Ratgeber
Mit der Sonne Geld sparen – das ermöglicht die Photovoltaik. PV-Anlagen finden sich inzwischen nicht nur auf Privathäusern, sondern auch auf Bürogebäuden, Einkaufsmärkten und Fabrikhallen. Ergänzt mehr und mehr durch kleine Solarparks auf Freiflächen. Angesichts hoher Strompreise und preisgünstiger Solarmodule eine offenbar lohnende Investition. Vor allem dann, wenn die gewonnene Energie teilweise ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Dazu sind aber Wechselrichter nötig, die speziell für die Einspeisung konzipiert sind.
In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie die Inverter funktionieren und worauf bei der Einspeisung zu achten ist.
Die Zeiten hoher Einspeisevergütungen sind zwar vorbei, dennoch kann sich der Verkauf von selbst erzeugtem Solarstrom lohnen. Allerdings meist nur bei hohem Eigenverbrauch, der in vielen Industrie- und Gewerbebereichen ohnehin gegeben ist.
Dazu ein einfaches Rechenbeispiel:
Die Kosten für die Erzeugung von Solarstrom mit Kleinanlagen belaufen sich nach eigenen Rechnungen, für ca. 20m2 auf 0.13 CHF/kWh:
(10 Solarmodule a 400 Wp , einem Leistungs-, Effizienzfaktor von 0.75 ( 30 Grad, gute Ausrichtung, Beschlag, Beschattung, Alterung), mit durchschnittlich 1880h Sonne pro Jahr, Lebensdauerdauer von 30 Jahren und Kosten der kompletten Anlage: 22`000 CHF)
Ges. Leistung der Anlage: 10 Module * 400 Wp * 0.75 * 1880 h/Jahr * 30 Jahre = 169`200 kWh
Kosten pro kWh = 22000 CHF / 141000 kWh = 0.13 CHF
Bei einer Einspeisevergütung von ca. 0.089 CHF Hochtarif und 0.079 CHF Niedertarif (Stand 2023) pro Kilowattstunde, wäre dies natürlich ein Verlustgeschäft. Andererseits kostet eine Kilowattstunde Strom aus dem öffentlichen Netz ca. 0.24 CHF Hochtarif und 0.20 CHF Niedertarif.
Die Anlage nur teilweise amortisiert werden, am besten indem der Strom, selber verbraucht wird. Die Fördergelder des Bundes sind hier notwendig um grössere Anreize zu schaffen. Werden zusätzlich Batterien als Speicher verwendet, verlängert dies die Amortisationsdauer. Von den Kosten abgesehen ergibt sich aber der Vorteil, teilweise oder ganz und unabhängig vom Stromnetz zu sein.
Fazit:
Eine Solaranlage nur für die Einspeisung des Solarstroms zu betreiben, lohnt sich finanziell erst bei sehr großen Installationen mit Hunderten von Modulen. Daher spielt die Einspeisung bei der Installation üblicher Anlagen eine eher untergeordnete Rolle.
Wirtschaftlicher ist vielmehr die zusätzliche Substitution des Energiebedarfs aus dem Stromnetz durch Solarstrom. Denn dann reduzieren sich durch zusätzliche Batterien die Stromkosten rein rechnerisch auf fast die Hälfte. Voraussetzung ist allerdings ein Einspeisewechselrichter mit integriertem oder externem Ladegerät für Akkus.
Ein aktiver Einspeisewechselrichter, der sich auch für den eigenen Strombedarf einsetzen lässt, funktioniert zunächst wie jeder andere Wechselrichter: Er verwandelt Gleichstrom in Wechselstrom. Als Energiequelle dienen üblicherweise PV-Module, die durch Reihenschaltung in sogenannten Strings Gleichspannung erzeugen können.
Gängige Wechselrichter – oft auch als Inverter bezeichnet – besitzen im Allgemeinen eine elektronische Schaltung zum Festlegen des maximalen Leistungspunkts der angeschlossenen Module, den Maximum Power Point Tracker, kurz MPPT oder Optimierer. Die von den Panels gelieferte Spannungs-Strom-Kurve wird in dieser Schaltung analysiert und optimiert. Die MPPT-Einheit passt die angenommene Spannung an und sorgt dafür, dass die Module immer in der Nähe dieses optimalen Punkts arbeiten.
