Elektro & Elektronik · Lernkapitel

Photovoltaik-Anlage verstehen
von Rookie bis Profi

Von der Solarzelle bis zur Erstprüfung: wie Module, Strings, Wechselrichter, Speicher und Zähler zusammenspielen – und warum die DC-Seite besondere Vorsicht verlangt.

Meine Favoriten

01 Was macht eine PV-Anlage?

Rookie

Kurz erklärt

Eine Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Die Module liefern Gleichstrom, der Wechselrichter macht daraus Wechselstrom für das Hausnetz. Was im Haus gerade nicht gebraucht wird, fließt ins öffentliche Netz oder in einen Speicher.

Wofür brauche ich das?PV-Anlagen gehören heute zum Alltag in der Elektrotechnik – vom Einfamilienhaus bis zur Halle. Wer den Weg der Energie kennt, versteht auch Gefahren und Messwerte.
PraxisbeispielMittags läuft die Waschmaschine mit Solarstrom, der Überschuss wird eingespeist. Abends kommt der Strom aus dem Speicher oder aus dem Netz.
Typischer FehlerZu glauben, die Anlage ist „aus“, wenn der Wechselrichter abgeschaltet ist. Die Module erzeugen bei Licht weiter Spannung.

Größen, die du oft hörst

kWp (Kilowatt-Peak): Summe der Modulleistungen unter Normbedingungen (STC). Eine Anlage mit 20 Modulen zu je 400 W hat 8 kWp.

kWh (Kilowattstunde): Energie, also „wie viel“. Eine Anlage in Österreich erzeugt grob 1 000 kWh je kWp und Jahr Richtwert – je nach Standort, Ausrichtung und Verschattung deutlich mehr oder weniger. Richtwert 900–1 100 kWh/kWp; hier gerundet 1 000, der PV-Rechner rechnet vorsichtig mit 950.

Rechenbeispiel: 8 kWp × 1 000 kWh/kWp ≈ 8 000 kWh im Jahr (grobe Abschätzung).

Die Anlage zum Anklicken

Tippe oder klicke auf ein Bauteil – oder wähle es mit der Tab-Taste und drücke Enter. Mit den Pfeiltasten gehst du den Weg der Energie entlang.

SonnePV-ModuleString (DC)+ und −DC-TrennerWechselrichterSpeicher(optional)Hausnetz & Verbraucher2.8.0ZählerNetz
  • Gleichstrom (DC)
  • Wechselstrom (AC)
  • optional

Weg der Energie

Sonne → Modul → String → Wechselrichter → Hausnetz → Zähler → Netz, optional mit Speicher. Alle Bauteile sind in der Liste darunter erklärt.

Der Weg der Energie

  1. Sonne Die Sonne liefert die Strahlung. Bei klarem Himmel kommen am Boden rund 1 000 W/m² an (Richtwert) – genau dieser Wert ist auch die Bezugsgröße am Moduldatenblatt. Mehr: Solarzelle & Modul →
  2. PV-Module Im Modul sind viele Solarzellen in Reihe geschaltet. Sie wandeln Licht direkt in Gleichstrom (DC) um – ohne bewegte Teile. Mehr: Solarzelle & Modul →
  3. String Mehrere Module in Reihe bilden einen String (Strang). Die Spannungen addieren sich: schnell mehrere hundert Volt Gleichspannung. Mehr: Strings & Ausrichtung →
  4. DC-Trennschalter Der DC-Trennschalter trennt den Wechselrichter vom Modulfeld. Die Leitungen zu den Modulen bleiben bei Licht trotzdem unter Spannung. Mehr: Schutz & Sicherheit →
  5. Wechselrichter Der Wechselrichter sucht laufend den besten Arbeitspunkt (MPP) und macht aus Gleichstrom netzkonformen Wechselstrom (AC). Mehr: Wechselrichter →
  6. Batteriespeicher (optional) Ein Batteriespeicher hebt Überschuss für später auf, zum Beispiel für den Abend. Er ist kein Pflichtteil einer PV-Anlage. Mehr: Speicher →
  7. Hausnetz & Verbraucher Im Haus wird der Solarstrom zuerst direkt genutzt – Licht, Kühlschrank, Wärmepumpe, Ladestation. Mehr: Eigenverbrauch →
  8. Zweirichtungszähler Der Zähler zählt getrennt: Bezug aus dem Netz und Lieferung (Einspeisung) ins Netz. Mehr: Netz & Zähler →
  9. Öffentliches Netz Das Netz nimmt den Überschuss auf und liefert Strom, wenn die Anlage zu wenig erzeugt – etwa in der Nacht. Mehr: Netz & Zähler →

Merke

  • Module liefern Gleichstrom, der Wechselrichter macht daraus Wechselstrom fürs Hausnetz.
  • Solange Licht auf die Module fällt, steht die DC-Seite unter Spannung – auch wenn der Wechselrichter aus ist.

02 Solarzelle & Modul

RookieFortgeschritten

Kurz erklärt

Eine Solarzelle ist ein Halbleiter-Bauteil, meist aus Silizium. Licht trennt in der Zelle elektrische Ladungen – dadurch entsteht eine Spannung zwischen Vorder- und Rückseite. Wird der Stromkreis geschlossen, fließt Gleichstrom.

Eine einzelne Siliziumzelle liefert nur rund 0,5 bis 0,7 V Richtwert – im Betrieb eher 0,5 bis 0,6 V, im Leerlauf etwas mehr. Deshalb sind im Modul viele Zellen in Reihe geschaltet: Die Spannungen addieren sich.

