Selbstinstallation: 3 bis 5 Schritte zur privaten Photovoltaikanlage!
Der zeitliche und finanzielle Aufwand für die Installation einer privaten Photovoltaikanlage richtet sich prioritär nach der Anzahl der ausgewählten PV-Komponenten. Darüber hinaus ist auch entscheidend, ob man sich im Vorfeld ausreichend verschiedene Angebote von Installationsunternehmen eingeholt hat und man im Zuge dessen den Dienstleister mit dem für das jeweilige Bauvorhaben besten Preis-Leistungs-Verhältnis und mit der besten Expertise auswählen kann.
Wer von Ihnen handwerklich begabt ist und grundlegendes Verständnis zu Elektrizität, Verschaltungen und Wärmetechnik mitbringt, kann auch einige der im Folgenden erläuterten PV-Installationsschritte selbst vornehmen oder zumindest mit dem neu angeeigneten Wissen im Hinterkopf den Installationsvorgang besser nachvollziehen und überwachen.
Das sind die Schritte für Ihre PV-Installation in Kürze:
1. Installationen auf dem Dach
Sie befestigen zunächst die PV-Unterkonstruktion mit Dachhaken, Montageschienen und Montagezubehör. Danach können die PV-Module mit dem Klemmenzubehör montiert werden.
2. Die Module richtig miteinander verschalten
Dabei können Sie sich für die Reihenschaltung oder die Parallelschaltung entscheiden. Reihenschaltungen ermöglichen geringere Leistungsverluste - dafür sind höhere Sicherheitsmaßnahmen bei der Handhabung erforderlich. Parallelschaltungen leiten mehr Strom, aber der Installationsaufwand wird dadurch größer.
3. Wechselrichter installieren
Die modulkompatiblen Wechselrichter müssen in Zählerschranknähe unter bestimmten Abstandsregeln von der Wand und brennbaren Gegenständen aufgestellt und mit den PV-Modulen verkabelt werden. Ggf. werden noch Energy Managements Systeme mit dem Wechselrichter verbunden.
4. Stromspeicher installieren
Auch die zu installierenden Stromspeicher müssen kompatibel mit dem Wechselrichter sein und sollten in dessen Nähe errichtet werden, z.B. mittels einer Bodenverankerung. Auch der Stromzähler sollte nicht weit entfernt stehen.
5. eine Wallbox anschließen
Suchen Sie in Ihrer Garage einen geeigneten Platz oder einen anderen Unterstand am Haus. Dort wird die Wallbox mit einer Bodenvernakerung aufgestellt. Unterirdisch verlegte Starkstromkabel führen von der Schaltzentrale zur Wallbox. Als Verstaumöglichkeit montieren Sie noch eine Kabelhalterung.
Schritt 1: Dachinstallationen
Diesen ersten Schritt können Sie noch selbst erledigen: Als erstes müssen Sie die Dachhaken auf dem jeweiligen (Ziegel-)Dachbelag befestigen. Dazu werden die Ziegel an den gewünschten, vorher abgemessenen Stellen abgenommen und mit der Dachkonstruktion verschraubt. Ggf. müssen die Ziegel noch nachgeflext werden, damit die Haken passen und nichts verkantet bzw. übersteht. Dann werden die Montageschienen mit den Dachhaken verschraubt.
Bei Trapez- und Wellblechdächern kann man sich den ersten Schritt sparen und stattdessen die Schienen direkt ohne Haken auf das Dach aufschrauben. Achten Sie dabei darauf, dass Sie die vom Hersteller empfohlenen Schrauben verwenden. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Edelstahlschrauben mit Dichtungsringen.
Nachfolgend können jeweils die PV-Module aufgesetzt und mit den vorgesehenen Modulklemmen fixiert werden. Mittelklemmen erfüllen gleich zwei Funktionen: Mit ihnen lassen sich zwei PV-Module auf einmal befestigen und sind so genormt, dass die Mindestabstände zwischen zwei Modulen eingehalten werden. Mit den Endklemmen lassen sich die Module zusätzlich an den Rändern stabilisieren. Wie viele Klemmen mit welchem Drehmoment pro Modul befestigt werden müssen, können Sie den Datenblättern der PV-Modulhersteller entnehmen und die Montage den Angaben getreu umsetzen – andernfalls setzen Sie eventuell die Herstellergarantie aufs Spiel.
