Vom Balkonkraftwerk zur vollwertigen Solaranlage

Solaranlage selber bauen, Eigenstrom produzieren – senkt die Stromrechnung und macht glücklich.

In diesem Artikel wird erläutert, wie eine Kleinst-Solaranlage innerhalb von einer Stunde in Betrieb geht. So etwas lässt sich schon mit ca. 400,- € realisieren und kann zur großen PV-Anlage ausgebaut werden. Aus eigener Erfahrung zeige ich, wie es funktioniert unter Verwendung von Mikrowechselrichtern der Firma Enphase.

Das einfache Balkonkraftwerk

Einfach ein Solarmodul in den Garten stellen, die zwei MC4-Stecker vom Solarmodul mit dem Mikrowechselrichter verbinden, Stromkabel anstecken, fertig. Das Ganze kann beliebig ausgebaut werden. Beispiel: 10 Module mit Mikrowechselrichter (360 Watt pro Wechselrichter = 3,6 kW). Bei dieser Größe ist natürlich die Schukosteckdose nicht mehr ausreichend, die 230-V-Leitung muss fest angeschlossen werden. Ein fachkundiger Handwerker kann hier helfen.

Bringt ein Balkonkraftwerk überhaupt etwas?

Der in einem Haushalt verbrauchte Ruhestrom führt zu einem konstanten Verbrauch von ca. 200 Watt. Heizungspumpe, FritzBox sowie weitere Geräte, welche im Standby-Modus konstant Strom ziehen, führen über das Jahr gerechnet zu einem Verbrauch von 1.750 kWh (0,2kW * 24 Stunden * 365 Tage). 1.750 kWh kosten bei 40 Cent Strompreis 700,- € im Jahr, nur für den Ruhestrom.

Wenn ein 400-Watt-Modul ca. 328 kWh pro Jahr bringt, kann es während der Sonnenstunden sehr wohl zu einer deutlichen Reduzierung des Stromverbrauchs beitragen. Es wird trotzdem einige Jahre brauchen (vermutlich 7 Jahre) bis die Investition sich rechnet. So eine Solaranlage wird erfahrungsgemäß 25 Jahre und länger problemlos laufen.

Ja, eine Solaranlage lohnt sich, selbst ein kleines Balkonkraftwerk lohnt sich bereits!

Was brauche ich für ein Mini-Balkonkraftwerk?

  • Solarmodul Meyer Burger Black 380 Watt (120 Halbzellen, Größe, 1,04 x 1,78 x 0,035m B/H/T), ca. 300,- €
    Alternativ: Trina Solar mit 395 Watt (120 Halbzellen, Größe 1,10 x 1,76 x 0,030 B/H/T) ca. 225,- €
  • Enphase IQ7A Mikrowechselrichter IQ7A 360 Watt (ist kompatibel mit 120 Halbzellen-Modulen) ca. 185,- €
  • Enphase Q-Kabel, Q-25-10-1, 1,3m lang (mal die Anzahl der Module) ca. 17,- €
  • Enphase Stofpen für das Q-Kabel Q-TERM-R 14,50 €
    Alternativ: zum Q-Cable/Stecker: zum Selbstkonfektionieren, Enphase Steckverbinder Q-CONN-R-10M) ca. 13,- €

(Preise: Dezember 2022, bestellbar bei PV-Lieder www.pv-lieder.de)

Da kommen Kosten von 425,- € mit dem in China hergestellten Modul oder 498,- € mit dem in Deutschland gefertigten Modul von Meyer Burger zusammen.

Wie funktioniert eigentlich so ein Wechselrichter?

Alle Wechselrichter wandeln die Gleichspannung (DC) vom Solarmodul in eine 230-V-Wechselspannung (AC) um. Damit der Strom dann auch ins Hausnetz fließen kann, produzieren Wechselrichter einfach eine etwas höhere Spannung (z. B. 234 V anstelle der 230-V-Netzspannung). Durch diesen kleinen Kniff fließt der produzierte Solarstrom in den direkten Hausverbrauch, der nicht verwendete Strom wird automatisch ins Netz eingespeist.

Hinweis zu den DC-Spannungen:

  • Enphase Mikrowechselrichter (ca. 35 V) => ungefährlich
  • Herkömmliche Wechselrichter (ca. 515 V, z. B. 15 Module in Reihe) => Hochvolt-Spannung = Lebensgefahr

Beim Mikrowechselrichter gibt es keine DC-Hochvolt-Spannung, das ist also deutlich sicherer. Beim Ausfall eines Solarmoduls oder Wechselrichters laufen die verbliebenen Geräte weiter.