Rechenbeispiel60 Zellen in Reihe × rund 0,67 V Leerlaufspannung je Zelle ≈ 40 V Leerlaufspannung des Moduls.
Typischer FehlerZellspannung mit Modulspannung verwechseln – oder glauben, mehr Licht erhöht vor allem die Spannung. Mehr Licht bringt vor allem mehr Strom.

Bild: Was passiert in der Zelle?

Lichtn-dotiertp-dotierte⁻+e⁻−+1234
Schnitt durch eine Solarzelle (vereinfacht, nicht maßstäblich).
  1. n-dotierte Schicht oben (dünn), darunter die p-dotierte Schicht. An der Grenzschicht (p-n-Übergang) entsteht ein inneres elektrisches Feld.
  2. Licht löst Elektronen aus ihren Bindungen. Das Feld trennt die Ladungen: Elektronen (e⁻) wandern zur n-Seite, die „Löcher“ (+) zur p-Seite.
  3. Ist ein Verbraucher angeschlossen, fließen die Elektronen über ihn von der Vorderseite (−) zum Rückkontakt (+).
  4. Rückkontakt: durchgehende Metallschicht auf der Rückseite. Vorne sind nur schmale Kontaktfinger, damit viel Licht durchkommt.

Rookie Das Datenblatt lesen

Jedes Modul hat ein Datenblatt und ein Typenschild auf der Rückseite. Die wichtigsten Werte gelten unter STC (Standard-Testbedingungen): Einstrahlung 1 000 W/m², Zelltemperatur 25 °C und Lichtspektrum AM 1,5. AM 1,5 („Air Mass“) bedeutet: Das Licht hat den 1,5-fachen Weg des senkrechten Wegs durch die Lufthülle zurückgelegt.

Lernmodell: erdachtes Beispielmodul mit 60 Zellen, Werte gerundet. Temperaturkoeffizienten sind typische Richtwerte für kristallines Silizium – für ein echtes Modul gilt immer das Datenblatt. Das PV-Labor nutzt ein etwas anderes erdachtes Lernmodul (41 V, 12,5 A, −0,27 %/K) – beide sind Lernwerte.

AngabeBedeutungBeispielmodul
PMPPNennleistung im MPP unter STC (in Wp)400 W
UMPPSpannung im MPP33,8 V
IMPPStrom im MPP11,8 A
UOCLeerlaufspannung (kein Strom fließt)40,0 V
ISCKurzschlussstrom (Spannung 0 V)12,6 A
TK UOCTemperaturkoeffizient der Leerlaufspannung−0,30 %/K
TK ISCTemperaturkoeffizient des Kurzschlussstroms+0,05 %/K
TK PMPPTemperaturkoeffizient der Leistung−0,35 %/K

Weil STC im Freien selten genau so vorkommt, geben Hersteller oft zusätzlich Werte bei realistischeren Bedingungen an (z. B. NMOT: 800 W/m², 20 °C Lufttemperatur, 1 m/s Wind). Die Modulleistung in W heißt oft auch „Wp“ (Watt-Peak).

Fortgeschritten Kennlinie und MPP

010203040048120100200300400I in AP in WU in VMPPISC​ ≈ 12,6 AUOC​
Kennlinien des Beispielmoduls unter STC (Lernmodell: einfaches Ein-Dioden-Modell). Blau: Strom I über Spannung U, gelb: Leistung P = U · I. Der MPP liegt bei etwa 33,8 V und 400 W.

Die I-U-Kennlinie zeigt, welcher Strom bei welcher Spannung fließt. Links (bei 0 V) fließt der Kurzschlussstrom ISC, rechts (bei 0 A) liegt die Leerlaufspannung UOC. Dazwischen gibt es genau einen Punkt, an dem das Produkt U · I am größten ist: den MPP (Maximum Power Point, Punkt maximaler Leistung). Im Leerlauf und im Kurzschluss ist die Leistung 0 W.

Den MPP sucht im Betrieb der Wechselrichter mit seinem MPP-Tracker – siehe Wechselrichter.

Fortgeschritten Einstrahlung und Temperatur

01020304004812I in AU in VBAC
Einfluss von Einstrahlung und Temperatur auf die I-U-Kennlinie (Lernmodell).
  • A: 1 000 W/m², 25 °C
  • B: 500 W/m², 25 °C
  • C: 1 000 W/m², 60 °C
  • Einstrahlung: Der Strom ist ungefähr proportional zur Einstrahlung. Halbe Einstrahlung → etwa halber Strom (Kurve B). Die Spannung sinkt dabei nur wenig.
  • Temperatur: Wärme senkt die Spannung deutlich (Kurve C), der Strom steigt nur minimal. Unterm Strich sinkt die Leistung. Kalte, sonnige Tage liefern daher hohe Spannungen.

Rechenbeispiel Leistung bei 60 °C Zelltemperatur (TK −0,35 %/K, Richtwert):
P ≈ 400 W × (1 − 0,0035 /K × (60 °C − 25 °C)) = 400 W × 0,8775 ≈ 351 W.

Rechenbeispiel Leerlaufspannung bei −10 °C (TK −0,30 %/K):
UOC ≈ 40,0 V × (1 + 0,0030 /K × 35 K) = 40,0 V × 1,105 = 44,2 V.