Beispielrechnung für den Bedarf an PV-Zubehör
Die folgenden Berechnungen stellen übliche Richtwerte dar, wenn wir von einem Einfamilienhausdach ausgehen, dass mit insgesamt 20 Modulen in 2 Reihen (10×2) ausgestattet wird.
80 Dachhaken
Anzahl der verw. PV-Module x 4 = 20 x 4
36 Mittelklemmen
(Anzahl der Module - Anzahl der Reihen) x 2 = (20-2) x 2
8 Endklemmen
Anzahl der Außenmodule x 2 = 4 x 2
44 Montageschienen
Anzahl Mittelklemmen + Anzahl Endklemmen = 36 + 8
ca. 185 bis 200 Schrauben
Anzahl Montageschienen x 4 + Reserve
= 44 x 4 + Reserve
Schritt 2: Module verschalten
PV-Module richtig in Reihe schalten
Alle Module verfügen rückseitig über 2 Kabel mit einem Plus- und einem Minuspol. Bei einer Reihenschaltung wird jeweils der Pluspol des einen Moduls in den Minuspol des nächsten Moduls gesteckt, sodass sich die Einzelleistungen zu einer Gesamtleistung potenzieren.
In unserem Beispiel mit 20 Modulen, die jeweils eine Nennleistung von 400 Wp haben, ergibt sich demgemäß eine Gesamtleistung von 8.000 Wp bzw. 8 kWp.
Dies klingt soweit einfach, es gilt dabei jedoch noch eine weitere elementare Sache zu beachten: Neben der Nennleistung addieren sich auch die Leerlaufspannungen der Module. Bei 20 Modulen mit einer Leerlaufspannung von bspw. 46,30 V kommt man so auf eine Gesamtleerlaufspannung von 926 V. Das kann nicht nur vor dem Hintergrund, dass viele Wechselrichter Toleranzbereiche von 200 bis 1000 Volt haben, problematisch sein, sondern auch in Anbetracht dessen, dass so hohe Spannungen für den menschlichen Körper im Kontaktfall tödlich sein und Brände verursachen können.
Daher behilft man sich am besten damit, dass man nicht alle Module in einer Reihe schaltet, sondern diese in Schaltgruppen, den sogenannten Strings, aufteilt. Somit können die Spannungen halbiert, gedrittelt bzw. gemäß der jeweiligen prozentualen Flächenaufteilungen herabgesetzt werden. Für die richtige Aufschlüsselung der Teilleerlaufspannungen sorgt dann der MPP-Tracker am Wechselrichter (später dazu mehr).
Vor Leistungsverlusten oder Totalausfällen können Sie sich darüber hinaus absichern, indem Sie Ihre PV-Module mit Bypass-Dioden ausstatten, die jene Fehler registrieren und überbrücken, die Sie selbst nicht auf den ersten Blick erkennen. Sind bestimmte Stellen an den Modulen beispielsweise verschattet oder durch Verschmutzungen verkrustet, so sorgen die Bypass-Dioden dafür, dass die dadurch punktuell hervorgerufenen Leistungseinbußen in den Solarzellen nicht auf das gesamte Modul oder die gesamte Modulschaltung übergreifen. Die Bypass-Dioden werden immer dann aktiv, wenn im Zuge von Elektronenstauen die Spannungen steigen, aber auch wenn die Stromstärke zu hoch ansteigt. Der Strom wird somit von der betroffenen Solarzelle durch die Diode umgeleitet. Der Einsatz von Bypass-Dioden sollte allerdings nicht überstrapaziert werden. Gehen Sie kaputt, kann die Stromleitung ganz unterbrochen oder Kurzschlussreaktionen hervorgerufen werden.
Treten auf der Gesamtmodulfläche oder innerhalb einzelner Strings bei einigen Modulen temporär oder dauerhaft Verschattungen durch Bäume, Sträucher oder andere großflächige Schatteneinfälle auf, so werden nicht nur die Leistungen dieser Module, sondern auch die Leistungen der anderen, innerhalb der jeweiligen Verschaltungen befindlichen Module herabgemindert. Bei ganzheitlichen Reihenschaltungen sollten daher Verschattungen ganz vermieden werden. Hat man dagegen Strings angelegt, sind auftretende Verschattungen zwar auch ärgerlich. Hier kann man aber die Verluste deutlich kleiner halten, indem man die Strings so anlegt, dass in maximal einem dieser Strings Verschattungen vorkommen, sodass die anderen Strings dauerhaft mit voller Leistungsfähigkeit betrieben werden können.
