sonneneinstrahlung), andererseits auch von der Auslegung des Systems ab. Um eine maximale Energieausbeute zu erzielen, sollte immer eine Leistungsanalyse durchgeführt werden.

Das Leistungsverhältnis ist hier einer der wichtigsten Qualitätsfaktoren, um die Leistung einer Photovoltaikanlage zu beurteilen. Dieses sogenannte „Performance Ratio" ist im Grunde genommen das Verhältnis zwischen dem möglichen Ertrag (Soll) der installierten Leistung einer PV-Anlage und dem tatsächlichen Ertrag (Ist). Dazu aber später noch mehr.

Die Module einer PV-Anlage sind meistens (in einem bestimmten Winkel) fest fixiert. Mittlerweile gibt es aber auch neue Technologien, die es ermöglichen, die PV-Anlage dem Sonnenverlauf nachzuführen, um stets effizient ausgerichtet zu sein. Fest fixierte Anlagen werden normalerweise in einem Winkel installiert, der die maximale Stromerzeugung ermöglicht. Der Neigungswinkel der Solarmodule hängt vom Standort der Photovoltaikanlage ab. Wenn sich die Photovoltaikanlage z. B. auf der Südhalbkugel (also südlich des Äquators: z. B. Südafrika, Australien, Argentinien) befindet, kann eine Ausrichtung nach Norden geeignet sein. Denn auf der Südhalbkugel – südlich des südlichsten Wendekreises – steht die Sonne tagsüber (mittags) im Norden, anstatt, wie in Europa oder den USA, im Süden. Europa, Kanada, USA und Mexiko liegen auf der Nordhalbkugel, hier eignet sich eine nach Süden