Energiewende 2022 – Going Solar Stromerzeugung – Balkonkraftwerke

Als regionales Softwareunternehmen mit angeschlossenem Technikbetrieb setzt AE natürlich auf Nachhaltigkeit! Fein säuberlich werden Müll getrennt, Rohstoffe gesammelt und wertvolle Materialien fachgerecht entsorgt. Dazu wird auf dem Grundstück eine Wildvogelfutterstelle unterhalten und man pflanzt Insekten- und Tierfreundliche Blumen und Beete auf dem Firmengelände.

Bei der Wahl des Stromversorgers werden grüne Energie und regionale Anbieter bevorzugt. Bereits vor Jahren wurde nahezu alle Leuchtstofflampen in Produktion, Fertigung und Büros durch moderne LED Lampen, alte Röhrenbildschirme durch TFT Monitore ersetzt. Durchgänge werden mit stromsparenden LED Wegleuchten oder Bewegungsmeldern ausgeleuchtet und auch die in vielen Büros übliche Nachtbeleuchtung durch eine bedarfsorientierte Signalbeleuchtung ersetzt.

Um auch laufende Kosten im Blick zu behalten werden Strom-, Heizungs- und Wasserverbrauch einem regelmäßigen monatlichen Monitoring unterzogen, so dass Vergleiche mit Vorjahreswerten auch über mehrere Jahre hinweg möglich sind. Ausreißer werden jeweils separat untersucht und analysiert.

Kurzum: wie viele andere Unternehmen auch so wurde AE Art-Events auf GREEN und Low Energy getrimmt und dafür haben Eigentümer, Management und Belegschaft viele Schritte und unterschiedliche Aktivitäten unternommen.

Doch dabei sollte es nicht bleiben. Gemeinsam haben Belegschaft und Management entschieden, weitere Schritte gehen zu wollen: für den Eigenverbrauch soll Solarenergie erzeugt werden!

Die angebotenen Gesamtpakete haben nicht überzeugt, so dass man sich zu einem Test mit einem Solarpaneel in Eigenregie gestartet haben. Die Fachpresse nennt es Balkonkraftwerk – aber hier wird es ohne Balkon betrieben!

Das Balkonkraftwerk – die Grundidee

Solar und die aktuelle Mikrowechselrichter Technologie sind erst einmal nicht besonders kompliziert. Vorbei sind die Zeiten in den bis zu 1000V auf dem Dach waren und ein extremer Hochleistungswechselrichter haufenweise Solarpaneels kontrollieren musste. Die heute üblichen neuen Mikrowechselrichter unterstützen heute meistens 1..4 Solarpaneels, die Spannungen liegen im Bereich 40VDC (Gleichspannung). Der Wechselrichter liefert eine Ausgangsleistung von rd 300 Watt.

Die Theorie ist daher einfach: Man verbinde ein Solarelement mit einem Mikrowechselrichter. Dieser nimmt die im Solarelement erzeugte Spannung von rd. 40VDC auf und wandelt sie in 230VAC Netzspannung um. Die Netzspannung kann man wiederum direkt im Hausanschluss einspeisen und verbrauchen.

Entsprechend der Leistung, die man selbst erzeugt, bezieht der Hausanschluss weniger Leistung vom Stromversorger – man spart also sofort Geld!

Sollte man mehr Solarenergie produzieren als man selbst verbrauchen kann, wird der Überschuss in das allgemeine Leitungsnetz eingeleitet und steht dort der Allgemeinheit zur Verfugung. (Die allerdings bei Entnahme vom nächsten Verbraucher ganz normal bezahlt werden muss – denn der Energiestunde am Zählerkasten kann man nicht ansehen, ob sie vom Energieversorger oder vom Nachbar Solar in das Netz eingespeist wurde. Ausnahmen hiervon sind Anlagen, die direkt einspeisen und dafür eine Einspeisevergütung bekommen. Das ist dann aber kein Balkonkraftwerk mehr. Hier fragen Sie bitte Ihren Energieversorger oder Elektrofachbetrieb.)

Solange die Leistung des Balkonkraftwerks unter 600 Watt ist, ist die Anlage nicht anmeldepflichtig. Ansonsten gilt das:

https://www.homeandsmart.de/balkonkraftwerk-anmelden

Nach geltender Rechtslage dürfen sogar Mieter in Wohnungen Balkonkraftwerke betreiben, wenn nicht zwingende Gründe dagegen sprechen. Man sollte jedoch zuerst den Vermieter kontakten und ihn von seinem Vorhaben erzählen. Und wie immer gilt natürlich: Elektro Arbeiten können lebensgefährlich sein. Sie sind also fachgerecht durchzuführen, vor jeder Tätigkeit ist der Stromkreis sicher zu unterbrechen!