Um einen angemessenen Potenzialausgleich herstellen zu können, sollten die Module zusätzlich mit Erdungskabeln versehen werden, die durch die komplette PV-Unterkonstruktion bis zum Wechselrichter führen und dort geerdet werden.
PV-Module richtig parallel schalten
Bei einer Parallelschaltung verfahren Sie genau andersherum als bei der Reihenschaltung. Hier müssen Sie jeweils alle positiven Anschlüsse und alle negativen Anschlüsse der zu verschaltenden Module über die Verbindungskabel miteinander verknüpfen – immer Pluspol in Pluspol und Minuspol in Minuspol. Besonders geeignet für Parallelschaltungen sind Halbzellenmodule, weil bei diesen Modulen in den Solarzellen verringerte Serienwiderstände auftreten.
Um Spannungsunterschiede/-verluste zu vermeiden, sollten Sie sich dafür entscheiden, für die gesamte Parallelschaltung nur gleiche Verbindungskabel einzusetzen. Querschnitte, Längen und Typ sollten identisch sein.
Sind die Module alle miteinander verbunden, können Sie anschließend jeweils ein Kabel vom positiven und ein Kabel vom negativen Anschlussstrang an den Wechselrichter anstecken.
Durch diesen Verschaltungsmodus potenzieren sich die Stromstärken der einzelnen Module bei gleichbleibender elektrischer Spannung, womit ein positiver Effekt auf die Anlagengesamtleistung erzielt wird. Der höhere Stromfluss erfordert aber auch höhere Investitionen, denn Sie brauchen dafür dickere und damit teurere Stromkabel, die dem Transport standhalten.
Überprüfen Sie bitte darüber hinaus auch vorher schon, ob Ihr Wechselrichter für die Gesamtleistung der parallel verschalteten Module ausgelegt ist. Wenn Ihr Wechselrichter bspw. 3.500 Watt verarbeiten kann und Ihre Module 385 Wp haben, dann können Sie nur maximal 9 Module (3.500 Watt / 385 Wp) in Reihe schalten. Bei Modulen mit 435 Wp sind es dagegen bereits nur noch 8 Module.
Schritt 3: Montage des Wechselrichters und PV-Kabel richtig anschließen
Eingangs ist zu erwähnen, dass vor der Installation des Wechselrichters alle benötigten PV-Kabel und das eben erwähnte Erdungskabel schon in der Nähe der PV-Module liegen und zum dem Ort führen, an dem der Wechselrichter installiert werden soll. Alle im Folgenden genannten Schritte sollten ausschließlich von erfahrenen Elektroinstallateuren vorgenommen werden, da diese starke Gefahrenpotenziale birgen. Die meisten PV-Anlagen kommen sehr gut mit 6mm-Querschnitt-PV-Kabeln aus. Falls die Wahl auf andere Kabel fallen sollte, hilft ggf. ein Blick in die Datenblätter der Hersteller. Wie im Kapitel Wechselrichter beschrieben, können die Strecken von den Modulen zum Wechselrichter variabel sein. Im Optimalfall sind sie aber so kurz wie möglich zu halten, um Spannungsverluste zu unterbinden.
Die Anzahl der benötigten PV-Kabel richtet sich nach den beanspruchten Eingängen im Wechselrichter und damit einhergehend vor Allem danach, ob und in wie viele Strings die Modulfläche von Ihnen eingeteilt worden ist. Jede Fläche benötigt zwei Verbindungen mit dem Wechselrichter – eine am Plus- und eine am Minuspol. Bei zwei Strings werden demzufolge vier PV-Kabel benötigt.
Wechselrichter müssen immer auf die Gesamtanlagenleistung ausgerichtet sein. Pro kWp sollte der Wechselrichter 1 KVa Nennleistung erbringen – macht bei einer Gesamtanlagenleistung von 10 KWp, dementsprechend 10 KVa für den Wechselrichter. Die meisten Wechselrichter für private PV-Anlagen sind circa 50 x 50 x 25 cm (H x B x T) groß und benötigen an allen Seiten noch 20 weitere cm Platz, um Kühlvorgänge mittels natürlicher Konvektion aufrecht erhalten zu können. Dabei macht man sich die Druck- und Temperaturunterschiede der zirkulierenden Luftmassen zu Nutze.