Nach der Optimierung erfolgt die eigentliche Umwandlung der Spannung, zunächst in eine weitere Gleichspannung, je nach Modul- oder String-Output herauf- oder heruntertransformiert auf 230 Volt. Die Konvertierung in Wechselstrom übernimmt eine hochfrequent arbeitende Halbleiter-Elektronik, an deren Ausgang eine mehr oder weniger glatte sinusförmige Welle entsteht. Die Aufbereitung zu einer für viele Geräte notwendigen reinen Sinuswelle mit 50-Hertz-Frequenz übernehmen nachgeschaltete Filter.
Die Netzeinspeisung erfordert zunächst eine Synchronisierung von Spannung, Frequenz und Phase des erzeugten Solarstroms mit dem Netzstrom. Wenn die Parameter stimmen, überwacht der Wechselrichter kontinuierlich die Bedingungen des Stromnetzes. Bei Abweichungen oder Störungen, wie beispielsweise einem Netzwerkausfall, trennt der Wechselrichter die PV-Anlage automatisch sicher vom Netz. Das schützt Leitungen und Benutzer.
Welche Art von Wechselrichter verwendet wird, hängt von der Photovoltaik-Anlage, der Montage und den Bedingungen ab, unter denen sie installiert ist. So benötigen kleine Solaranlagen andere Wechselrichter als große. Die Unterscheidung erfolgt deshalb in Mikro- und Stringwechselrichter:
Mikrowechselrichter
Mikrowechselrichter wandeln den erzeugten Gleichstrom pro einzelnes Modul direkt in eine Wechselspannung von 230 Volt um. Sie werden häufig für jedes Modul separat montiert. Bei der Umwandlung berücksichtigen Optimierer die Unterschiede zwischen den einzelnen Modulen wie Schatten, Verschmutzung oder Schnee und maximieren die Effizienz. Durch die Umwandlung pro Modul sind Mikrowechselrichter besser an unterschiedliche Bedingungen angepasst als in Reihe geschaltete Module mit einem Stringwechselrichter. Sie liefern daher auch im Schatten mehr Ertrag.
Mikrowechselrichter werden vorzugsweise für die Verteilung auf mehrere Dachflächen unter verschiedenen Bedingungen oder für nur wenige einzelne Module verwendet, die sich leicht auf mehrere Flächen verteilen lassen. Der spätere Anschluss zusätzlicher Module oder Akkus zur Energiespeicherung ist relativ einfach.
Stringwechselrichter
Stringwechselrichter berücksichtigen ebenfalls die Unterschiede zwischen den Modulen in Bezug auf die Ausrichtung oder den Schattenwurf. Für jede Reihe von Solarmodulen – die Strings – wird die Effizienz über einen eigenen MPP-Tracker maximiert. Durch Parallelschaltung arbeiten sie unabhängig voneinander, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Strings mit unterschiedlichen Ausrichtungen oder Neigungswinkeln lassen sich so optimal nutzen. Installation und Wartung sind im Vergleich zu einem System ohne Tracker allerdings teurer, da jeder Optimierer separat montiert werden muss und selbst Strom verbraucht. Der Wechselrichter selbst kann auch mit einem eingebauten MPP-Tracker ausgestattet sein.
Die wichtigsten Kriterien betreffen den Netzanschluss, die technischen Standards und die Sicherheitseinrichtungen.
So ist in der Regel mit dem zuständigen Netzbetreiber ein Netzanschlussvertrag abzuschließen. Der Netzbetreiber ist laut Erneuerbare-Energien-Gesetz verpflichtet, Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien an sein Netz anzuschließen und den erzeugten Strom gegen eine Vergütung abzunehmen. Die genaue Höhe der Vergütung kann je nach Art, Größe und Inbetriebnahmejahr der Anlage variieren.
Zu den technischen Standards gehören Vorschriften für den sicheren Anschluss und Betrieb von Solar-Anlagen. Ein Wechselrichter muss zum Beispiel die Norm VDE-AR-N 4105:2018-11 erfüllen, was bei der Anmeldung einer PV-Anlage nachzuweisen ist. Abhängig von der Größe und Art der Anlage sind zudem bestimmte Sicherheitseinrichtungen erforderlich, wie beispielsweise ein Netz- und Anlagenschutz, der sicherstellt, dass die Solar-Anlage bei Netzstörungen oder -ausfällen vom Netz getrennt wird.
Die Menge des ins Netz eingespeisten Stroms ist vom Betreiber der Anlage natürlich zu messen, normalerweise durch einen Zweirichtungszähler. Auf Basis dieser Messungen erfolgt die Abrechnung mit dem Netzbetreiber. Für Anlagen über einer bestimmten Leistungsgrenze gibt es Regelungen, nach denen die Anlagen fernzusteuern sind, um die Netzstabilität zu gewährleisten.