Grundsätzlich gilt daher bei Balkonkraftwerken: Was man an Solarleistung selbst produziert, sollte man auch verbrauchen! Wenn man tagsüber nicht zu Hause ist, keine elektrischen Verbraucher wie Kühlschrank, Heizung etc. am Laufen hat, macht die Eigenproduktion wenig Sinn. Es würde nur die gesamte Leistung in das Leitungsnetz eingespeist, aber keiner profitiert so richtig davon. – weil der Energieversorger damit nicht rechnen kann und der Erzeuge auch leer ausgeht. Bei der Dimensionierung eines eigenen Balkonkraftwerkes ist es also hilfreich, sich im Vorfeld zu überlegen, welche Leistung man selbst verbraucht und welche man erzeugen will. Wer unsicher ist, kann seinen eigenen Stromzähler ablesen: Morgens um 9 und abends um 19 Uhr. Dann ergeben sich die Informationen, was man in den 10 Tagesstunden verbraucht in denen die Sonne scheinen kann.

Im vorliegenden Fall soll mit einem Solarelement von 300…400 Watt begonnen und festgestellt werden, was so ein Teil an Ergebnissen bringt.

Materialliste

Es wurde angeschafft:

-) Ein Solarelement / Solarmodul mit Leistung von 370Wp zum Preis von rd. 250 Euro.

-) Mikrowechselrichter von Fa. ENVERTECH EVT360 zum Preis von rd. 200 Euro.

-) verschiedene Befestigungselemente für ein Hallenvordach, rd. 150 Euro.

-) Solarkabel 100 Meter 6mm² zum Preis von 80 Euro.

-) Diverse Solarstecker / Blindbuchsen und Spezialdosen zum Preis von rd. 150 Euro.

-) viel Wasser und Speiseeis

Die o.a. Preise sind reine Materialpreise, d.h. Montage- und Handwerkerarbeiten sind hier nicht aufgeführt.

Die Beschaffung in Post-Corona und Kriegszeiten könnte einen eigenen Blogbeitrag füllen. Viele Teile waren bei Bestellungen mit unterschiedlichen Lieferzeiten versehen. Manche Anbieter nahmen Auftrag und Geld – und lieferten nicht. Oder irgendwann einmal. Oder gingen nicht ans Telefon / hüllten sich in Schweigen. Vermutlich weil sie selbst keinen Liefertermin hatten. Manchmal wurden auch falsche Teile geliefert. Oder was auch immer. Für hiesige Verhältnisse wurden verschiedene und ungewöhnliche Abenteuer durchlebt, die aber nicht zum Basiselement dieser Geschichte werden sollen. Kurz sei nur gesagt: um alle Teile zu bekommen, vergingen so 6 bis 8 Monate und es gab diverse Krisensitzungen, hektische Gespräche und manchmal nicht so freundliche Worte…

Platzwahl

Bei der Begutachtung des möglichen Platzes stellte sich heraus, dass die vorhandene Dachfläche für die Montage nicht optimal ist. Bei den Dachflächen zur Südseite gab es, bedingt durch Erker, immer irgendwelche Verschattungen – mal in den Morgenstunden, mal in den Abendstunden.

Besser eignete sich ein nach Süden ausgerichtetes Hallenvordach mit tragfähigen Wellenlementen und wasserdichtem Unterdach, das vor einigen Jahren aufwändig saniert wurde. Dieser Platz ist am längsten der täglichen Sonnenstrahlung ausgesetzt. Störende Verschattungen existieren nicht, Ausrichtung ist Süd und West, also Sonne von rd 10 bis weit nach 19 Uhr!

Folglich war im vorliegenden Fall das Hallenvordach der Platz der Wahl!

Balkonkraftwerk – der Bau

Schritt 1: Solarkabel bauen

Da der Wechselrichter etwas räumlich getrennt vom Solarmodul montiert werden solle, mussten zuerst die Solarkabel vom Solarmodul verlängert werden. Die bisherige Länge war ca. 50cm am Solarmodul und ca.  30cm. beim Wechselrichter.

