Balkonkraftwerke sind in aller Munde und zählen mittlerweile zu den beliebtesten Möglichkeiten, um eigenen Strom zu produzieren und seine Stromkosten zu senken. Die Funktionsweise von Balkonkraftwerken beziehungsweise Solaranlagen ist jedoch nur wenigen bekannt. Wie beispielsweise ist es möglich, dass aus Sonnenlicht Strom erzeugt wird und woher weiß der Kühlschrank, dass er zuerst den Strom aus dem Balkonkraftwerk nutzen soll? Und was passiert eigentlich, wenn mein Balkonkraftwerk mehr Strom erzeugt als momentan verbraucht wird? Das alles sind Fragen, die du dir bestimmt auch schon mal gestellt hast. In diesem Blog-Post möchten wir dir Antworten auf diese Fragen geben. Den technischsten Teil zur Funktionsweise von Solarmodulen beschreiben wir dir dabei zuerst. Lass dich davon nicht abschrecken, denn je weiter du liest, umso verständlicher wird es, versprochen!
Die Komponenten eines Balkonkraftwerks
Ein Balkonkraftwerk besteht aus einigen wenigen Komponenten, die alle zusammenspielen, um Strom zu erzeugen und ihn in dein Hausnetz einzuspeisen. Der Teil, der einem direkt ins Auge springt, sind die Photovoltaikmodule bzw. Solarmodule. Diese wandeln die Energie der Sonnenstrahlen in für dich nutzbaren elektrischen Strom um. Mittels Solarkabeln wird der erzeugte Gleichstrom zum Wechselrichter transportiert. Der Mikrowechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, damit dieser in dein Hausnetz eingespeist werden kann. Der so erzeugte Wechselstrom wird mit einem Anschlusskabel und Stecker über eine Steckdose in das Heimnetz eingespeist. Hierbei gibt es zwei gängige Anschlussmöglichkeiten. Es können entweder ein Schuko-Stecker und eine haushaltsübliche Steckdose oder eine spezielle Wieland-Steckdose und der dazu passende Stecker verwendet werden. Die Vor- und Nachteile beider Möglichkeiten haben wir bereits in einem anderen Artikel beleuchtet. Die aufgezählten Komponenten sind notwendig, um deine Anlage in Betrieb zu nehmen und deinen eigenen Strom zu erzeugen sowie einzuspeisen. Zusätzlich gibt es noch optionale Bauteile, wie verschiedene Modulhalterungen für unterschiedliche Montageorte, Stromspeicher und Geräte zur Überwachung der Stromerzeugung (z.B. Strommessgeräte).
Wie erzeugt dein PV-Modul Strom?
Ein Photovoltaikmodul besteht typischerweise aus mehreren Solarzellen, die zu einem Modul verbunden werden. Diese Solarzellen sind die Basis für die Stromerzeugung in deinem Balkonkraftwerk. Eine typische Solarzelle besteht aus Halbleitermaterialien (meist Silizium), die in zwei Schichten angeordnet sind. In beide Schichten sind verschiedene Fremdatome (z.B. Phosphor oder Bor) eingebracht, die entweder als Elektronenspender (Donatoren) oder Elektronenempfänger (Akzeptoren) fungieren. Diese Einbringung von Fremdatomen (Dotierung) führt dazu, dass es schon bei niedrigen Temperaturen freie Elektronen (negativ geladen) und positiv geladene Löcher bzw. Fehlstellen in den Halbleitern gibt. Je nach vorliegender Ladung spricht man auch von n-Dotierung (negativ) und p-Dotierung (positiv). Um die Funktionsweise einer Solarzelle zu erklären, haben wir zwei Grafiken erstellt, die den Aufbau einer einfachen Zelle (a) und den Einfluss einfallender Lichtteilchen (Photonen) (b) zeigt.
