PV - selbst installieren - Planung - Umsetzung

 

Im Vergleich zu 2023 sind nicht nur die Modulpreise deutlich gefallen, auch die Wartezeit f√ľr die Umsetzung ist jetzt deutlich k√ľrzer. Eigentlich war das vorhersehbar, dennoch habe ich - wie viele andere auch - 2023 die Nerven verloren und die PV-Anlage selbst aufs Dach montiert. Im Nachhinein betrachtet konnte ich den h√∂heren Materialpreis mit der Eigenleistung und der aufwendigeren - daf√ľr aber lukrativeren - F√∂rderung kompensieren. Und: Ich darf noch die komplette Leistung ins Netz einspeisen, bevor die naheliegende Trafostation erweitert wird, auch wenn die Verg√ľtung nicht mehr allzu hoch ist.

Balkonkraftwerk vs. PV-Anlage

Die niedrigen Kosten und einfache und unb√ľrokratische Installation eines Balkonkraftwerks f√ľhren in den meisten F√§llen zu einer schnellen Amortisation. Etwas komplizierter ist die Rechnung bei einer PV-Anlage. Wie schnell sich eine PV-Anlage rechnet, ist als allererstes vom eigenen Stromverbrauch¬†und der Entwicklung des Strompreises abh√§ngig. Einen positiven Effekt auf die Rechnung kann sicherlich auch die Heizung haben, falls diese - wie im Falle einer W√§rmepumpe - mit Strom betrieben wird. Zudem spielen die verbauten Komponenten eine Rolle, wie hoch die Eigenleistung bei der Umsetzung ist und nicht zuletzt, wie hoch die F√∂rderung ausf√§llt.

Was wird f√ľr eine PV-Anlage ben√∂tigt?

  • Wechselrichter
  • PV-Panels
  • Montagematerial und Kabel
  • F√ľr Balkonkraftwerke bis 800 Watt¬†
    • Meldung beim Stromanbieter¬†
    • Schuko-Steckdose
  • Anlagen gr√∂√üer 800¬†Watt zus√§tzlich:¬†
    • Eigene Anbindung Sicherungsautomaten im Hauptverteilerschrank (FI,LS)
    • Eigene Verkabelung vom Hauptverteilerschrank zum Wechselrichter
    • √úberspannungsableiter: Zwischen PV-Panels und Wechselrichter, sowie AC-Seitig im Hauptverteilerschrank
    • und zumindest f√ľr √Ėsterreich:
      • Meldung beim und Abnahme durch den Energieanbieter¬†
      • Einspeisegenehmigung und
      • beim Verkauf der √ľbersch√ľssigen Energie einen Vertrag mit einem Energieabnehmer

Lessens Learned

Mehrere Strings: Panels in Serie ...

Beim Einsatz mehrere Panels werden diese in der Regel in sogenannten Strings in Serie zusammengeschaltet, √§hnlich einer Serienschaltung von Batterien. Mehrere Batterien oder in diesem Fall Panels in Serie erh√∂hen die Spannung bei gleichbleibendem Strom.¬†Wer sich ein klein wenig mit Elektrotechnik besch√§ftigt hat, wird wissen, dass es seitens Leitungsquerschnitt bei einer Serienschaltung nicht relevant ist, wie viel Panels in einem String zusammengeschlossen werden, da sich der Strom nicht √§ndert. F√ľr die Zuleitungen zu den Panels wird meist ein 6mm¬≤ Kabel verwendet, die Panels selbst sind meist mit einem 4mm¬≤ Kabel versehen.

S√ľd oder alternativ Ost-West Ausrichtung?