Wechselrichter sind nicht an irgendwelchen beliebigen Stellen im Haus zu installieren. Sie sollten immer direkt mit der Zählereinrichtung des Hauses verbunden sein und sich somit in deren unmittelbaren Nähe befinden. Um bestmöglichen Halt und Zugänglichkeit zu gewährleisten, empfiehlt sich ein Verbau an der Wand oder einer geeigneten Montagevorrichtung. Wenn die Kabel schon an Ort und Stelle bereitliegen, können diese entweder durch Dachöffnungen geschoben (bei Trapezwelldächern) oder mittels der Nutzung von speziellen Durchführungen (bei Ziegeldächern) in das Hausinnere befördert werden. Achten Sie aber bitte darauf, dass Sie die Kabel mit Kabelverkleidungen von anderen Kabeln, die durch das Haus führen, abschirmen.
In einer Parallelschaltung müssen Sie ebenfalls noch den hauseigenen Blitz- und Überspannungsschutz mit dem Wechselrichter verbinden. Dieser befindet sich meistens direkt hinter dem Hauseintritt. Bei Verbindungswegen zwischen Wechselrichter und dem Blitz- und Überspannungsschutz, die länger als 10 Meter sind, muss unbedingt dazwischen noch ein zweiter Blitz- und Überspannungsschutz installiert werden. Um auftretende Fehler zwischen einzelnen Strings besser auszugleichen, sollte ebenso noch ein DC-Schalter in dieser Parallelschaltung berücksichtigt werden, der im Ernstfall die PV-Module vom Wechselrichter abkoppeln.
Sind all diese Komponenten miteinander verschaltet, können schlussendlich auch die PV-Kabel mit dem Wechselrichter verbunden werden. Dies geschieht entweder durch Verschrauben oder indem man die Kabel mit vercrimpten Aderendhülsen in dafür vorgesehene MC4-Buchsen einsteckt. Der Anschluss des Wechselrichters an den heimischen Stromkreislauf sollte unter der Absicherung mit einem Leistungsschutz- und einem FI-Schalter des Typs B erfolgen, wenngleich die meisten Wechselrichter schon über interne Schutzeinrichtungen verfügen.
Um Smart-Home-Technik später adäquat zur Steuerung des eigenen Produktions- und Verbrauchsverhaltens nutzen zu können, muss der Installateur auch noch ein Smart Meter am Stromzähler einbauen und ggf. mit dem Wechselrichter verbinden. Danach können die PV-Kabel auch am Dach in die Module gesteckt werden. In manchen Fällen können Smart Meter auch an eine beliebige Steckdose im Haus angeschlossen werden, sofern damit schnell die Konnektivität mit dem heimischen Internetrouter hergestellt werden kann.
Wenn alle obligatorischen Bauteile installiert und richtig aneinander vom Installateur angeschlossen worden sind, können Sie gemeinsam die Anlage in Betrieb nehmen. Achten Sie bei diesem finalen Schritt darauf, dass Ihnen der Installateur ein Inbetriebnahmeprotokoll anfertigt und an Sie aushändigt und er die Anmeldung Ihrer Anlage beim Netzbetreiber übernimmt. Welche Daten alle in das Inbetriebnahmeprotokoll aufgenommen werden müssen, erfahren Sie hier.
Schritt 4 (optional): Einbau eines Stromspeichers
Ist die Anmeldung abgeschlossen und alle vorgenannten Schritte erledigt, können wir Ihnen wieder herzlich gratulieren. Ihre PV-Anlage ist jetzt einsatzbereit und Sie können eigenmächtig sauberen Strom erzeugen. Optional können Sie für ein noch clevereres Energiemanagement einen Stromspeicher einbauen. Ob ein Stromspeicher als zusätzliche Komponente für Sie von Wichtigkeit ist, sollte im Vorfeld genaustens überlegt werden, da der Stromspeicher die Gesamtkosten für Ihre PV-Anlage ziemlich in die Höhe treiben kann. Es ist durchaus möglich, dass der Stromspeicher in etwa so viel kostet wie die Module, die PV-Unterkonstruktion und der Wechselrichter zusammen. Genauere Beispielangaben dazu können Sie unserem Rechenbeispiel entnehmen.
Vor dem eigentlichen Einbau des Strom-/Batteriespeichers sollte wieder eine Kompatibilitätsprüfung mit dem Wechselrichter und anderen Einrichtungen stehen. Außerdem sollten Sie sich vergegenwärtigen, wie viel Strom Sie tatsächlich im Jahr verbrauchen und ob Geräte mit hohem Versorgungsanspruch, wie bspw. Wallboxen oder Wärmepumpen, von der PV-Anlage mitversorgt werden sollen. Kurzum: Berücksichtigen Sie auch diesen Installationsschritt schon mit Bedacht in der Konzeptionsphase Ihrer PV-Anlage.