Am Übergang von einem n-dotierten (orange) zu einem p-dotierten (blau) Material, also an der Grenze der beiden Schichten einer Solarzelle, bildet sich ein sogenannter p-n-Übergang. Hier treffen die Elektronen der n-dotierten Schicht auf die Löcher der p-dotierten Schicht, wodurch sich die Ladungen kompensieren (grauer Bereich). Durch diese Kompensation der Ladungen im Übergang fehlen die Ladungen in den äußeren Bereichen der Schichten, wodurch sich ein Pluspol in der n-dotierten Schicht und ein Minuspol in der p-dotierten Schicht ergibt. So wird zwischen den beiden Schichten ein elektrisches Feld erzeugt.
Trifft ein Photon auf das Halbleitermaterial der Solarzelle, kann es von einem Elektron absorbiert werden (siehe (b)). Wenn ein Elektron ein Photon absorbiert, wird Energie übertragen, wodurch das Elektron in das Leitungsband des Materials angehoben wird und frei beweglich ist. Dieser Prozess wird auch als Photoelektrischer Effekt bezeichnet. Das Elektron befindet sich jetzt im Einfluss des elektrischen Felds im p-n-Übergang und bewegt sich deshalb in Richtung des n-dotierten Bereichs (schwarzer Pfeil in (b)). Das zurückbleibende Loch bzw. Defektelektron bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung. Den dadurch entstehenden Stromfluss kann man mit Kontakten an den n- und p-dotierten Schichten abgreifen. Die Solarzelle erzeugt so aus einfallendem Licht Gleichstrom, der mittels MC4-Solarkabeln zum Wechselrichter transportiert wird. Für besonders zuverlässige Kabel lassen wir die in unseren Anlagen verbauten Kabel exklusiv für uns in Deutschland fertigen. In einem anderen Blogbeitrag geben wir dir Einblicke in die Produktion.
Wie wird der Strom nutzbar?
Der vom PV-Modul erzeugte Gleichstrom (DC) kann allerdings nicht direkt im Haushalt verwendet werden, da in einem typischen Haushalt in Deutschland Wechselstrom (AC) verwendet wird. Hier kommt der Mikrowechselrichter ins Spiel. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz um. Dabei synchronisiert sich der Wechselrichter mit der Phase des öffentlichen Netzes, um sicherzustellen, dass eine harmonische Verbindung zwischen Balkonkraftwerk und Netz entsteht. Wenn dies sichergestellt ist, kann der erzeugte Wechselstrom einfach über eine haushaltsübliche Steckdose in dein Hausnetz eingespeist werden. Der Wechselrichter eines Balkonkraftwerks hat zusätzlich noch die Aufgabe des Netz- und Anlagenschutzes. Das bedeutet, dass der Wechselrichter abschalten muss, sobald der Stecker der Anlage gezogen wird oder das öffentliche Netz zusammenbricht. Dadurch wird zum einen der Endverbraucher und zum anderen das Stromnetz geschützt.
Nutze deinen eigenen Strom!
Schließt du dein Balkonkraftwerk zuhause an, so läuft es im sogenannten Netzparallelbetrieb. Das bedeutet, dass der erzeugte Wechselstrom deines Balkonkraftwerkes mit dem Strom im öffentlichen Netz synchronisiert ist und du sowohl aus dem öffentlichen Netz als auch aus deinem Balkonkraftwerk Strom beziehen kannst. Der in die Steckdose eingespeiste Wechselstrom kann direkt im eigenen Haushalt verbraucht werden. Das ist auch der Hauptvorteil eines Balkonkraftwerks. Deinem Kühlschrank ist es egal, woher der Strom kommt, den er verbraucht, und er entscheidet sich auch nicht explizit für den Strom aus deinem Balkonkraftwerk, wird diesen aber trotzdem bevorzugt verwenden. Dies liegt daran, dass Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes nimmt. Während deine Anlage Strom erzeugt, beziehst du also weniger Strom aus dem öffentlichen Netz. Je nachdem, wie viel Strom dein Balkonkraftwerk erzeugt, dreht sich dein Stromzähler langsamer oder kann sogar ganz stehen bleiben. Dein Balkonkraftwerk ist deshalb ideal dazu geeignet, typische Stand-By-Geräte und Dauerverbraucher, wie den Kühlschrank, den Internet-Router oder den Fernseher zu versorgen. Unter guten Bedingungen und bei guter Planung, kannst du aber auch andere Geräte, wie z.B. deine Waschmaschine mit dem Strom versorgen. Wie du den Ertrag deines Balkonkraftwerks und deinen Eigenverbrauch optimieren kannst, haben wir dir in einem weiteren Blogartikel zusammengefasst.