Die PV-Panels eines Strings sollten nach M√∂glichkeit im gleichen Winkel Richtung Sonne ausgerichtet werden. Am meisten Ertrag liefern diese in Mitteleuropa bei einer ca. 30¬į Ausrichtung in Richtung S√ľden. In Summe etwas weniger Leistung, daf√ľr aber besser √ľber den Tag verteilt, liefern PV Panels auf zwei Dachfl√§chen mit Ost-West-Ausrichtung. Um zwei unterschiedlich ausgerichtete Strings¬†bedienen zu k√∂nnen, besitzen die meisten Wechselrichter zwei MPP-Tracker, welche unabh√§ngig voneinander arbeiten, √§hnlich dem Einsatz von zwei getrennten Wechselrichtern.¬†

Pi mal Daumen Dimensionierung: Peak Leistung: 1 kWp = ca. 1000 kWh / Jahr 

F√ľr die grobe Dimensionierung ist es in Mitteleuropa g√§ngige Praxis, den j√§hrlichen Stromverbrauch / 1000 als Basis f√ľr die Dimensionierung der Anlage heranzuziehen. Als konkretes Beispiel w√ľrde eine 10kWp-Anlage in einem Jahr in etwa 10.000 kWh (10MWh) an Strom produzieren. Das Problem an dieser Rechnung ist der Zeitpunkt: Im Sommer wird unter Tags in der Regel ein Strom√ľberschuss produziert, Nachts oder im Winter reicht die Leistung nicht aus. Zum einen, weil die Tage im Winter k√ľrzer sind, zum anderen, da der Stromverbrauch im Winter √ľberwiegend h√∂her ist: speziell, wenn eine W√§rmepumpe oder andere Stromheizung im Einsatz ist. Ein entsprechend dimensionierter Batteriespeicher wirkt dem entgegen und steigert den Eigenverbrauch wesentlich, da die √ľber den Tag gesammelte √ľbersch√ľssige Energie in der Nacht konsumiert werden kann.¬†¬†

Peak Leistung: eher selten?

Durch meine Tests mit einem¬†Balkonkraftwerk ist mir klar geworden, dass die maximal m√∂gliche Peak-Leistung sehr selten erreicht wird: Speziell, wenn der Winkel zur Sonne nicht perfekt passt, oder es zu hei√ü ist. Nachdem das Dach meines Hauses nicht s√ľdseitig ausgerichtet ist, sondern Ost-West mit einer Dachneigung von 33¬į, wird die jeweilige Peak-Leistung vom Ost- und West-String niemals gleichzeitig erreicht.

Ost-West-Ausrichtung: Mehr Modulleistung als der Wechselrichter verarbeiten kann?

Angenommen, der j√§hrliche Stromverbrauch meines Haushalts liegt - wohlgemerkt inklusive Heizung - bei 10-14MW, dient dieser Wert als Basis f√ľr eine grobe Dimensionierung. Auf die Gefahr hin, dass der Wechselrichter hin und wieder sein Maximum erreicht, habe ich auf Basis der zuvor erw√§hnten¬†Pi mal Daumen Rechnung f√ľr den Wechselrichter 10 kWp und f√ľr die PV-Panels 15kWp Modulleistung eingeplant: 7,5 kWp f√ľr Ost und 7,5kWp f√ľr West. An dieser Stelle sollte nat√ľrlich ein Blick auf das Datenblatt des Wechselrichters geworfen werden, speziell auf die maximal m√∂gliche DC-Leistung.¬†Damit ist das Setup in der Lage, bei Sonnenschein von morgens bis abends Strom zu produzieren, m√∂glichst lange und m√∂glichst oft nahe an den 10kWp. Die 10kWp sind gleichzeitig die Engpassleistung, also die Leistung, die durch das leistungsschw√§chste Teil begrenzt wird, bei meinem Setup: der Wechselrichter.

Hier ein Beispiel eines sonnigen Tages im Juli: Die beiden Dachhälften: Ost- und West wechseln sich mit der Produktion ab. Bei starker Bewölkung liefern die beiden Dachseiten weniger, dann aber in etwa gleich viel, zu erkennen ab ca. 18:00 Uhr: Bei starker Bewölkung zählt also mehr die vorhandene PV-Fläche und weniger deren Ausrichtung.