Die vollwertige Solaranlage

Das Kommunikations-Gateway Enphase Envoy-S Standard wird einfach an die gleiche Phase wie die Mikrowechselrichter angeschlossen, zusätzlich erlaubt eine Verbindung ans Internet per WiFi oder Ethernet die Überwachung der Wechselrichter. Per Handy-App oder Webbrowser wird die aktuelle Solarproduktion angezeigt, darüber hinaus kann die historische Produktion (Tag/Monat/Jahr) übersichtlich angezeigt werden.

PS: Meine Empfehlung wäre das Enphase Envoy-S Standard zu überspringen und dafür ein Envoy-S Metered zu erwerben. Dies erlaubt genauere Messungen und zusätzlich wird eine Nulleinspeisung möglich. Auch der genaue Netzbezug kann mit Stromsensoren gemessen werden, die Enphase-Batterie (der Akku) benötigt ebenfalls das Enphase Envoy-S Metered.

Die große Solaranlage

Wenn es größer werden darf, eine Nulleinspeisung gewünscht ist oder eine Batterie (Akku) mit genutzt werden soll, muss das Enphase Envoy-S Metered mit Stromsensoren her. Ist eigentlich keine große Investition (ca. 400,- € mit Stromsensoren). Zum Anschluss der 3-Phasen hinter dem Hauptschalter in der Elektro-Hauptverteilung (Sicherungskasten) wird dann auf jedem Fall ein Elektriker benötigt. Wenn mehr als 10 Module verwendet werden, müssen die PV-Module auf drei Phasen aufgeteilt werden. Hierfür gibt es ein dreiphasiges Q-Kabel, welches beim Wechselrichter die Phase automatisch im Kabel wechselt:
Der erste Wechselrichter ist dann auf L1, der zweite auf L2, der dritte auf L3, der vierte dann wieder auf L1 usw.

Meyer Burger Solarmodule – in Deutschland produziert


Meyer Burger ist der einzige Hersteller in Europa, welcher Solarmodule komplett in Deutschland fertigt (Solarzellen sowie Module). Zusätzlich sind diese Module sehr effizient (120 Halbzellen) und bieten bei wenig Sonne und nicht optimaler Ausrichtung schon ausreichend Strom. Früher hat Meyer Burger (als Maschinenbauer) in China die dortigen Solar-Produktionsanlagen gebaut, jetzt bauen Sie nur noch eigene Werke für eine lokale Produktion von Solarmodulen. Das hat mich komplett überzeugt, und ich bin dafür bereit, den Preis für beste Qualität zu bezahlen.

Mikrowechselrichter (Enphase IQ7A)


In den USA ist Enphase Energy bereits Marktführer für PV-Anlagen, in Europa ist das Unternehmen noch nicht so bekannt. Das Konzept der Mikrowechselrichter hat mich komplett überzeugt. Der Geheimtipp ist, dass man bei Enphase sogar mit einem einzigen Solarmodul (Balkonkraftwerk) anfangen und mit beliebig vielen Modulen ausbauen kann. Mit der Enphase-Batterie kann diese Anlage schlüsselfertig als skalierbares AC-angeschlossenes Akkusystem verwendet werden. Nulleinspeisung ist auch kein Problem. Meiner Meinung nach bietet Enphase Energy ein sehr überzeugendes System, welches seinesgleichen sucht.

Die Steuerzentrale – Enphase IQ-Gateway (Envoy)


Für kleine Installationen (Balkonkraftwerk) wird kein IQ-Gateway (auch Envoy genannt) benötigt, da lohnt es sich nicht. Für richtige Solaranlagen ist es allerdings zu empfehlen. Das Gateway kommuniziert mit allen Enphase-Komponenten (IQ-Relay, IQ-Battery, IQ-Mikrowechselrichter) per Power Line Communication (PLC), so etwas wird auch bei der Ethernet-Netzwerkverlängerung über das Stromkabel verwendet. Das Gateway hat mehrere Funktionen:

  • Parametrisierung der Mikrowechselrichter (das funktioniert über hinterlegte Profile-Einstellungen)
  • Software-Update der Mikrowechselrichte, IQ-Relay, usw.
  • Auslesen der PV-Leistung aller Mikrowechselrichter (alle 5 min)
  • Regelmäßiger Daten-Upload zum Enphase Server (für die Handy- und Web-App-Ansicht)

Bei der IQ-Gateway (Envoy-S) Metered kommt noch folgendes hinzu:

  • Stromsensoren zur Messung des Hausverbrauchs (auf 3 Phasen in Deutschland)
  • Stromsensoren zur Messung der PV-Produktion (ein oder drei Phasen, je nach Größe)
  • Steuerung aller Enphase-Batterien (per Funk, laden oder entladen, permanente Leistungsanpassung)
  • Life/Energie-Ansicht vom Stromfluss per App (PV, Batterie, Verbrauch und Stromnetz)

Das kleine Envoy-Kerlchen kann eine ganze Menge. Das Coole ist aber: selbst, wenn das Enphase-Gateway mal nicht funktioniert, läuft die Solarproduktion einfach weiter, denn die Mikrowechselrichter haben ihre einmal erhaltenen Profile lokal gespeichert. Natürlich kann die Batterie dann nicht mehr gesteuert werden, wie auch ohne permanente Messdaten. Auch wenn das Internet mal weg ist, sammelt das Gateway eine gute Woche weiter Daten und verschickt diese, sobald das Internet (Ethernet oder WiFi) wieder verfügbar ist.