Merke

  • Mehr Licht → mehr Strom. Mehr Wärme → weniger Spannung.
  • Datenblattwerte gelten unter STC (1 000 W/m², 25 °C, AM 1,5) – draußen weichen die Werte ab.

03 Verschattung & Bypassdioden

FortgeschrittenProfi

Kurz erklärt

In einer Reihenschaltung fließt durch alle Zellen derselbe Strom. Wird eine Zelle beschattet (Laub, Schnee, Kamin, Antenne), kann sie nur noch wenig Strom liefern – und bremst damit die ganze Kette. Wie ein geknickter Gartenschlauch.

HotspotDie beschattete Zelle wird von den anderen Zellen in Sperrrichtung „durchgedrückt“. Sie setzt dann Leistung in Wärme um und kann stellenweise sehr heiß werden: ein Hotspot. Das kann Zelle und Rückseitenfolie schädigen.
BypassdiodeBypassdioden (meist drei je Modul, in der Anschlussdose) überbrücken eine Zellgruppe (Zellstrang), sobald sie zu wenig liefert. So bleibt der Strom erhalten und der Hotspot wird begrenzt.
Typischer FehlerKleine Schatten unterschätzen. Ein schmaler Schatten über mehrere Zellgruppen kann ein ganzes Modul fast lahmlegen.

Bild: Bypassdiode leitet

Schattensperrtleitetsperrt123
Modul mit drei Zellgruppen und drei Bypassdioden (vereinfacht).
  1. Gruppe 1 ist besonnt und liefert Strom – ihre Bypassdiode sperrt.
  2. Gruppe 2 liegt im Schatten. Statt den ganzen Strom zu bremsen, leitet ihre Bypassdiode: Der Strom fließt an der Gruppe vorbei. Dem Modul fehlt dafür ungefähr ein Drittel seiner Spannung.
  3. Gruppe 3 arbeitet normal weiter.

Fortgeschritten Was bedeutet das für die Kennlinie?

Leitet eine Bypassdiode, bekommt die I-U-Kennlinie des Strings eine Stufe. Die P-U-Kennlinie hat dann mehrere Buckel (lokale Maxima). Ein guter MPP-Tracker sucht regelmäßig den ganzen Spannungsbereich ab, damit er nicht auf einem kleinen Buckel hängen bleibt.

  • Schon bei der Planung Verschattung prüfen (Kamin, Gauben, Bäume, Nachbarhaus – auch im Winter bei tiefer Sonne).
  • Verschattete Dachflächen auf eigene Strings bzw. eigene MPP-Tracker legen.
  • Bei schwieriger Verschattung gibt es Modul-Optimierer oder Mikrowechselrichter (Leistungselektronik je Modul).

Profi Fehlerbild: Bypassdiode defekt

Eine durchlegierte (kurzgeschlossene) Bypassdiode überbrückt ihre Zellgruppe dauerhaft. Bei der Messung fehlt dann im String ungefähr ein Drittel einer Modulspannung, auch ohne Schatten. Eine Wärmebildkamera zeigt die betroffene Zellgruppe oft auffällig. Messwerte richtig beurteilen übst du unter Prüfung & Inbetriebnahme.

Merke

  • In Reihe bestimmt die schwächste Zelle den Strom.
  • Bypassdioden leiten den Strom an beschatteten Zellgruppen vorbei und begrenzen Hotspots.

04 Strings, Reihe & parallel, Ausrichtung

Fortgeschritten

Kurz erklärt

Module werden zu Strings (Strängen) in Reihe geschaltet: Plus des einen Moduls an Minus des nächsten. Dabei addieren sich die Spannungen, der Strom bleibt gleich. Mehrere gleiche Strings können parallel geschaltet werden: Dann addieren sich die Ströme, die Spannung bleibt gleich.

Wofür brauche ich das?Der Wechselrichter braucht eine passende Eingangsspannung. Die Modulanzahl je String bestimmt diese Spannung.
Typischer FehlerStrings mit unterschiedlicher Modulanzahl einfach parallel schalten. Parallel nur Strings mit gleicher Modulanzahl und gleichem Modultyp – sonst arbeitet ein String weit weg von seinem MPP. Unterschiedlich ausgerichtete Strings kommen am besten auf eigene MPP-Tracker.

Bild: Reihe und parallel

ReiheParallel+−M1+−M2+−M3U = U1​ + U2​ + U3​I bleibt gleichString 1I1​String 2I2​I = I1​ + I2​U bleibt gleich
Reihen- und Parallelschaltung von Modulen bzw. Strings.

Fortgeschritten Rechenbeispiel: 20 Module, 2 Strings

Lernmodell: Beispielmodul aus Abschnitt 02 (400 W, UMPP = 33,8 V, IMPP = 11,8 A, UOC = 40,0 V), STC.

GrößeRechnungErgebnis
Spannung eines Strings (MPP)10 × 33,8 V338 V
Strom eines Strings (MPP)wie ein Modul11,8 A
Strom von 2 Strings parallel2 × 11,8 A23,6 A
Leistung gesamt (STC)338 V × 23,6 A≈ 8 000 W = 8 kWp
UOC eines Strings bei 25 °C10 × 40,0 V400 V

Hinweis Strangsicherung: Sind mehrere Strings parallel geschaltet, können bei einem Fehler in einem String die anderen Strings Strom rückwärts hineinschieben. Ob Strangsicherungen (Stringsicherungen) nötig sind, hängt von der Zahl paralleler Strings und von der Rückstrombelastbarkeit der Module ab – laut Norm und Herstellerangabe. Das legt die Planung fest.