Legende: gr√ľn: Gesamtleistung | gelb: Leistung Dachseite Ost | orange:¬†Leistung Dachseite West

Dadurch, dass ich die Modulleistung gr√∂√üer dimensioniert habe als der Wechselrichter verarbeiten kann, st√∂√üt dieser bei strahlendem Sonnenschein und √ľber die Mittagsstunden gerade im Sommer hin und wieder an sein Limit. Etwas genauer betrachtet ist das Verhalten nicht weiter schlimm, zumal der m√∂gliche Ertrag √ľber 10kWp zeitlich sehr begrenzt ist und die Peak-Leistung √ľber 10kW prozentual sehr wenig am Gesamtertrag beitr√§gt. Au√üerdem erreiche ich einen momentanen Haushaltsverbrauch von √ľber 10kW in der Praxis so gut wie nie: auch nicht, wenn mehrere stromhungrige Ger√§te, wie die W√§rmepumpe, das Backrohr, die Waschmaschine oder der Trockner gleichzeitig laufen sollten. Stelle ich die Mehrkosten f√ľr einen gr√∂√üeren oder zweiten Wechselrichter, mit dem m√∂glichen Mehrertrag gegen√ľber, denke ich, liege ich mit der Dimensionierung der Modulleistung nicht allzu falsch. Nicht zuletzt, da die zus√§tzliche Modulleistung in puncto Eigenverbrauch einen sehr positiven Effekt hat, indem der Ertrag - gerade bei nicht optimalen Lichtverh√§ltnissen - maximal hoch ist: dann wenn jedes Kilowatt z√§hlt.

Die Auswahl der PV-Panels: Spannung vs. Strom

Die Auswahl des Wechselrichters sollte unbedingt mit den Spannungs- und Stromwerten der PV-Panels abgestimmt werden, da diese ansonsten eventuell nicht die volle Leistung liefern k√∂nnen oder im Worst Case den Wechselrichter √ľberfordern und dieser dadurch den Dienst verweigert. Speziell tiefe Temperaturen im Winter k√∂nnten die Anlage an ihre Grenzen bringen. Warum das so ist, kl√§re ich in dem folgenden Artikel:¬†Die Auswahl der PV-Panels: Spannung vs. Strom

Benötige ich bei einer Teilbeschattung Leistungsoptimierer?

Die knappe Antwort auf diese Frage ist: "ich glaube nicht". Warum eventuell nicht, siehe: MPP und der Schatten: Leistungsoptimierer vs Dynamic Peak vs. Mikrowechselrichter

Sonnenverlauf: Positionierung

F√ľr die Positionierung der PV-Panele solle zudem ein Blick auf den Sonnenverlauf geworfen werden: Speziell die Schattenberechnung kann den Einfluss von benachbarten H√§usern oder Hindernissen f√ľr verschiedene Zeitpunkte und Jahreszeiten aufzeigen: www.sonnenverlauf.de/

Die Auswahl des Wechselrichters 

Um den Eigenverbrauch mit einem Akku erh√∂hen zu k√∂nnen, habe ich mich prim√§r nach Hybrid-Wechselrichtern umgesehen. Die √∂sterreichische "Wechselrichterliste TOR Erzeuger Typ A" schr√§nkt die Auswahl an zugelassenen Hybrid-Wechselrichtern f√ľr 10kWP auf einige wenige Anbieter ein. Nachdem mein Hausdach tags√ľber nicht verschattet ist, machen Leistungsoptimierern relativ wenig Sinn. Auch der Einsatz von Mikrowechelrichtern lohnt sich in meinem Fall nicht wirklich, da ein zentraler Wechselrichter wesentlich g√ľnstiger und besser f√ľr einen Batteriebetrieb geeignet ist. Schlussendlich¬†tendierte ich zwischen dem Huawei SUN2000 10KTL und dem Fronius Gen24 10kW, letzterer war mir von Anfang an sympathischer, vermutlich auch, da es sich bei Fronius um einen √∂sterreichischen Hersteller handelt. Die einfache M√∂glichkeit eine Notstromsteckdose zu implementieren, ist einer der wesentlichen Vorteile des Gen24, dagegen sprach lange dessen Preis und Verf√ľgbarkeit. Die Situation hat sich in der Zwischenzeit aber beruhigt.