Physikalische Netztrennung per Q-Relay


Die Enphase Mikrowechselrichter schalten die Stromproduktion automatisch ab, sollte die Netzspannung ausfallen oder instabil werden. Das funktioniert perfekt innerhalb eines Sekundenbruchteils. Ich habe das selbst mal mit einem Oszilloskop gemessen, es wird zuverlässig abgeschaltet. So etwas ist auch wichtig, sollte mal der Strom ausfallen oder der Sicherungsautomat schaltet ab, dann darf die PV-Anlage natürlich keinen Strom mehr einspeisen.
In Deutschland gibt es allerdings von den Netzbetreibern die Anforderung, dass physikalisch eine Netztrennung vorgenommen werden muss. Hierfür wird das Enphase Q-Relay benötigt: bei einer Anlage mit einer Phase (Q-Relay 1P), bei größeren Anlagen die dreiphasige Version (Q-Relay 3P). Die Batterie benötigt ein eigenes Q-Relay, das ist in Deutschland ebenfalls Vorschrift.

Der Akku (Enphase-Batterie)


Im Englischen wird der Akku „Battery“ genannt bzw. „Rechargeable Battery“, bei Enphase heißt der Akku einfach IQ-Battery. Die Enphase-Batterie (AC-Batterie) wird einfach per 230-V-Wechselstrom angeschlossen. Die Batterie besteht aus drei Funktionseinheiten:

  • LiFePO4 Akku-Block mit BMS (Battery Management System)
  • Enphase IQ8-BAT Mikrowechselrichtern (4 Stück parallel, welche das Aufladen & Einspeisen regeln)
  • Steuerungseinheit (PLC-Kommunikation IQ8-BAT, ZigBee-Kommunikation mit der Envoy-Zentrale, Kommunikation mit dem BMS)

Beim Einspeisen vom Akku in das 230-V-Stromnetz verhält sich der IQ8-BAT Mikrowechselrichter wie ein Wechselrichter, welcher für die Solarmodule genutzt wird, er nimmt dem Gleichstrom (DC) aus dem Akku und wandelt diesen in 230-V-Wechselstrom um.
Beim Aufladen vom 230-V-Stromnetz (AC) in den Akku (DC) arbeitet der IQ8-BAT einfach umgekehrt und wandelt die 230 V in einen Gleichstrom zum Laden des Akkus um. In jeder Batterie befinden sich 4 IQ8-BAT Mikrowechselrichter, damit die Leistung größer ist. Außerdem bietet es eine Ausfallsicherheit: sollte ein IQ8-BAT mal nicht funktionieren, arbeiten die anderen drei ungehindert weiter.

Betrieb mit fremder Solaranlage. Die Enphase-Batterie mit Envoy kann auch für Fremdanlagen mit zentralem Wechelrichter genutzt werden.

Wenn eine 3T Batterie (3,5 kWh Akku) nicht ausreicht, können einfach bis zu 12 Batterien verwenden werden (42 kWh). Bei Enphase gibt es eine 3-fach Batterie (IQ-Batterie 10T), das wären dann 4 x 10T Batterien für die 42 kWh.

Die einzelnen Enphase-Akkus in der Enphase-Batterie werden übrigens nur mit 60 Volt Spannung betrieben, das ist um einiges sicherer als die Hochvolt-Batterien anderer Hersteller. Zusätzlich haben die LiFePO4-Akkus den Vorteil, dass diese nicht brennen können (Selbstentzündung) wie die Lithium-Ionen-Akkus, welche häufig verwendet werden.

Das sehr modulare Konzept der Enphase-Batterien überzeugt. Sie sind ausfallsicher, skalierbar und laufen flexibel nutzbar und sehr sicher mit allen PV-Systemen. Die Batterie ist eine wichtige zentrale Komponente – basteln lohnt sich hier nicht.