Fortgeschritten Ausrichtung und Neigung

≈ 30°← Süden6 h12 h18 hP (schematisch)
Neigung und Tagesverlauf (schematisch, Lernmodell).
  • Süd, ca. 30° Neigung
  • Ost-West
  • Süden, ca. 30° Neigung Richtwert für Österreich: hoher Jahresertrag, Leistungsspitze zu Mittag.
  • Ost-West: meist flacher geneigt. Die Leistung verteilt sich über den Tag (Vormittag Ost, Nachmittag West), die Mittagsspitze ist kleiner. Der Jahresertrag je kWp ist meist etwas geringer, passt aber oft gut zum Verbrauch im Haushalt.
  • Ost- und West-Strings bekommen zu unterschiedlichen Zeiten Licht und werden unterschiedlich warm. Am einfachsten kommen sie auf getrennte MPP-Tracker. Gleich lange Strings dürfen manchmal auch parallel an einem Tracker hängen, weil ihre MPP-Spannung ähnlich ist – was zulässig ist, steht in der Herstellerangabe des Wechselrichters.

Merke

  • Reihe: Spannungen addieren sich. Parallel: Ströme addieren sich.
  • Nur gleich aufgebaute Strings (gleiche Modulanzahl, gleicher Modultyp) parallel schalten – unterschiedlich ausgerichtete möglichst auf eigene MPP-Tracker.

05 Wechselrichter

FortgeschrittenProfi

Kurz erklärt

Der Wechselrichter ist das Herz der Anlage. Er wandelt den Gleichstrom (DC) der Module in Wechselstrom (AC) um, der zum Netz passt (in Österreich 230 V bzw. 400 V, 50 Hz). Dabei sucht sein MPP-Tracker laufend den Arbeitspunkt mit der größten Leistung.

MPP-TrackerÄndert die Eingangsspannung ein wenig und schaut, ob die Leistung steigt oder fällt – so „klettert“ er zum MPP. Viele Geräte haben zwei oder mehr Tracker für unterschiedliche Dachflächen.
WirkungsgradGute Wechselrichter wandeln rund 95 bis 98 % der DC-Leistung in AC-Leistung um (Richtwert). Der Rest wird Wärme – deshalb brauchen sie Kühlung und Abstand.
Typischer FehlerNur auf die Leistung schauen und die Spannungsgrenzen vergessen. Die Modulzahl je String muss ins Spannungsfenster passen – bei Hitze und bei Kälte.

Bild: Was steckt drin?

PV-StringGleichstromMPP-Trackersucht den MPPZwischenkreisDC-PufferBrückeDC → ACNA-Schutzüberwacht NetzNetzz. B. 230/400 VGelb: Gleichstrom-Seite · Blau: Wechselstrom-Seite
Aufbau eines netzgekoppelten Wechselrichters (vereinfachtes Blockbild).

Fortgeschritten Eingangsspannungsbereich – Kälte ist der kritische Fall

MPP-Bereich0100200300400500600700U in V1234max. DC
Spannungsfenster eines erdachten Wechselrichters (Beispielwerte, kein echtes Gerät).
  1. UMPP eines Strings mit 10 Modulen an einem heißen Tag (70 °C): rund 292 V – liegt noch im MPP-Bereich.
  2. UMPP desselben Strings unter STC: 338 V.
  3. UOC desselben Strings an einem kalten Morgen (−10 °C): 10 × 44,2 V = 442 V – unter der max. DC-Spannung von 600 V.
  4. Mit 14 Modulen wären es bei −10 °C: 14 × 44,2 V ≈ 619 V – über 600 V! Das kann den Wechselrichter zerstören.

Jeder Wechselrichter hat ein Datenblatt mit Startspannung, MPP-Spannungsbereich, max. DC-Eingangsspannung und max. Eingangsstrom je Tracker.

  • Die höchste Spannung tritt bei Kälte und Sonne im Leerlauf auf (z. B. Wintermorgen, bevor der Wechselrichter einspeist).
  • Die niedrigste MPP-Spannung tritt bei Hitze auf. Fällt sie unter den MPP-Bereich, sinkt der Ertrag.
  • Mit welcher tiefsten Temperatur gerechnet wird, legt die Planung nach Norm und Herstellerangabe fest. Die −10 °C oben sind nur ein Lernbeispiel. In kalten Lagen setzen Planer oft −15 °C bis −20 °C an – maßgeblich sind Planung, Datenblatt und Herstellerangabe.

Lernmodell: Temperaturkoeffizient −0,30 %/K für UOC und vereinfachend auch für UMPP; erdachter Wechselrichter mit MPP-Bereich 200 bis 550 V und max. DC-Eingangsspannung 600 V.

Fortgeschritten Netzparallelbetrieb, NA-Schutz und Inselbetrieb

  • Netzparallelbetrieb: Die Anlage arbeitet gemeinsam mit dem öffentlichen Netz. Der Wechselrichter richtet sich nach Spannung und Frequenz des Netzes und speist nur ein, wenn das Netz da ist.
  • NA-Schutz (Netz- und Anlagenschutz; in Österreich auch Entkupplungsschutz genannt, im Wechselrichter als selbsttätig wirkende Freischaltstelle eingebaut): überwacht Spannung und Frequenz. Weichen sie zu stark ab oder fällt das Netz aus, trennt er die Anlage automatisch vom Netz. So entsteht kein ungewolltes „Inselnetz“, das zum Beispiel Personen bei Arbeiten am Netz gefährdet. Bei kleinen Anlagen steckt er meist im Wechselrichter, bei größeren kann er als eigenes Gerät nötig sein – je nach Vorgaben des Netzbetreibers.
  • Inselbetrieb: Die Anlage versorgt ein eigenes kleines Netz ohne öffentliches Netz, etwa eine Almhütte. Dafür braucht es einen netzbildenden Insel-Wechselrichter, der Spannung und Frequenz selbst vorgibt, und meist einen Batteriespeicher als Energiepuffer.

