Strom selbst erzeugen mit Mini-PV-Anlagen
Was ist ein Balkonkraftwerk?
Vielleicht haben Sie auch schon von Balkonkraftwerken gehört, doch was sind Balkonkraftwerke eigentlich? In diesem Artikel geben wir Ihnen einen Überblick, was es mit Balkonkraftwerken auf sich hat. Am Ende habe ich noch kurz mein Fazit zu Balkonkraftwerken zusammengefasst.
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Inhalt
Balkonkraftwerk
Auch bekannt als Balkon Solaranlage, PV-Balkonanlage, Mini-PV-Anlage, Kleinst-PV-Anlage, Mini-Balkonkraftwerk, Plug & Play Solaranlage oder Mini Solar Anlage.
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Was ist ein Balkonkraftwerk?
Bei Balkonkraftwerken, handelt es sich um sogenannte steckfertige, netzgekoppelte Kleinst-PV-Anlagen. Es ist das Angebot eines fertigen Gesamtsystems einer Mini-Solaranlage für z.B. den Balkon, die Hausfassade oder das Garagendach.
Das Balkonkraftwerk Gesamtpaket besteht in der Regel aus zwei Komponenten, den Photovoltaikmodulen und einem Wechselrichter.
Der Anbieter des Balkonkraftwerks damit eine Lösung an, welche bereits vorkonfiguriert ist und unabhängig vom Einsatzort der Solaranlage eingesetzt werden kann.
Durch diese Fertiganlage ist nur wenig technisches Wissen des Anwenders erforderlich, sodass der Kauf und die Installation eines Balkonkraftwerks für jeden möglich sein sollte.
Die mitgelieferten Komponenten für die Balkonsolaranlage sind schon so voreingestellt, dass diese nicht mehr vom Verwender angepasst werden müssen.
Die restlichen Aufwände beschränken sich auf die Leitungsverlegung und die Befestigung der Anlage an einem sonnigen Ort. Eine Änderung der Haushaltsinstallation ist in der Regel nicht erforderlich.
Evtl. müssen alte Stromzähler ausgetauscht werden, da diese bei einer Einspeisung rückwärts laufen könnten, was nicht erlaubt ist. Ich habe die wichtigsten Punkte zum Betrieb eines Balkonkraftwerks zusammengefasst.
Beachten Sie jedoch, dass Solarmodule schwer sein können und oft über 20 kg wiegen. Die Installation des Balkonkraftwerks sollte deshalb möglichst zu dritt oder zu viert erfolgen. Einfacher zu Installieren sind ultraleichte Balkonkraftwerke.
In folgendem Artikel bekommen Sie eine Übersicht, was Sie vor dem Kauf und der Installation eines Balkonkraftwerks beachten müssen – „In 9 Schritten zum Balkonkraftwerk – was zu beachten ist„
Aufbau eines Balkonkraftwerks
Der Aufbau eines Balkonkraftwerks ist einfach und besteht aus wenigen Komponenten.
Aus den den Solarmodulen, dem Wechselrichter, der Halterung und Befestigung für die PV-Module und die Kabel, sowie die Kabel und Stecker selbst. Soll ein Balkonkraftwerk mit Speicher betrieben werden, sind zusätzlich noch entsprechende Batterien/Akkus erforderlich, um die Energie zu speichern. Hier die Komponenten nochmals im Detail aufgeführt.
In der Regel werden ein oder zwei kleine PV-Module für das Balkonkraftwerk eingesetzt.
Der Aufbau des Solarmoduls kann unterschiedlich sein, so gibt es z.B. leichte Solarpanele, welche einem Stoff ähneln und nicht durch einen Rahmen verstärkt sind oder eben die klassischen robusteren Solarmodule mit Glas oder Folie und manchmal auch mit einer Aluumrahmung.
Die Solarzellen selbst können sich auch im Herstellungsverfahren unterscheiden. Aktuell werden vorwiegend drei Solarzellentypen vertreiben, Mono- bzw. Polykristalline Module oder Dünnschichtmodule.