(5 kWh x 365 Tage) / 5.000 kWh = 0,365 Tage = 8,76 Stunden
(13 kWh x 365 Tage) / 5.000 kWh = 0,949 Tage = 22,78 Stunden
Aus Gründen des Komforts empfehlen wir Ihnen, den Speicher in unmittelbarer Nähe des Stromzählers und hinter den Wechselrichter anzubauen, bspw. mit einer Wand- oder Bodenverankerung, sofern der Speicher eine AC-Anbindung hat und somit den konvertierten Wechselstrom schon verarbeiten kann. Rein DC-angebundene Speicher hingegen sind zwischen den PV-Modulen und dem Wechselrichter anzuschließen, sodass der Strom noch als Gleichstrom im Speicher zwischengelagert und anschließend vom Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Am einfachsten geht die Installation über die Bühne, wenn Sie einen Hybridwechselrichter oder einen Batteriewechselrichter aufgestellt haben. Beim Hybridwechselrichter ist der Wechselrichter direkt mit den Modulen und dem Speicher verbunden. Bei manchen Speichern mit Bodenverankerung gilt es einen Abstand von circa 7 bis 15 cm von der Wand einzuhalten, damit die integrierten Kühlungselemente richtig arbeiten können.
Nach Errichtung der Verankerung mittels Schrauben können die einzelnen Batteriemodule und das Leistungsmodul darin aufeinandergesetzt werden. Die Module werden dann jeweils miteinander und im Falle einer Bodenverankerung zur zusätzlichen Stabilisierung auch noch mit der Wand verschraubt. Sämtliche Module werden anschließend noch mit Erdungskabeln miteinander verbunden. Für die DC- und AC-Verbindungen vom oberen Batteriemodul zum Leistungsmodul werden herstellerseitig meist passende Kabel mitgeliefert, die gemäß Anleitung eingesteckt werden müssen. Sobald Sie dann noch die Glasfaserkabel sowie das (Fundament-)Erdungskabel mit dem Leistungsmodul verbunden haben, können Sie schon die Abdeckkappen befestigen.
Beachten Sie dabei, dass sowohl die Batteriemodule als auch das Leistungsmodul mit diesen Glasfaser-Kommunikationsleitungen versehen werden, die am Ende allesamt zum Wechselrichter führen. Welche Stränge an den Kabeln noch isoliert und vercrimpt werden müssen, weiß der Installateur. Möglicherweise müssen an den Modulen dafür noch spezielle Aufsätze eingesteckt werden, die im Lieferumfang enthalten sein sollten. Sind alle Kabel richtig angebracht worden, kann der Akku in Betrieb und ggf. über eine App noch kalibriert werden.
Schritt 5 (optional): eine eigene Wallbox für die Garage oder den Fahrzeugunterstand
Wallboxen und Photovoltaik-Anlagen bilden ein echtes Dreamteam. Denn sein eigenes emissionsfrei fahrendes E-Auto mit selbst produziertem Ökostrom zu betanken, stellt die Königsdisziplin in der autarken Eigenstromversorgung nach umweltverträglichen Gesichtspunkten dar.
Zuerst muss die Wallbox an der Garage oder unter einem Carport mittels Bodenverankerung oder direkt an der Wand installiert und ein fünf-adriges Starkstromkabel (mit 6mm Querschnitt) am Schaltschrank zum späteren Anschließen hinterlegt werden. Das Starkstromkabel wird deswegen benötigt, um bei der Verwendung der Wallbox die gewünschten Ladeleistungen abrufen und wichtige Elektroschutzstandards einhalten zu können. Bitte beachten Sie dabei, dass die Distanz zwischen der Wallbox-Ladebuchse und dem Ladeanschluss an Ihrem Fahrzeug nicht größer ist, als die Länge Ihrer Ladekabel.
Wenn das Starkstromkabel unterirdisch verlegt worden ist, kann eine eigene Kabelhalterung in der Nähe der Wallbox montiert werden (z.B. an einer angrenzenden Wand). Optional kann auch noch eine CCE-Dose angebracht werden. Zum Schluss muss das Starkstromkabel nur noch an den Schaltschrank angeschlossen werden.
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Die Wahl der Installationsfirma hat einen großen Einfluss auf die Qualität + die Kosten der Installation. Manches kann man auch selbst erledigen.
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Für den erfolgsversprechenden und reibungslosen Betrieb einer PV-Anlage müssen einige Regeln befolgt werden.