Profi Hybrid-Wechselrichter

Ein Hybrid-Wechselrichter hat PV-Eingänge und einen Anschluss für einen Batteriespeicher in einem Gerät. Er steuert, ob der Solarstrom ins Haus, in die Batterie oder ins Netz fließt. Manche Geräte können bei Netzausfall eine Not- oder Ersatzstromversorgung aufbauen – nur wenn Gerät und Installation dafür ausgelegt sind (siehe Speicher).

Merke

  • Der Wechselrichter macht aus DC netzkonformen AC und hält die Module im MPP.
  • Die Leerlaufspannung bei Kälte darf die max. DC-Eingangsspannung nie überschreiten.

06 Batteriespeicher

Fortgeschritten

Kurz erklärt

Ein Batteriespeicher hebt Solarstrom vom Mittag für den Abend und die Nacht auf. Heute sind fast nur Lithium-Ionen-Speicher üblich, häufig mit Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LFP).

kWh oder kW?kWh = Energieinhalt: wie viel im Speicher Platz hat. kW = Leistung: wie schnell geladen oder entladen werden kann. Wie beim Wassertank: Größe des Tanks (kWh) und Dicke des Rohrs (kW).
RechenbeispielSpeicher 10 kWh nutzbar, Entladeleistung 5 kW: bei voller Leistung ist er nach 10 kWh ÷ 5 kW = 2 h leer (ohne Verluste).
SoCState of Charge – der Ladezustand in %. 100 % = voll, 0 % = leer. Die nutzbare Kapazität ist meist kleiner als die Nennkapazität (Herstellerangabe).

Bild: Ein Tag mit Speicher

0123450 h6 h12 h18 h24 hP in kW
Ein sonniger Tag mit 10-kWh-Speicher (Lernmodell, schematisch). Blaue Linie: Verbrauch im Haus.
  • Solarstrom direkt verbraucht
  • Speicher wird geladen
  • Einspeisung (Speicher voll)
  • Speicher wird entladen
  • Bezug aus dem Netz

Fortgeschritten Eigenverbrauch und Autarkiegrad

Zwei Kennzahlen werden oft verwechselt:

  • Eigenverbrauchsquote = selbst genutzter Solarstrom ÷ erzeugter Solarstrom. Sie sagt: Wie viel meines Solarstroms nutze ich selbst?
  • Autarkiegrad = selbst genutzter Solarstrom ÷ gesamter Stromverbrauch. Sie sagt: Wie viel meines Verbrauchs decke ich selbst?

Rechenbeispiel: Die Anlage erzeugt 8 000 kWh im Jahr, der Haushalt braucht 5 000 kWh. Selbst genutzt werden 2 400 kWh.
Eigenverbrauchsquote = 2 400 kWh ÷ 8 000 kWh = 30 %. Autarkiegrad = 2 400 kWh ÷ 5 000 kWh = 48 %.

Ein Speicher erhöht beide Werte, weil Überschuss vom Mittag am Abend genutzt wird. Auch Verbraucher zur Mittagszeit laufen lassen hilft.

Fortgeschritten Not- und Ersatzstrom – nur die Begriffe

Eine normale netzgekoppelte Anlage liefert bei Netzausfall keinen Strom ins Haus – der NA-Schutz trennt sie. Manche Speichersysteme können dann weiter versorgen. Die Begriffe verwenden Hersteller unterschiedlich: meist meint Notstrom eine einfache Versorgung einzelner Steckdosen, Ersatzstrom die automatische Weiterversorgung von Hausstromkreisen. Ob und wie das geht, hängt vom Gerät, der Installation und den Vorgaben des Netzbetreibers ab.

Speicher arbeiten mit hohen Gleichströmen und viel gespeicherter Energie. Aufstellort, Brandschutz und Lüftung richten sich nach der Herstellerangabe.

Merke

  • kWh = wie viel Energie, kW = wie schnell.
  • Eigenverbrauchsquote bezieht sich auf die Erzeugung, Autarkiegrad auf den Verbrauch.

07 Netz & Zähler

Rookie

Kurz erklärt

Eine netzgekoppelte PV-Anlage hängt am Netz des örtlichen Netzbetreibers. Bevor sie gebaut und angeschlossen wird, muss sie dort angemeldet werden; der Netzbetreiber legt fest, wie und mit welcher Leistung eingespeist werden darf.

ZweirichtungszählerEin elektronischer Zähler (Smart Meter), der getrennt zählt: Strom, der aus dem Netz bezogen wird, und Strom, der ins Netz geliefert wird.
Am DisplayOft stehen dort Kennzahlen wie 1.8.0 (Bezug) und 2.8.0 (Lieferung bzw. Einspeisung).
Typischer FehlerGlauben, der Zähler „läuft rückwärts“. Bezug und Einspeisung werden getrennt gezählt und getrennt abgerechnet.

Bild: Überschuss oder voll einspeisen?

