Bei der Planung einer Photovoltaikanlage richtet sich die Aufmerksamkeit fast immer auf die Module: wie viele installiert werden sollen, welche Leistung gewählt wird, wo sie auf dem Dach platziert werden. Sie sind der sichtbare Teil des Systems, reichen aber allein nicht aus, um die Energie der Sonne bis zur Steckdose zu Hause zu bringen.
Eine Photovoltaikanlage funktioniert wie eine kleine Umwandlungskette: Aus Licht wird Gleichstrom, aus Gleichstrom wird nutzbarer Wechselstrom, und die erzeugte Energie wird zum Verbrauch im Haus, zum Speicher oder ins nationale Stromnetz geleitet. Jeder Schritt betrifft eine andere Komponente, und wer versteht, wie sie zusammenarbeiten, kann eine Offerte besser einschätzen und erkennen, wo die Effizienz einer Anlage tatsächlich entschieden wird.
Schauen wir uns im Detail an, was passiert, sobald Licht auf ein Modul trifft, bis die Energie tatsächlich bei deinen Haushaltsgeräten ankommt.
Was passiert, wenn Licht auf ein Photovoltaikmodul trifft
Ausgangspunkt ist der photovoltaische Effekt: ein physikalisches Phänomen, bei dem bestimmte Halbleitermaterialien beim Auftreffen von Licht Elektronen freisetzen und dadurch elektrischen Strom erzeugen. Jedes Modul besteht aus Dutzenden von Solarzellen, in den heute auf dem Wohnbaumarkt am weitesten verbreiteten Modellen fast immer aus monokristallinem Silizium, die elektrisch miteinander verbunden sind.
Wenn die Photonen des Sonnenlichts auf die Zelle treffen, geben sie Energie an die Elektronen des Siliziums ab und versetzen sie in Bewegung: Dieser geordnete Elektronenfluss bildet den elektrischen Strom. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist jedoch Gleichstrom (DC), dieselbe Stromart, die auch eine Batterie liefert: eine Stromart, die Hausinstallationen, die für Wechselstrom ausgelegt sind, nicht direkt nutzen können.
Vom Gleichstrom zum Wechselstrom: die Rolle des Wechselrichters
Hier kommt der Wechselrichter ins Spiel, die Komponente, die den von den Modulen erzeugten Gleichstrom aufnimmt und in Wechselstrom (AC) umwandelt, die einzige Form, die mit dem häuslichen und dem nationalen Stromnetz kompatibel ist. Ohne Wechselrichter bliebe die von den Modulen erzeugte Energie schlicht unbrauchbar: deshalb wird er oft als «Gehirn» der Anlage bezeichnet, mehr als ein einfaches Zubehörteil.
Neben der Umwandlung erfüllt der Wechselrichter eine zweite, ebenso wichtige Aufgabe: Über ein System namens MPPT (Maximum Power Point Tracker) regelt er laufend den Arbeitspunkt der Module, um jederzeit die maximal verfügbare Leistung herauszuholen, auch wenn sich die Einstrahlungsbedingungen im Tagesverlauf ändern. Zudem übernimmt er die elektrische Sicherheit der Anlage: Bei einem Stromausfall oder Netzstörungen trennt er sie automatisch, um sowohl die Anlage als auch allfällige Personen zu schützen, die an der Leitung arbeiten.
Wohin die tagsüber erzeugte Energie fliesst
Sobald die Energie in Wechselstrom umgewandelt ist, hat sie kein einziges Ziel: Sie wird nach einer Prioritätenordnung geleitet, die dir möglichst viele Einsparungen ermöglichen soll. Das Prinzip ist einfach: zuerst wird sie genutzt, dann gespeichert, erst zuletzt ins Netz eingespeist.
Vorrang hat immer der Eigenverbrauch: Die erzeugte Energie versorgt direkt die gerade eingeschalteten Geräte im Haus, ohne Zwischenschritte oder Übertragungsverluste nach aussen. Erst wenn die Produktion den momentanen Verbrauch übersteigt, wird der Überschuss anderswohin geleitet: in eine Batterie, sofern vorhanden, oder ins nationale Stromnetz.