Die unterschiedlichen Solarzellentypen haben jeweils einige Vor- und Nachteile. Ein wichtiger Punkt, welcher zu beachten ist, wäre der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad beschreibt die Ausbeute aus der Sonnenenergie. Eine Solarzelle mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt somit auch mehr elektrische Leistung bei gleicher Einstrahlung.
Der Wirkungsgrad-Champion ist aktuell die monokristalline Solarzelle. Hier gibt es jedoch auch immer wieder Neuentwicklungen, sodass die bisherigen Modulwirkungsgrade von 19% (Quelle: Wikipedia) deutlich gesteigert werden konnten.
Solarmodule mit dem besten Wirkungsgrad und der besten Modulleistung finden Sie in meinem Solarmodul-Vergleich. In der übersichtlichen PV-Vergleichstabelle finden Sie das für Sie beste Solarmodul. Wenn Sie ein Balkonkraftwerk-Komplettset kaufen möchten, bietet es sich natürlich auch an, vorab zu prüfen, wie gut die angebotenen Solarmodule sind.
Andere Solarzellentypen, wie Polykristalline Module sind günstiger in der Herstellung, jedoch haben diese den Nachteil eines schlechteren Wirkungsgrads von ca. 17%. Das Schlusslicht bilden die Dünnschichtzellen mit einem Wirkungsgrad von 6-10 %.
Natürlich stehen die Entwicklungen im Bereich der erneuerbaren Energien nicht still, sodass auch hier weitere Verbesserungen und höhere Wirkungsgrade in den nächsten Jahren zu erwarten sind. Für ein Balkonkraftwerk, welches auf geringem Raum, die höchste Ausbeute erzielen sollte, eignen sich monokristalline Solar Panels am besten.
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Wechselrichter / Inverter
Der Wechselrichter ist bei einem Balkonkraftwerk zwingend erforderlich, damit die elektrische Energie sicher in das Hausnetz eingespeist werden kann.
Bei der Auswahl des Wechselrichters sollte zwingend darauf geachtet werden, dass es sich um ein zertifiziertes Produkt handelt. Zertifizierte Produkte erfüllen die aktuellen Richtlinien und sorgen für einen sicheren Betrieb.
So ist z.B. bei Berührung der Steckerstifte kein Stromschlag möglich, da der Wechselrichter am Spannungsausgang innerhalb kürzester Zeit (in der Regel 0,2s) die Spannungsfreiheit sicherstellt.
Balkonkraftwerk Stecker und Kabel
Viele Mini Solaranlagen werden mit einem handelsüblichen Schukostecker geliefert, welcher direkt in die heimische Schuko-Steckdose gesteckt werden kann. Einige werden auch mit speziellen Einspeisesteckern / Steckdosen geliefert, z.B. dem Betteri-Stecker* oder dem Wieland-Stecker*.
Aufgrund der Sicherheitsmechanismen des Wechselrichters spricht generell nichts gegen diese Methode.
Der Wechselrichter sorgt wie oben Beschrieben dafür, dass die Anlage sicher betrieben werden kann. Beim Ausstecken des Steckers aus der Steckdose kann der Anwender theoretisch einen elektrischen Schlag bekommen, aber auch nur, wenn er beide Steckerstifte gleichzeitig berührt und das innerhalb von 0,2s nach dem Ausstecken, was sehr unwahrscheinlich ist. Wichtig ist hier, dass es sich um einen zertifizierten Wechselrichter handelt.
In der VDE Norm wird der Schutz durch eine Hardware-Lösung beschrieben. Einer Steckerkonstruktion, welche einen Kontakt des Anwenders mit elektrisch leitenden Teilen beim Ein- und Ausstecken verhindern soll.
Benötigt man eine Wieland Steckdose / Wieland Stecker?