Die Verlängerung wurde mit Solarkabel, 1polig, 6mm² Durchmesser realisiert. Das ist etwas überdimensioniert. Für die Leistung des Solarmoduls hätte ein Kabelquerschnitt von 4mm² zwar ausgereicht – aber der Aufpreis für das leistungsfähigere Kabel erwies sich als vergleichsweise gering – und wer weiß: vielleicht kommen ja eines Tages Solarelemente mit höherer Leistung! Dann hat man schon mal Kabel in Reserve.

Hierfür benötigt: Original Solarmodul Stecker MC4, als Stecker und Buchse. Diese sind einpolig. Das 6mm² Kabel wird eingeklemmt und der Stecker montiert. So lässt sich die VDC Leitung des Solarmoduls auf beliebige Länge erweitern und der Wechselrichter in einiger Entfernung vom Modul montieren.

Achtung: Das Solarmodul darf noch nicht mit dem Wechselrichter verbunden werden! Die Einschaltreihenfolge ist: 1) Wechselrichter dann 2) Solarpaneel! Also nur die Kabel bereit legen.

Schritt 2: Solarmodul montieren

Die übliche Wahl ist Aufständerung mit 12.5 bzw. 25 Grad Winkelelementen oder Flachmontage mit Kurzprofilen. Da das Vordach bereits eine Schräge von rd. 10 Grad aufweist, die obere Auflagefläche auf einer Welle mit ca. 10…20mm jedoch recht klein flächig ist, wurde von einer Aufständerung abgesehen. Es gab Sicherheitsbedenken: Die Montagefläche für ein Aufständerungsdreick von ca 50mm erschien zu gering für einen festen Stand des Solarmoduls. Untergelegte Verbreiterungen hätten u.U. den Wasserfluss bei großen Regenmengen behindert. Also wurde sich für Flachmontage entschieden, Kurprofile direkt oben auf einer Welle montiert. So wird der Wasserfluss nicht behindert, das Solarmodul ist fest fixiert und bietet auch Wind und Sturm keine relevante Angriffsfläche.

Solarmodul auf dem Dach anzeichnen. Kurzprofile anschrauben. Solarmodul einlegen, Solarkabel verbinden und das ganze fest fixieren. Jeweils mit 2 Montagewinkeln unten und oben.

Schritt 3: Wechselrichter montieren

Der Wechselrichter wird per Wandmontage montiert. Erdungsanschluss nicht vergessen! Das Solarkabel vom Solarmodul kommt zum Wechselrichter – Achtung: wird aber noch nicht in den Eingang des Wechselrichters eingesteckt!

Schritt 4: VAC Hausanschluss

Der Wechselrichter verfügt ausgangsseitig über einen speziellen Stecker, gebräuchliche Handelsnamen der Steckverbindung: BETTERIE BC01 Stecker oder auch WIELAND Stecker genannt. (Beides kann man in der Google Suche verwenden.) Diese Steckverbinder bieten den Vorteil: 1) verpolungssicher, 2) eine sichere Verbindung, die nur mit einem Werkzeug gelöst werden kann und 3) berührungssicher, weil es auch beim Herausziehen keine „blanken Pole“ gibt.

Als Gegenstück wird daher eine WIELAND / BETTERIE BC01 Buchse female Netzstecker AC, IP67 für VAC Netzanschluss benötigt, die in eine WIELAND Dose montiert ist. Hierbei gibt es sowohl Aufputz als auch Unterputz Versionen. Diese Dose ist dabei fest einphasig mit dem 230VAC Hausanschluss zu verbinden.

Wenn die Leitungslänge vom Wechselrichter nicht ausreicht, kann ein Verlängerungskabel Abhilfe schaffen. Hier wird eine Zuleitung von min. 3x 1,5mm² benötigt. Da im vorliegenden Fall die Ausgangsseitige AC Leistung des Wechselrichters max 300 Watt beträgt, sind Kabel mit 1,5mm² ausreichend. Wer größere Verbraucher an seinen Leitungssträngen hat, sollte entsprechend größere Querschnitte vorsehen! (Achtung: bitte Verlegeart beachten! NYM Kabel sind nur für feste Verlegung an Wand oder Rohr vorgesehen – niemals für flexible Verbindungen!)