PS: Ich dachte zunächst, so einen LiFePO4-Akku kannst Du selbst bauen, dazu noch ein China-BMS, ein Gehäuse fertigen, dann noch einen Laderegler, der den Akku lädt und noch ein Wechselrichter, welcher den Akku-Gleichstrom in 230-V-Wechselstrom umwandeln kann. Wenn man dann noch in Bruchteilen von Sekunden die Ladeleistung zwischen wenigen Watt in Kilowatt regeln muss, zusätzlich umschalten auf Entladung bzw. Einspeisung (ebenfalls von wenigen Watt bis mehreren Kilowatt), prüfen, ob das Netz stabil ist, ansonsten sofortige Netztrennung usw., dann komme auch ich an meine Grenzen. Die Enphase Batterie-Lösung ist da einfach schlüsselfertig und empfehlenswert.

Stromkabel zu den Solarmodulen


Bei wenigen Modulen einfach ein 1,5 mm2-Gummikabel von den Solarmodulen bis zur Steckdose, bei mehreren Modulen ein 5×2,5 mm2-Gummikabel bis zur Dose an der Hauswand ziehen. Innerhalb vom Haus habe ich dann ein 5×4 mm2-NYM-Kabel verwendet.

Zum Verbinden mehrerer Module gibt es von Enphase die Q-Cable (einphasig mit 2,5 mm2 oder dreiphasig mit 2.5 mm2). Mit 5 x Q-Cable kann ich also 5 Module einfach anstecken. Am Ende kann ein Abschlussstopfen aufgesetzt werden, damit alles Wasserdicht verschlossen ist. Am Anfang verwende ich eine Wasserdichte IP65-Dose, von dort aus geht es dann zum Stromanschluss mit dem Gummikabel.

Folgendes Material steht hier zur Verfügung (www.pv-lieder.de):
Einphasig 2,5 mm2

  • Module im Hochformat angebracht: Enphase Q-Kabel, Q-25-10-1, 1,3 m lang
  • Module im Querformat angebracht: Enphase Q-Kabel Q-25-17-1, 2 m lang
  • Q-TERM-R Stopfen am Ende

Dreiphasig 2,5 mm2

  • Module im Hochformat angebracht: Enphase Q-Kabel Q-25-10-3P-1, 1,3 m lang
  • Module im Querformat angebracht: Enphase Q-Kabel Q-25-17-1, 2 m lang
  • Q-TERM-3P Stopfen am Ende

Zusätzlich nutze ich folgendes Material von www.elektroversand-schmidt.de:

  • Nr. 5SV1316-6KK16: Siemens FI/LS-Schalter, 1P+N, 6 kA, B-16A, 30 mA, 1TE Art
  • Nr. 80240701: Spelsberg Abox 5×2,5mm² – 80 x 80 x 52 mm, IP 65

Die dafür notwendigen Kabelverschraubungen gibt es im Baumarkt. Zur Verbindung der Kabel sind Wago-Klemmen sehr praktisch.

Hinweis: die Abzweigdose muss wirklich wasserdicht sein, sonst ist da irgendwann die Feuchtigkeit drin und der Ärger beginnt. Soll ja 30 Jahre halten …

Notstromfähigkeit – Inselbetrieb – Autarkie

Aktuell ist Enphase in Deutschland mit Akku nicht notstromfähig, in den USA allerdings schon. Die hierfür notwendige automatische 3-phasige Netztrennung (Enphase IQ System Controller) gibt es für Deutschland noch nicht. In den USA gibt es schon einen neuen Wechselrichter der IQ8-Serie, welcher ohne Batterie bei Sonnenschein das Haus mit Strom versorgen kann (natürlich nur kleine Lasten wie Kühlschrank und Klimaanlage). Das Ganze ist etwas wackelig, weil bei Schatten der Strom sofort wieder ausfällt. Für eine zuverlässige Stromversorgung muss daher auch eine Batterie her.

Die komplette Notstromfähigkeit bzw. der Inselbetrieb kommt also erst in Zukunft sobald es einen Enphase IQ Systemcontroller für Europa gibt.

Wichtiger Hinweis: Kein notstromfähiges PV-System schaltet einfach sofort um, eine Stromunterbrechung ist immer vorhanden (1-5 Minuten), wenn das Netz wieder stabil zurück ist, gibt es eine weitere längere Unterbrechung vom Inselbetrieb zurück zum Netzbetrieb.

PS: Für mich ist die Notstromfähigkeit nicht ausschlaggebend, wenn der Strom mal ausfällt, nehme ich einfach Kerzen und Taschenlampen. Bei einem längeren Stromausfall über mehrere Tage gibt es ganz andere Probleme, denn dann läuft ja gar nichts mehr (Handy, Internet, Supermärkte, Verkehrssysteme, Feuerwehr, Erste Hilfe, Krankenhäuser usw.). Unser Zuhause wäre da das kleinste Problem.