ÜberschusseinspeisungVolleinspeisungPV + WRHausZweirichtungs-zählerNetzPV + WRHausEinspeise-zählerBezugs-zählerNetz
Zwei Arten der Einspeisung (vereinfacht).

Rookie Überschusseinspeisung und Volleinspeisung

  • Überschusseinspeisung: Der Solarstrom wird zuerst im Haus verbraucht. Nur was übrig bleibt, fließt über den Zweirichtungszähler ins Netz. Das ist bei Wohnhäusern üblich.
  • Volleinspeisung: Die gesamte erzeugte Energie geht über einen eigenen Zähler ins Netz. Das Haus bezieht seinen Strom getrennt über den Bezugszähler.

Für eingespeisten Strom braucht es einen Abnehmer (z. B. einen Stromhändler). Konkrete Tarife und Förderungen ändern sich laufend und sind nicht Teil dieses Kapitels.

Merke

  • Der Netzbetreiber muss die Anlage kennen, bevor sie einspeist.
  • Der Zweirichtungszähler zählt Bezug und Lieferung getrennt – er läuft nicht rückwärts.

08 Schutz & Sicherheit

RookieFortgeschritten

Wichtig: Nur für befugte Elektrofachkräfte

Errichtung, Änderung, Erweiterung, Instandsetzung und Prüfung von PV-Anlagen dürfen nur befugte Elektrofachkräfte (bzw. dazu berechtigte Unternehmen) durchführen. Als Lehrling arbeitest du nur unter Aufsicht und nach Anweisung. Dieses Kapitel erklärt Zusammenhänge – es ist keine Arbeitsanleitung.

Kurz erklärt

Die DC-Seite einer PV-Anlage ist besonders: Module lassen sich nicht ausschalten. Solange Licht auf sie fällt, liefern sie Spannung – auch bei Netzausfall, abgeschaltetem Wechselrichter oder ausgeschalteter Sicherung. Schon bei Bewölkung ist die Leerlaufspannung nur wenig niedriger als bei voller Sonne, weil die Spannung kaum von der Einstrahlung abhängt – auch in der Dämmerung kann noch gefährliche Spannung anliegen.

Wie hoch?Strings in Gebäudeanlagen haben oft mehrere hundert Volt Gleichspannung, je nach Anlage bis zur max. Systemspannung von Modul und Wechselrichter (laut Datenblatt).
5 SicherheitsregelnFreischalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit feststellen, erden und kurzschließen, benachbarte Teile abdecken – am Modulfeld lassen sie sich nicht vollständig umsetzen, weil die Module weiter Spannung erzeugen.
Arbeiten an der DC-SeiteWeil sich die DC-Seite bei Licht nicht freischalten lässt, gelten Arbeiten daran als Arbeiten unter Spannung bzw. in der Nähe unter Spannung stehender Teile – mit eigener Ausbildung, isoliertem Werkzeug und Schutzausrüstung.
Typischer FehlerSteckverbinder unter Last ziehen. Dabei kann ein Gleichstrom-Lichtbogen entstehen.

Bild: Trennstellen – wo bleibt Spannung?

AC12345
Wo bleibt Spannung, wenn abgeschaltet wird? (vereinfacht)
  1. Modulfeld und Leitung bis zur ersten DC-Trennstelle: Solange Licht da ist, immer unter Spannung.
  2. DC-Trenn- oder Kurzschließeinrichtung nahe am Modulfeld (oft „Feuerwehrschalter“ genannt) – nur wo vorhanden. Sie verkürzt den spannungsführenden Teil im Gebäude; Module und Leitung bis zu ihr bleiben unter Spannung.
  3. DC-Leitung im Gebäude: ohne eine solche Einrichtung steht sie bei Licht unter Spannung. Dafür beschreibt die OVE-Richtlinie R 11-1 zusätzliche Schutzmaßnahmen, z. B. brandgeschützte Verlegung – was nötig ist, legt die Planung fest.
  4. DC-Trennschalter am Wechselrichter: trennt den Wechselrichter vom Modulfeld – nicht die Leitung davor.
  5. AC-Seite: wird über die Freischaltstelle – meist Sicherung bzw. Leitungsschutzschalter im Verteiler – abgeschaltet. Der Wechselrichter ist dann vom Netz getrennt, die DC-Seite nicht.

Rookie Gleichstrom-Lichtbogen

Wechselstrom geht 100-mal pro Sekunde durch null (bei 50 Hz) – ein Lichtbogen erlischt dabei oft von selbst. Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang. Ein DC-Lichtbogen kann deshalb stehen bleiben, ist mehrere tausend Grad heiß und kann Verbrennungen und Brände verursachen.

  • Steckverbinder nie unter Last trennen. Zuerst den Wechselrichter AC-seitig abschalten und den DC-Trennschalter öffnen (Herstellerangabe beachten).
  • Nur zueinander passende Steckverbinder desselben Typs verwenden und mit dem vorgeschriebenen Werkzeug crimpen – falsche Paarungen erwärmen sich.
  • Nur Schalter verwenden, die für Gleichstrom und die Spannung der Anlage ausgelegt sind (DC-Lasttrennschalter).