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Details

Umbau - Erweitern des Verteilerschranks

Entspricht der Verteilerschrank dem Stand der Technik, ben√∂tigt die PV-Anlage in der Regel nur einen zus√§tzlichen FI und Leistungsschutzschalter. Da die meisten Wechselrichter bereits einen Typ B- FI verbaut haben, reicht im Z√§hlerschrank normalerweise ein billigerer Typ A FI. Die Details stehen beim Einsatz des Fronius Gen24 in dessen Bedienungsanleitung. Die Kabell√§nge vom Z√§hlerschrank zum Wechselrichter sollte zumindest in √Ėsterreich 10 Meter nicht √ľberschreiten, da ansonsten der im Vorz√§hlerfeld verbaute √úberspannungsschutz nicht ausreicht und ein zus√§tzlicher √úberspannungsableiter verbaut werden soll.

Ich hatte f√ľr die W√§rmepumpe noch einen eigenen Stromz√§hler im Einsatz, was f√ľr den Betrieb einer PV-Anlage mit √úberschusseinspeisung nicht ideal ist, da der selbst produzierte Strom mit nur einem Z√§hler besser genutzt werden kann. Aus diesem Grund hab ich gleichzeitig mit der Inbetriebnahme der PV-Anlage den zweiten Z√§hler still gelegt. Details zum Umbau, siehe: Fronius Gen24 Inbetriebnahme. Zudem konnte ich den Eigenverbrauch wesentlich steigern, indem ich Relais f√ľr das Steuern der Heizung verbaut habe, siehe:¬†Heizung mit Home Assistant steuern.

Verkabelung vom Wechselrichter zu den PV-Modulen

Sollte kein Blitzableiter vorhanden sein, reicht es In √Ėsterreich m√∂glichst nahe am Dacheintritt einen Generatoranschlusskasten (GAK) mit enthaltenem √úberspannungsableiter vom Typ 2 einzubauen. Die DC-Kabel der PV-Strings werden mit 4 mm¬≤ oder besser 6mm¬≤ Kabel mit dem GAK verbunden und vom GAK geht es mit 2 x 6 mm¬≤ Kabel pro String zum Wechselrichter. An dieser Stelle sollten 10 Meter nicht √ľberschritten werden, da ansonsten im oder vor dem Wechselrichter erneut ein √úberspannungsableiter verbaut werden soll. Zudem m√ľssen die Gleichstromkabel in √Ėsterreich laut R11-1 einem festen Mauerwerk oder / und in einem Metallrohr gef√ľhrt werden. Das Metallrohr f√ľhrt dann bis zum Dachaustritt zu den PV-Panels.

Montage der Module

Beim Dach meines Hauses handelt es sich um ein Satteldach mit einfachen Dachziegeln. Damit ich die Ziegel nicht ausschneiden muss und langfristig keinen Ziegelbruch riskiere, habe ich mich f√ľr SL-Rack Alpha Ersatzziegel entschieden. Die Montage selbst wird in zahlreichen YouTube-Videos gezeigt und sollte in wenigen Tagen erledigt werden k√∂nnen. F√ľr die Planung inkl. Statik und fertiger Materialliste unterst√ľtzt das SL-Rack Pro Tool.¬†

Die wahrscheinlich gr√∂√üte Herausforderung war dann die PV-Panels aufs Dach zu bringen. Nachdem meine Module mit 19,7 kg zwar auch unhandlich, aber dennoch zu den leichteren und kleineren Modellen z√§hlen, konnte ich sie per Hand √ľber die angrenzende Garage hochziehen.

 

Nach der Montage habe ich die Kabel der PV-Panels mit UV-best√§ndigen Kabelbindern an den Schienen befestigt, damit diese das Dach nicht ber√ľhren und nicht in Gefahr laufen im Laufe der Zeit Schaden zu nehmen.

Fazit

Abhängig von den Gegebenheiten, den eigenen Skills und Möglichkeiten kann bei der Umsetzung einer PV-Anlage durchaus relativ viel selbst gemacht werden. Zur groben Dimensionierung meiner Anlage habe ich, neben der Faustregel:  kWp * 1000, die Dachausrichtung: Ost-West einfließen lassen und die Modulleistung entsprechend größer festgelegt, sowie die Spannungs- und Stromwerte der PV-Panels und des Wechselrichters kontrolliert.

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