Eines kann ich versichern: ein PV System mit Notstromfähigkeit kostet sehr viel Geld und wenn ich dann zwei Herdplatten anstelle, bricht es trotzdem zusammen. Da ist ein Campingkocher die bessere Alternative.

Nulleinspeisung – keinen Strom ins Netz einspeisen


Es gibt Gründe, warum Leute Solaranlagen ausschließlich für den eigenen Verbrauch nutzen wollen, ohne überschüssigen Strom an den Netzbetreiber zu verschenken bzw. bei Anmeldung zu verkaufen. Dieses funktioniert mit der „Envoy-S Metered“-Steuerzentrale und Stromsensoren am Netz. Per Envoy Netzprofile „Red 0%“ wird die Einspeisung auf 0% reduziert. In diesem Fall regelt der Envoy die Mikrowechselrichter regelmäßig herunter bzw. hoch, damit exakt soviel Strom produziert wird, wie für den Haushalt und ggf. Batterie benötigt wird, auf keinen Fall mehr, damit nichts eingespeist wird.

Die Nulleinspeisung kann bei Enphase mit einer kleinen Investition (Envoy-S Metered mit Stromsensoren, ca. 400,- €) zusammen mit IQ7-Wechselrichtern zuverlässig und günstig realisiert werden.

Technischer Hintergrund:

Bei der Nulleinspeisung muss am Stromanschluss (hinter dem Hauptschalter) ein Stromsensor installiert sein; drei Stromsensoren für den 3-phasigen Strom bei uns in Deutschland. Zusätzlich ist ein Stromsensor notwendig, welcher die PV-Leistung misst (bei 3-phasiger PV sind es drei weitere Stromsensoren). Bei Enphase macht das System all dies automatisch: Wechselrichter steuern (Stromsensoren messen den Eigenverbrauch und die PV-Produktion) sowie die Batterie laden und den Batteriestrom bei Bedarf ins Haus einspeisen.

Maximalleistung von Solarmodulen

Die Angabe kWp (kilowatt-peak), also die Maximalleistung von Solarmodulen, ist der Idealfall (z. B. bei einem 400-Watt-Modul, also 0,4 kWp, mal die Anzahl der Module). Diese Leistung ist in der Realität unerreichbar. Voraussetzung dafür ist natürlich perfekter Sonnenschein, welcher – wenn überhaupt – nur stundenweise im Jahr vorhanden ist. Dann kommt noch die optimale Ausrichtung der Module hinzu, welche ebenfalls nicht immer oder nur stundenweise gegeben ist. Weiterhin hat der Wechselrichter auch Verluste, je nach Arbeitspunkt 4-15%. Bei einem 400-Watt-Modul würde ich bei bestem Sonnenschein einfach mal nur von 250 Watt ausgehen, bei wenig Sonne vielleicht nur 30 Watt.

Die Angabe „ich habe eine 10kWp Anlage“ sagt wenig aus. Auch die genaue Ausrichtung, ggf. eine Nachführung, die Anzahl der Sonnenstunden pro Jahr und die Strahlungsintensität je nach Region in Deutschland sind wichtige Kennzahlen, um die Durchschnittsleistung zu berechnen.

Es gibt auch Situationen, in denen ein 400-Watt-Modul kurzfristig 15% mehr bringen kann, dann regelt der Wechselrichter einfach auf die maximal Leistung des Wechselrichters ab.

Für das 400-Watt-Modul gehen wir einfach mal von diesen Werten aus: 200 Watt * 4,5 Sonnenstunden * 365 Tage = 328 kWh bei guten Bedingungen.

Ausrichtung der Module

Ich verwende 380-Watt-Solarmodule von Meyer Burger mit einem 360-Watt-Mikrowechselrichter von Enphase (IQ7A), einfach mal flach auf die Terrasse gelegt und bei guter Sonne im Vergleich zum aufgeständerten Modul nur 20% weniger Leistung erhalten. Bei Sonnenschein im Schatten bringen die Module dann immerhin noch ca. 40 Watt.
Bei der Ausrichtung habe ich folgende Erfahrung gemacht:

  • Module nach Osten ausgerichtet:
    gute Produktion morgens bis mittags, Nachmittags nur noch wenig
  • Module nach Süden ausgerichtet:
    gute Produktion von Mittags bis in den Nachmittag hinein
  • Module nach Westen ausgerichtet:
    gute Produktion ab frühen Nachmittag

Ich habe bei mir die Ausrichtung zuerst mit Ost/West angefangen, hier bekomme ich aber über das Jahr zu wenig, daher habe ich jetzt folgende Ausrichtung:

  • 1/3 der Module Ost (optimal, um schon morgens die die Sonne einzufangen)
  • 1/3 der Module Süd (mit 70° Aufständerung – optimiert für die tiefen Sonnenstand außerhalb vom Sommer)
  • 1/3 der Module West (optimal für den Nachmittag bis zum Sonnenuntergang).