Fortgeschritten Überspannung, Blitz, Erdung und Potentialausgleich

  • Überspannungsschutz: Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPD) schützen DC- und AC-Seite vor Spannungsspitzen, z. B. durch Blitzeinschläge in der Nähe. Wo sie nötig sind und welcher Typ, ergibt sich aus Norm und Planung.
  • Blitzschutz: Hat das Gebäude einen äußeren Blitzschutz, muss die PV-Anlage darauf abgestimmt werden (Abstände bzw. Einbindung) – Sache der Planung.
  • Erdung und Potentialausgleich: Metallene Modulgestelle und Schienen werden nach dem Schutzkonzept der Anlage in den Potentialausgleich einbezogen. Siehe auch Erdung & Potentialausgleich.

Rookie Brandschutz und Feuerwehr

  • Kennzeichnung: Hinweisschilder (z. B. am Hausanschluss, Verteiler und Wechselrichter) zeigen, dass eine PV-Anlage vorhanden ist. Ein Plan zeigt, wo Module, Leitungen und Trennstellen liegen.
  • Abschalten im Einsatzfall: Über die Freischaltstelle – meist Sicherung bzw. Leitungsschutzschalter im Verteiler – wird die AC-Seite abgeschaltet; der Wechselrichter ist dann vom Netz getrennt. Die DC-Leitungen vom Dach bleiben bei Licht trotzdem unter Spannung. Für diesen Fall beschreibt in Österreich die OVE-Richtlinie R 11-1 zusätzliche Maßnahmen zum Schutz der Feuerwehr bei DC-Leitungen im Gebäude, zum Beispiel eine brandgeschützte Verlegung oder eine Einrichtung, die die DC-Leitung möglichst nahe am Modulfeld trennt oder die Module kurzschließt (oft „Feuerwehrschalter“ genannt). Module und Leitung bis zu dieser Stelle bleiben unter Spannung. Welche Maßnahme nötig ist, legt die Planung fest.
  • Leitungen UV-beständig, geschützt und ohne Scheuerstellen verlegen; Wechselrichter mit Abstand und Kühlung montieren (Herstellerangabe).

Rookie Arbeiten am Dach und PSA

  • Absturz ist die größte Gefahr bei der Montage: Gerüst bzw. Absturzsicherung (Seitenschutz, Fangnetz, Anschlagpunkte mit persönlicher Schutzausrüstung gegen Absturz) gehört vor jeden Arbeitsbeginn.
  • Nie auf Module steigen, nicht bei Sturm, Nässe, Eis oder Gewitter arbeiten. Module sind groß und wirken bei Wind wie ein Segel.
  • PSA laut Gefährdungsbeurteilung: Helm mit Kinnriemen, Sicherheitsschuhe, Handschuhe, Sonnen- und Hitzeschutz; bei elektrischen Arbeiten zusätzlich isolierende Schutzausrüstung.

Mehr zu Absturz und Schutzausrüstung findest du im Fach Sicherheit.

Merke

  • Module lassen sich nicht ausschalten – die DC-Seite steht bei Licht immer unter Spannung.
  • Gleichstrom-Lichtbögen erlöschen nicht von selbst: Steckverbinder nie unter Last trennen.

09 Prüfung & Inbetriebnahme

Profi

Kurz erklärt

Bevor eine PV-Anlage in Betrieb geht, wird sie geprüft: Ist sie sicher errichtet, und arbeitet sie so, wie geplant? Für netzgekoppelte PV-Anlagen beschreibt die Norm EN 62446-1 (in Österreich als OVE EN 62446-1) Dokumentation, Inbetriebnahmeprüfung und Prüfanforderungen. Dazu kommt die Erstprüfung der elektrischen Anlage nach den geltenden Errichtungsbestimmungen.

GrundideeErst besichtigen, dann messen, dann Funktion prüfen – und alles dokumentieren.
GrenzwerteMindest- und Grenzwerte (z. B. für den Isolationswiderstand) stehen in der Norm bzw. in der Herstellerangabe. Dieses Kapitel nennt bewusst keine eigenen Werte.
Typischer FehlerMesswerte nur aufschreiben, aber nicht mit dem Erwartungswert vergleichen. Ein Fehler fällt oft erst im Vergleich der Strings auf.

Gefahren beim Prüfen

  • Die Strings stehen bei Licht unter Spannung – auch während der Messung.
  • Beim Kurzschlussstrom- und Isolationsmessen werden Strings kurzgeschlossen bzw. mit Prüfspannung belastet: Beim Trennen unter Strom droht ein Gleichstrom-Lichtbogen. Deshalb nur mit dafür gebauten PV-Prüfgeräten und nach Herstellerverfahren.
  • Leitungen und Anlagenteile können sich bei der Isolationsmessung aufladen.
  • Messgeräte müssen für die DC-Systemspannung und die Messkategorie geeignet sein.