Anstelle der Einspeisung über WIELAND Steckverbinder in den Hausanschluss könnte man theoretisch auch direkt eine Standard Schuko-Steckdose verwenden. Hier gibt es je nach Land abweichende Regeln! Derartige Konstellationen sind in einigen Ländern nicht gerne gesehen (oder gar untersagt), weil normale Schuko Stecker beim Entfernen aus der Netzdose evtl Netzspannung führen, wenn der Wechselrichter nicht schnell genug die Leitung unterbricht. Die Gesetzgebung sieht entsprechenden Normungen vor, die der Wechselrichter erfüllen sollte, um dieses schnelle Trennungsverhalten aufzuweisen. Um gleich auf Sicherheit zu gehen, wurde auf Schuko Stecker verzichtet und die WIELAND Verbindung montiert. Diese bietet zwei Vorteile: Berührungssicher – es gibt keinen blanke Pole, wie beim Schuko Stecker und sichere Verbindung, zum Lösen wird ein Werkzeug benötigt.

Worauf natürlich immer zu achten ist: Das bei Stecker L auf L, N auf N und natürlich PE auf PE geschaltet werden. Evtl die L Leitung mit einem Duspol fachgerecht prüfen – keinesfalls den alten Durchgangsprüfer verwenden! Fachgerecht prüfen heißt heute immer Duspol!

Der hier verwendete Wechselrichter unterstützt den Anschluss eines weiteren Wechselrichters. Da ungenutzt, sind alle nicht verwendeten Kabel mit entsprechenden Blindbuchsen zu schützen! (Gibt es auch als Zubehör im Fachhandel.)

Einschalten

Wenn das Konstrukt fertig ist: einschalten.

Zuerst immer die Netzverbindung herstellen – dann das Solarmodul einstecken! Niemals anders herum. Hierzu unbedingt Handbuch lesen!

Der Wechselrichter synchronisiert sich nach dem Einschalten mit dem VAC Netz, in unserem Fall 50Hz. Sobald die Startspannung des Solarmoduls über 22VDC liegt, kann der Wechselrichter richtig arbeiten und dann Ausgangsseitig seine 230Volt VAC Spannung produzieren, die direkt in den Hausanschluss hinein geleitet wird. Wenn das Solarmodul die Startspannung erreicht hängt natürlich von der Sonneneinstrahlung ab. Bei Inbetriebnahme der Anlage inmitten tiefster Nacht wird es nicht funktionieren! Sucht Euch einen sonnigen Tag aus!

Ergebnisse

Der erste Solar-Einsatz lief in den zwei Sommermonaten Juli und August 2022. Dieses waren größtenteils extreme Hochsommermonate mit sehr viel Sonne und großer Trockenheit.

Die produzierte Leistung entsprach ca. 65kWH pro Monat, also rd. 2100 Wh pro Tag in den Tagesstunden.

Runter gebrochen auf ca 10 Sonnenstunden ergibt sich im Mittelwert eine Leistung von rd. 210 Watt pro Tages-Sonnenlicht-Stunde. Auf den ersten Blick erscheint das gering für einen 370Wp Solarmodul. Jedoch ist beim Mittelwert zu beachten: in den Morgen- und Abendstunden wird entsprechend weniger produziert, in den Mittagstunden dann mehr Leistung. Der Mittelwert ist also logischerweise entsprechend weniger.

Bei einem Strompreis von rd, 40 ct/kWH (Stadtwerke) ergab sich in den Hochsommermonaten 2022 somit eine monatliche Einsparung 26 Euro pro Monat. Im Herbst / Winter / Frühjahr wird man von entsprechend geringeren Wert ausgehen müssen.

Die Erweiterung auf mehrere Solarmodule ist möglich. Jedoch muss bei einer Leistung ab 600 Watt die Anmeldepflicht beim regionalen Energieversorger beachtet werden. (Stand 2022).

Definitionen:

VDC = Gleichspannung die aus dem Solarmodul kommt und in den Eingang des Wechselrichters geht

230VAC = Wechselspannung aus aus dem Ausgang des Wechselrichters kommt und als Netzspannung in den Hausanschluss geht

Sicherheitshinweis: Elektro Arbeiten dürfen nur bei ausgeschalteten Netzen und von Fachkräften ausgeführt werden. Bei falscher Vorgehensweise besteht Lebensgefahr!

Achtung: Dieser Bericht ersetzt keine technische Dokumentation der Hersteller! Bitte unbedingt immer die entsprechenden Handbücher lesen und sich über aktuelle gesetzliche Vorschriften informieren.

Fotos werden nach Freigabe nachgereicht / geändert.


Text und Entwurf. (c) AE SYSTEME Testcenter, Hans-J. Walter
Hans-J. Walter ist Programmierer für Windows DOT.NET / C# und Android und als eingetragener, unabhängiger Journalist verantwortlich für interessante Fachberichte über Technik, Trends und Innovationen. Kontakt: hjw@terminal-systems.de

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