Es ist nicht zwingend ein Wielandstecker * oder eine Wielandsteckdose erforderlich. Die Norm dürfte ohnehin nicht nur einen Anbieter einer Steckdose vorgeben, welcher zwingend verwendet werden muss. Beschrieben ist das Thema Energiesteckvorrichtungen / Energiesteckdose / Energieeinspeisesteckdose in der DIN VDE V 0628-1 VDE V 0628-1:2018-02. Aktuell scheiden sich immer noch die Geister und es muss mit jedem Netzbetreiber abgeklärt werden, wie die Einspeisung erfolgen soll. Die VDE Vorgaben werden höchstwahrscheinlich im Jahr 2023 dahingegen noch angepasst, sodass im besten Fall zu erwarten ist, dass die Einspeisung über Schuko-Steckdosen zukünftig ohne Vorbehalt möglich sein könnte.
Mehr Infos und was sich bei Balkonkraftwerken alles ändern könnte.
Befestigung eines Balkonkraftwerks
Die Befestigung sollte so gewählt werden, dass die Solaranlage auch Schnee, Stürmen und unter anderen widrigen Bedingungen standhält. Der Ingenieur rechnet auf die anzunehmende Belastungen immer noch einen Sicherheitsfaktor, um Anlagen immer sicher betreiben zu können.
Diesen Sicherheitsfaktor sollten Sie auch berücksichtigen und dafür sorgen, dass Ihre Solarpanelen sicher montiert und die Kabel und der Wechselrichter Wettergeschützt und sicher verbaut bzw. verlegt werden. Für einen guten Ertrag und somit einer guten Stromausbeute sollte dafür gesorgt werden, dass die Solaranpanelen an einem guten Standort befestigt werden.
Generell sollte berücksichtigt werden, dass möglichst den ganzen Tag über uneingschränkt Sonne auf das Modul scheinen kann, ohne dass durch Bäume, Häuser oder anderen Gegenständen ein Schatten auf das Modul geworfen wird. Es gibt bereits entsprechende Aufsteller, um die Solarmodule in einem guten Winkel zur Sonne zu positionieren. Ebenso gibt es Halterungen, welche direkt an das Balkongeländer montiert werden können.
Der Vorteil der Montage am Balkongeländer, also an der Außenseite besteht darin, dass durch den Balkonaufsteller kein Platz verschwendet wird. Ein weiterer beliebter Einsatzort ist auch das Garagendach. Dieser Platz ist meistens ohnehin ungenutzt und kann ideal für eine Mini-PV-Anlage verwendet werden.
Die Halterung sollte immer möglichst verstellbar sein, damit sie auf Ihre Bedürfnisse angepasst werden kann. Durch die Anpassung des Winkels und die Ausrichtung in Richtung Sonne, erhalten Sie einen höheren Ertrag mit Ihrer Balkonsolaranlage.
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Funktionsweise eines Balkonkraftwerks
Die Funktionsweise einer Balkon-Solaranlage ist schnell und einfach erklärt. Die in Sonnenstrahlen enthaltene Energie wird durch die Solarpanelen aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Genauer gesagt wird durch die Solarzellen ein Gleichstrom erzeugt.
Da das Hausnetz mit 230 V 50 Hz Wechselstrom betrieben wird, ist vor der Einspeisung noch ein Wechselrichter erforderlich. Dieser wandelt die Gleichspannung in eine für das Hausnetz verwendbare Spannung von 230 V und 50 Hz um.
Vom Wechselrichter wird ein Kabel verlegt, welches am anderen Ende ein Schuko-Stecker oder einen Wieland-Stecker montiert hat. Nach dem Einstecken des Steckers synchronisiert der Wechselrichter die Frequenz und schaltet den Ausgang frei, sodass die Einspeisung direkt erfolgen kann.
Funktionsweise eines Balkonkraftwerks
Die Funktionsweise einer Balkon-Solaranlage ist schnell und einfach erklärt. Die in Sonnenstrahlen enthaltene Energie wird durch die Solarpanelen aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt.