Ab Mittag, wenn die Sonne hoch steht, liefern alle Module (Ost/Süd/West) reichlich Strom, dann ist der Speicher zu Mittag voll, optimal, um auch noch das E-Auto über mehrere Stunden zu laden.

PV-Anlagengröße berechnen

Beispielhaushalt mit 4.000 kWh Verbrauch im Jahr

Kleiner Haushalt, ohne Wärmepumpe, ohne E-Auto:
Schaut Euch Eure Stromrechnung an, um zu sehen, wieviel Ihr wirklich verbraucht. Zunächst hören sich die 328 kWh Jahresleistung von nur einem Modul erst einmal viel an. Allerdings gilt es zu bedenken, dass diese Leistung nicht zum identischen Zeitpunkt wie der Verbrauch zur Verfügung steht.

Eine Daumenregel für die PV-Anlage (Stromverbrauch, Solaranlage kWp, Speicher) am Beispiel des 4.000-kWh-Haushalts:

  • Stromverbrauch 4.000 kWh
  • PV-Anlage 4kWp (mindestens, mehr ist besser)
    ohne Speicher ergibt ein Eigenverbrauch von ca. 25-40% (auch Autarkie oder Selbstversorgung genannt)
  • Speicher 4 kWh erhöht den Eigenverbrauch auf ca. 50-75%

Die einfach Regel ist also: Stromverbrauch 4.000 kWh == PV 4 kWp == Speicher 4 kWh.
Bei einer 4-kWp-Anlage beträgt die PV-Stromproduktion ca. 4.000 kWh im Jahr.

Wie gesagt, das sind alles nur ungefähre Werte, welche von vielen Details abhängen.

E-Auto laden per PV – geht das?

Die grundsätzliche Antwort lautet „Ja“, aber es wird schon eine große Solaranlage von 10-15 kWp benötigt. Ein PKW lädt mit ca. 11 kW, so eine Solaranlage bringt aber nur ca. 6-8 kW an sonnigen Tagen. Man muss daher die PKW-Ladung drosseln z. B. mit einem kleineren 230-V-Ladeadapter, oder beim Tesla die Ladeleistung im PKW auf nur 4 kW einstellen. Somit kann an sonnigen Tagen das E-Auto überwiegend mit Solarstrom geladen werden, der Rest kommt aus dem Netz.

Eine zusätzliche Steuerung wäre wünschenswert. Die Wallbox sollte nur dann aktiviert werden, wenn ausreichend Solarstrom vorhanden ist. An so einer Lösung für die Enphase-Umgebung entwickle ich aktuell und werde darüber berichten, wenn es soweit ist.

(siehe auch Wallbox für E-Autos – Hintergründe und Bauanleitung)

Vorteile der Mikrowechselrichter

Bei herkömmlichen Wechselrichtern gibt es einen oder zwei Strings (String = Reihenschaltung von vielen Solarmodulen). Das hat eigentlich den Vorteil, dass es schön einfach ist, die Solarmodule nacheinander zu verkabeln. Das bedeutet aber auch, dass wenn ein Modul nicht einwandfrei läuft (Unterbrechung, Übergangswiderstand oder Verschattung), gleich der ganze String ausfällt. Die Reihenschaltung bringt den gefährlichen Nachteil mit sich, dass dort bis zu 1.000 V anliegen, welche sich aufgrund der Reihenschaltung in jedem Solarmodul befinden.

Für die Mikrowechselrichter gibt es insbesondere folgende Vorteile:

  • Extrem einfacher Anschluss: Modul mit Mikrowechselrichter einfach in die Steckdose stecken
  • Ausfallsicherheit: fällt einer aus, ist nur ein Modul betroffen
  • 25 Jahre Garantie bei Enphase-Mikrowechselrichtern
    (Betriebsdauer von String-Wechselrichtern beträgt nur ca. 10 Jahre!)
  • Ungefährlich: am Solarmodul liegen nur ca. 40 V an
  • Es gibt eine galvanische Trennung vom DC- zum AC-Strom (Solarpanel sind potenzialfrei)
  • Keine Probleme mit Verschattung oder bei unterschiedlichen Ausrichtungen
  • Einfache & sichere Verkabelung (ein 230-V-Kabel parallel an den Modulen)
  • Einfache Erweiterung mit weiteren Modulen, egal wo, egal welche Ausrichtung!

Die Mikrowechselrichter sind zwar ca. 20% teurer in der Anschaffung, aber bei 25 Jahren Betriebszeit (mit Garantie) gegenüber 10 Jahren beim String-Wechselrichter fährt man auf lange Sicht deutlich günstiger.