In diesem zweiten Fall wird die ins Netz eingespeiste Energie vom lokalen Verteilnetzbetreiber (VNB) übernommen und vergütet, der gesetzlich zur Abnahme verpflichtet ist.
Speicherbatterien: die tagsüber erzeugte Energie abends nutzen
Die physikalische Grenze jeder Photovoltaikanlage besteht darin, dass sie Energie erzeugt, wenn Licht vorhanden ist, während sich der Verbrauch eines Haushalts oft auf die Abendstunden konzentriert, wenn die Anlage nichts mehr produziert. Speicherbatterien gibt es genau deshalb, um dieses Missverhältnis zwischen Produktion und Verbrauch auszugleichen.
Während der zentralen Tagesstunden wird die im Vergleich zum Verbrauch überschüssige Energie in die Batterie statt ins Netz geleitet. Abends oder an bewölkten Tagen bezieht der Wechselrichter zunächst die gespeicherte Energie, bevor er auf das Stromnetz zurückgreift, wodurch die Abhängigkeit vom externen Anbieter spürbar sinkt. Heute ist Lithium-Eisenphosphat (LFP) die vorherrschende Technologie für diese Art von Batterien, gewählt wegen ihrer hohen thermischen Sicherheit und ihrer langen Lebensdauer über zahlreiche Lade- und Entladezyklen. Um Module, Wechselrichter und Batterie mit einer einzigen Steuerlogik zu verwalten, wird in der Regel ein Hybrid-Wechselrichter eingesetzt, der von Anfang an für die Kommunikation mit dem Speicher konzipiert ist.
Was die tatsächliche Effizienz der Anlage wirklich beeinflusst
Die auf dem Datenblatt eines Moduls angegebene Nennleistung wird unter standardisierten Laborbedingungen gemessen, nicht unter den realen Bedingungen deines Dachs. In der Praxis hängt die tatsächliche Produktion einer Anlage von mehreren Faktoren ab, die es sich zu kennen lohnt, bevor man sie installiert:
- Ausrichtung und Neigung der Module zur Sonne, wodurch auf der Nordhalbkugel die Südausrichtung im Allgemeinen am ertragreichsten ist
- auch nur teilweise Verschattung (Kamine, Bäume, benachbarte Gebäude), die den Ertrag der gesamten in Serie geschalteten Modulkette verringern kann
- Zellentemperatur, da der Wirkungsgrad von Siliziummodulen leicht abnimmt, wenn die Betriebstemperatur über bestimmte Werte steigt, selbst an sehr sonnigen Tagen
- Qualität und Dimensionierung des Wechselrichters, der mit einem guten MPPT-System auch bei nicht optimalen Einstrahlungsbedingungen einen Teil der Produktion zurückgewinnen kann
Das ist auch der Grund, warum zwei Anlagen mit identischen Modulen, aber unterschiedlich geplant, deutlich unterschiedliche Jahreserträge haben können: Die Komponenten zählen genauso viel wie die Module selbst und sollten von jemandem gewählt und dimensioniert werden, der das Dach und die realen Gegebenheiten des Gebäudes beurteilt, nicht nur den Produktekatalog.
Eine Photovoltaikanlage ist ein System, nicht nur eine Summe von Modulen
Wer versteht, wie Zellen, Wechselrichter, Batterien und Energiemanagement-Logiken zusammenwirken, kann eine Offerte fundierter beurteilen: Eine gut geplante Anlage ist nicht diejenige mit den meisten Modulen oder dem leistungsstärksten Modul auf dem Markt, sondern diejenige, in der jede Komponente korrekt auf die anderen und auf die realen Gegebenheiten deines Hauses abgestimmt ist.
Wenn du wissen möchtest, wie eine Photovoltaikanlage massgeschneidert für dein Zuhause geplant wird, können die Experten von SB Energetica dein Dach beurteilen und dir die für deine Bedürfnisse effizienteste Lösung vorschlagen.