Genauer gesagt wird durch die Solarzellen ein Gleichstrom erzeugt. Da das Hausnetz mit 230 V 50 Hz Wechselstrom betrieben wird, ist vor der Einspeisung noch ein Wechselrichter erforderlich.
Dieser wandelt die Gleichspannung in eine für das Hausnetz verwendbare Spannung von 230 V und 50 Hz um. Vom Wechselrichter wird ein Kabel verlegt, welches am anderen Ende ein Schuko-Stecker oder einen Wieland-Stecker montiert hat. Nach dem Einstecken des Steckers synchronisiert der Wechselrichter die Frequenz und schaltet den Ausgang frei, sodass die Einspeisung direkt erfolgen kann.
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Normen und Vorgaben
Auch bei der Installation eines Balkonkraftwerks muss man einige Normen beachten. Es handelt sich schließlich um eine elektrische Anlage, welche nicht nur Energie erzeugen, sondern bei falscher Dimensionierung oder durch einer fehlerhaften Installation zum Schaden führen kann. Wenn Sie sich zertifizierte Balkonkraftwerke kaufen oder auch einzelne Bauteile kaufen, sind Sie meist schon auf der Sicheren Seite. Gute Anbieter von PV-Insel-Lösungen bieten auch den Service einer Beratung an. An dieser Stelle möchte ich Ihnen dennoch einen Überblick über die geltenden Normen geben.
DIN VDE V 0100-551-1 Errichten von Niederspannungsanlagen
Die Norm-Vorgabe DIN VDE V 0100-551-1 beschreibt die Art des Anschlusses. Somit auch relevant für das Betreiben eines Balkonkraftwerks, welches direkt an das Hausnetz angeschlossen wird. Es dürfen maximal 600 W durch eine Anlage eingespeist werden, wenn das vorhandene Hausnetz bereits durch entsprechende Sicherungen (Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen) geschützt ist.
Es wird unterschieden zwischen einem Festanschluss, welcher in der Regel eine Elektrofachkraft zur Installation erfordert und somit zu weiteren kosten führt oder als Alternative wird auf die Norm VDE V 0628-1 für Steckvorrichtungen verwiesen.
DIN VDE V 0628-1 Energiesteckvorrichtungen
VDE-AR-N 4105 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz
Bei der Norm VDE-AR-N 4105 geht es um die technische Mindestanforderung, welche ein Wechselrichter einer Balkonsolaranlage erfüllen muss. Sie dient vor allem der Sicherheit der Anwender, dass diese keinen elektrischen Schlag bekommen. Denn folgende Frage sollte stehts mit „nein“ beantwortet werden können.
Besteht die Gefahr eines Stromschlages durch ein Balkonkraftwerk?
Wenn man das Ende des Schukosteckers, also den Ausgang vom Micro-Wechselrichter anfasst, bekommt man keinen Stromschlag. Warum nicht? Die Anlage erzeugt doch eine Spannung, welche auch am Ende des Steckers anliegen müsste.
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Fazit zu Balkonkraftwerken
Die Frage „Was ist ein Balkonkraftwerk?“ habe ich in diesem Beitrag im Detail beleuchtet. Balkonkraftwerke sind eine einfache Methode, um direkt mehr Ökostrom, in diesem Fall Sonnenergie, zu nutzen. Es gibt zwar oft Angebote von Stromanbietern Ökostrom zu beziehen, aber noch einfacher ist es, wenn man den eigenen Ökostrom erzeugt und direkt nutzen kann. Der Aufbau ist nicht schwer und der Preis für die Bauteile bzw. für Balkonkraftwerke-Komplettsets halten sich im Rahmen. Im Verhältnis dazu, dass täglich Strom geliefert wird, relativieren sich die kosten. Bei steigenden Energiepreisen rechnen sich diese Geräte noch mehr, da weniger teurer Strom von Stromanbietern bezogen werden muss. Gerade Camper nutzen gerne Solarzellen um ihren eigenen Strom zu erzeugen und ihre Versorgungsbatterien aufzuladen, warum sollte man das nicht auch im eigenen Haushalt machen?
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