Besondere Eigenschaften der Stromzähler


Es gibt alte Zähler (Ferraris, wie hier links im Bild zu sehen), welche bei einer Stromeinspeisung rückwärts laufen. Im Falle eines alten Zählers bitte den Netzbetreiber schriftlich informieren, dass eine Balkonkraftwerkanlage geplant ist, und der Zähler schnellstmöglich aktualisiert werden soll. Das ist kostenfrei. Ein alter Zähler an einer Solaranlage wäre Betrug gegenüber der Allgemeinheit, die den Strom regulär bezahlen. Betrug auf Kosten anderer geht überhaupt nicht!

Saldierender Zähler:

Oft heißt es „Wenn ich auf der Stromphase L1 Strom einspeise, aber den Strom von einigen Geräten von Phase L2 verbrauche, verbrauche ich den falschen Strom“. Das ist überhaupt kein Problem, da alle Zähler in Deutschland saldierend rechnen.

Beispiel:
L1 = 400 Watt Verbrauch, L2 = 30 Watt Verbrauch, L3 = 250 Watt Solareinspeisung:
Gesamtstrom Zähler: 180 Watt (400 + 30 – 250)

Der saldierende Zähler ist für uns Solaranlagen-Betreiber eine super Angelegenheit, da der Netzbetreiber solche kleineren Phasen-Schieflagen für uns kostenlos ausgleicht. Somit spielt es bei einer kleinen Solaranlage keine Rolle, auf welcher Phase der Verbrauch und die Einspeisung ist. Die erlaubte Phasen-Schieflastgrenze liegt in Deutschland bei max. 4,6 kW. Bei größeren Solaranlagen ist eine Dreiphasige-Einspeisung allerdings Pflicht. Hierfür bietet Enphase das Q-Cable mit drei Phasen an. Auch der Akku 10T von Enphase kann über drei Phase angeschlossen werden.

Solarhalterung – Unterkonstruktion (Alu-Profile, Solarhalter usw.)

Als ich damit anfing, Solarmodule von Meyer Burger mit Enphase-Mikrowechselrichtern zu testen, habe ich diese einfach auf die Erde bzw. auf die Terrasse gelegt und noch ein kleines 5 cm Kantholz an einer Seite untergelegt, damit das Regenwasser abläuft. So funktionierte das über Monate hinweg im Testbetrieb echt gut. Was ich damit sagen möchte, man kann Module auch einfach auf die Erde legen oder an die Wand stellen, um erste Erfahrungen damit zu sammeln. Für den permanenten Betrieb ist natürlich eine feste Installation sinnvoll.

Grundsätzlich nutzt man für die Konstruktion Edelstahl-Schrauben (A2) und Alu-Profile, damit alles auch in 20 Jahren noch rostfrei ist.

Für die Halterungen gibt es unendliche viele Möglichkeiten oder Konstruktionen.
Hier einige Materialvorschläge dazu:

  • Dachhaken Standard 30×5 Edelstahl
    Alternativ eine verstellbare Version, wenn das Dach nicht gerade ist. Die Dachhaken können auf jeden zweiten Dachsparren geschraubt werden (Abstand nicht größer als 1,5 m zwischen den Dachhaken). Kleinere Unebenheiten lassen sich per Unterlegscheibe zwischen Dachhaken und Alu-Profilen korrigieren.
  • Tellerkopfschrauben A2
    Zum Verschrauben der Dachhaken in den Dachsparren
  • Sechskantschraube M10x25
    Eine pro Dachhaken, die Schraube wird von unten in das Alu-Profil gesteckt, dann in den Dachhaken
  • Sechskantmutter mit Sperrverzahnung M10
    Eine pro Dachhaken, zur Befestigung der Sechskantschraube
  • Profilrohr, Montageschiene, ALU, 40×40
    Gibt es bis 6,6 m Länge. Es werden für eine Solarreihe immer zwei Aluprofile benötigt, eins unten und eins oben am Solarmodul. Als Abstand oben/unten ca. 30 cm. Sollte die Länge von 6,6 m nicht ausreichen, gibt es U-Profilverbinder für Montageschiene, Alu mit Bohrschraube
  • Endkappe für Montageschiene 40×40 (schwarz bei „Meyer Burger Black“-Modulen)
    Pro Modulreihe 4 Endkappen (links/rechts, jeweils oben/unten)
  • Nutenstein ALU/A2 für M8 (6 Stück pro Solarmodul)
    Der Nutenstein wird von oben in das Aluprofil gesteckt, für die Solarhalter (links/rechts oben/unten) sowie zwei Nutsteine für den IQ7A-Wechselchrichter
  • Endklemme schwarz 35er (35 bei „Meyer Burger Black“-Modulen)
    Zwei Endklemmen oben/unten links in einer Modulreihe, zwei rechts in einer Modulreihe
  • Mittelklemme schwarz 35er (35 bei „Meyer Burger Black“-Modulen)
    Zwischen den Solarmodulen jeweils zwei Mittelklemmen (oben und unten)
  • Zylinderschraube mit Innensechskant A2 M8x40 (bei 35er Meyer Burger Modulen)
    Für jede Endklemme/Mittelklemme
  • Sicherungsscheibe A2 8×40 (bei 35er „Meyer Burger Black“-Modulen)
    Für jede Endklemme/Mittelklemme
  • Befestigungsschrauben für den Wechselrichter A2 M8x16
    Zwei pro Wechselrichter
  • Unterlegscheiben für den Wechselrichter A2 M8 8,4 mm Innendurchmesser
    Zwei pro Wechselrichter