Profi Lernmodell der Erstprüfung – Schritt für Schritt

  1. Unterlagen bereitlegenStringplan, Schaltplan, Datenblätter von Modulen und Wechselrichter. Erwartungswerte vorher ausrechnen (Anzahl Module, Temperatur).
  2. Besichtigen (Sichtprüfung)Ohne Messgerät: Module unbeschädigt und richtig befestigt? Leitungen geschützt und UV-beständig verlegt? Passende Steckverbinder? Kennzeichnung, DC-Trennschalter und Überspannungsschutz vorhanden?
  3. Schutzleiter und PotentialausgleichDurchgängigkeit messen: Sind Modulgestelle und Gehäuse niederohmig mit dem Potentialausgleich verbunden, wie es das Schutzkonzept vorsieht?
  4. PolaritätJe String mit offenem DC-Trennschalter prüfen, ob Plus und Minus stimmen – bevor der String am Wechselrichter angeschlossen wird. Eine Verpolung kann das Gerät beschädigen.
  5. Leerlaufspannung UOCJe String messen und mit dem Erwartungswert und den anderen Strings vergleichen. Modultemperatur notieren – Kälte erhöht, Wärme senkt die Spannung.
  6. Strom (ISC oder Betriebsstrom)Nur durch die Fachkraft mit einem geeigneten Messgerät und Verfahren (z. B. PV-Prüfgerät oder DC-Stromzange im Betrieb). Einstrahlung mitmessen, weil der Strom proportional dazu ist.
  7. Isolationswiderstand DCDas Prüfgerät legt eine Prüfgleichspannung zwischen die aktiven Leiter und Erde und zeigt den Widerstand in MΩ. Mindestwert und Prüfspannung laut Norm bzw. Herstellerangabe.
  8. Funktionsprüfung WechselrichterIn der Reihenfolge des Herstellers einschalten. Synchronisiert er mit dem Netz? Sind DC-Spannung, Leistung und Meldungen plausibel? Trennt er bei Netzausfall?
  9. DokumentierenPrüfprotokoll mit allen Messwerten je String, Datum, Wetter, Einstrahlung, Modultemperatur und verwendeten Messgeräten. Anlagendokumentation an den Betreiber übergeben.

Zusätzlich gibt es weiterführende Prüfungen, etwa eine I-U-Kennlinienmessung je String oder eine Wärmebild-Aufnahme (Thermografie) des Modulfelds, um Hotspots oder defekte Bypassdioden zu finden.

Profi Welche Messung womit?

PrüfungWomit?Worauf achten?
PolaritätSpannungsmessgerät für DC, ausreichende Bemessungsspannung und MesskategorieVorzeichen; vor dem Anschluss an den Wechselrichter
UOC je StringMultimeter bzw. PV-Prüfgerät für die SystemspannungErwartungswert mit Temperatur; Vergleich der Strings
ISC / StromPV-Prüfgerät oder DC-StromzangeNur Fachkraft; Einstrahlung mitmessen; nie Steckverbinder unter Last trennen
IsolationswiderstandIsolationsmessgerät, für PV geeignetGefährliche Spannung; Überspannungsschutz ggf. abtrennen (Herstellerangabe); Entladen nach der Messung
Schutzleiter-DurchgängigkeitNiederohm-MessgerätAlle Gestelle und Gehäuse laut Schutzkonzept

Isolationswiderstand – das Prinzip: Zwischen den aktiven Leitern (Plus und Minus) und Erde darf praktisch kein Strom fließen. Das Messgerät legt eine Gleichspannung an und misst den sehr kleinen Strom; daraus ergibt sich der Widerstand in MΩ. Feuchtigkeit, beschädigte Leitungen oder Module senken ihn. Ein zu kleiner Wert kann gefährliche Berührungsspannungen und Brände bedeuten.

Profi Erwartungswert der Leerlaufspannung rechnen

UOC, String = n · UOC, STC · (1 + TK/100 · (T − 25 °C))

n = Anzahl Module im String; T = Modultemperatur in °C (im PV-Rechner ϑ); TK = Temperaturkoeffizient in %/K, meist negativ (im Datenblatt oft β für UOC).

Beispiel: 10 Module, UOC = 40,0 V, TK = −0,30 %/K, T = 40 °C:
10 × 40,0 V × (1 − 0,0030 /K × 15 K) = 400 V × 0,955 = 382 V.

Profi

Übung: Messwerte eines Beispielstrings beurteilen

Messreihe 1 von 5

Lernmodell: drei gleich gebaute Strings, gleichmäßige Einstrahlung, linearer Temperaturkoeffizient, ohne Messunsicherheit. Als „plausibel“ gilt in dieser Übung eine Abweichung bis ±5 % vom Erwartungswert – diese Schwelle ist nur ein Lernwert, im echten Prüfprotokoll gelten Norm- und Herstellerangaben.

Neue Anlage, Nachmittag

  • Module je String10
  • UOC je Modul (STC)40,0 V
  • TK von UOC−0,30 %/K
  • Modultemperatur40 °C

Alle drei Strings haben laut Stringplan 10 Module.

Stringgemessen UOCBeurteilung
String 1379 V–
String 2343 V–
String 3380 V–
Schritt 2: Was fällt dir auf?
Lösung zu Messreihe 1

Erwartet je String: 10 × 40,0 V × (1 − 0,0030 /K × 15 K) = 382 V. String 2 ist um etwa eine Modulspannung zu niedrig – ein Modul fehlt in der Verschaltung oder ist überbrückt.

Genau. Erwartet sind 382 V, gemessen 343 V: Es fehlen rund 39 V – das ist ziemlich genau eine Modulspannung bei 40 °C (38,2 V). Mögliche Ursachen: Modul beim Verschalten übersprungen, Brücke statt Modul, oder eine Bypassdiode ist durchlegiert (dann fehlt meist nur ein Teil eines Moduls). Stringplan und Verdrahtung prüfen.

Merke

  • Erst besichtigen, dann messen, dann Funktion prüfen – und alles ins Prüfprotokoll.
  • Messwerte immer mit dem Erwartungswert und mit den anderen Strings vergleichen.

10 Weiterlernen

Rookie

Merke

  • Erst verstehen, dann rechnen, dann ausprobieren.
  • Am echten Modulfeld arbeitest du nur mit einer befugten Elektrofachkraft.
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