Alle erwähnten Teile gibt es bei PV-Lieder:
www.pv-lieder.de/shop/montagematerial/

Das hört sich nach viel an, ist aber nicht so kompliziert. Einfach zwei Reihen Alu-Profile pro Modulreihe. Die Profile werden von unten auf den Dachhaken geschraubt. Oben auf das Profil wird der Wechselrichter in der Mitte vom Solarmodul geschraubt. Am Anfang und Ende der Modulreihe habe ich das Alu-Profil ca. 12 cm überstehen lassen, somit hat man einerseits etwas Spiel und andererseits auch eine Möglichkeit, sich mal festzuhalten. Meine Frau hat die Alu-Profile an den Enden (25 cm) mit Spiritus gereinigt und mit einer Spraydose mattschwarz lackiert. Somit passt es optisch zu den „Meyer Burger Black“-Modulen und den schwarzen Endkappen.

Danach bietet es sich an, alle Wechselrichter anzuschrauben und die Q-Cable anzustecken. Die Alu-Platte des Wechselrichters muss nach oben gerichtet sein, damit der Wechselrichter etwas vor der Wärme des Moduls geschützt ist. Vorher habe ich alle Wechselrichter mit einem Edding von #1 bis #xxx auf der Alufläche beschriftet sowie die Seriennummern aller Wechselrichter notiert. Somit habe ich eine Übersicht der Position aller Wechselrichter (#1 ist am Anfang usw.). Das Enphase-Portal zeigt dann die Solarproduktion pro Wechselrichter-/Solarmodul-Nr. an.

Im nächsten Schritt können die Solarmodule auf das Alu-Profil gestellt und anschlossen werden. Dann die Endhalter fixieren, die Mittelhalter vorbereiten und weiter geht es mit dem nächsten Solarmodul. Wenn es an die zweite Reihe von Modulen geht, habe ich einfach einen Anschluss vom Q-Cable freigelassen (dafür gibt es eine passende Kappe) und mit der nächsten Modulreihe weitergemacht. Die Kabel können mit UV-beständigen Kabelbindern am Alu-Profil befestigt werden.

Nach ca. 15 Modulen pro Q-Cable fängt man mit einem neuen Q-Cable an, damit die Strombelastung für das Q-Cable (2,5 mm²) nicht zu groß wird. Am Ende gehen die Q-Cable in eine Wasserdichte IP65-Dose. Von der Verteilerdose bin ich mit einem 5×4 mm²-Kabel zu einer kleinen Solar-Unterverteilung gegangen, in welcher sich ein LS- sowie ein FI-Schalter befinden.

Wichtig bei der Vorbereitung ist, dass alle benötigten Teile vorhanden sind, bei den Dachhaken kann ein Dachdecker helfen, diese anzubringen. Beim elektrischen Anschluss kann jeder Elektriker helfen. Die allermeisten Arbeiten kann man aber selber machen.

Zusammenfassung

Ich hoffe, diese kleine Anleitung gibt einen Überblick, wie das alles zusammen hängt. Ich bin überzeugt, dass jeder mit handwerklichem Geschick seine Solaranlage selber planen und installieren kann. Ob einfach ein/zwei Module als Balkonkraftwerk oder eine größere Solaranlage – all dies ist machbar und dieser Artikel hilft bestimmt. In der aktuellen Situation sind die Handwerker, insbesondere die Solarteure, nicht in der Lage, Aufträge anzunehmen. Deshalb ist Selbermachen angesagt, obendrein spart dies auch noch Geld.

Wenn dann der Eigenstrom produziert wird, und per Handy-App oder Strommessgerät die Solarproduktion zu sehen ist, kommt Freude auf! Die nächsten Schritte sind dann die Umstellung des Hausverbrauchs (Waschmaschine usw.) auf die Sonnenstunden.

Viel Freude mit der eigenen Solaranlage!

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