Was passiert mit überschüssigem Strom?
Natürlich kann es auch vorkommen, dass dein Balkonkraftwerk mehr Strom erzeugt als du im Moment verbrauchst. Wenn das der Fall ist, fließt der Strom einfach in das öffentliche Netz ab. Hier solltest du darauf achten, dass dein Stromzähler nicht rückwärtsläuft, da das in Deutschland verboten ist. Das ist aber nur bei alten Ferraris-Zählern ohne Rücklaufsperre der Fall und soll ab nächstem Jahr offiziell als Übergangslösung geduldet werden. Modernere Zähler bleiben einfach stehen und der überschüssige Strom deines Balkonkraftwerkes wird an das öffentliche Netz verschenkt. Wenn du das vermeiden willst, hast du zwei verschiedene Möglichkeiten. Zum einen kannst du einen Speicher installieren, der deinen überschüssigen Strom speichert, bis du ihn verbrauchst. Zum anderen kannst du laut EEG-Gesetz auch eine Einspeisevergütung für den eingespeisten Strom erhalten. Bei einem Balkonkraftwerk lohnt sich das aber in den wenigsten Fällen. Denn dafür musst du einen Zwei-Richtungs-Stromzähler installieren lassen und zusätzlich weitere technische Auflagen erfüllen. Außerdem hast du auch einen bürokratischen Mehraufwand. Bei einem typischen Balkonkraftwerk kann man je nach Ertrag und Strompreis mit einer Einspeisevergütung von 10 € bis 30 € im Jahr rechnen. Die Einspeisevergütung für ein Balkonkraftwerk lohnt sich deshalb unserer Meinung nach nicht. Bezüglich des Speichers solltest du individuell entscheiden, ob sich die Investition für dich lohnen würde. Denn die momentan erhältlichen Speicher sind noch relativ teuer, zum Teil technisch unausgereift und zögern die Amortisation deiner Anlage aufgrund des Preises hinaus.
Nutze jetzt die Sonne als Energiequelle!
Für ein funktionierendes Balkonkraftwerk brauchst du Photovoltaikmodule, einen Mikrowechselrichter sowie Solar- und AC-Anschlusskabel. Die Solarzellen, aus denen sich die Module zusammensetzen, bestehen aus Halbleitermaterialien wie z.B. Silizium. In den Zellen wird durch den photoelektrischen Effekt dafür gesorgt, dass Lichtteilchen, die auf die Zelle treffen, Elektronen freisetzen, die sich durch den Halbleiter bewegen. So wird ein Gleichstrom erzeugt, der aber noch nicht im Haushalt verwendet werden kann. Der Gleichstrom wird vom Mikrowechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, sodass der erzeugte Strom mit dem öffentlichen Netz kompatibel ist. Da der selbst erzeugte Strom direkt vorhanden ist und Strom stets den Weg des geringsten Widerstands geht, nutzen deine Haushaltsgeräte den Strom deines Balkonkraftwerks, anstatt Strom aus dem öffentlichen Netz zu ziehen. So läuft dein Stromzähler langsamer oder kann sogar ganz stehen bleiben. Auf diese Weise kannst du mit deinem eigenen Balkonkraftwerk bares Geld sparen. Und das geht ganz einfach. Wähle in unserem Shop das für dich passende Balkonkraftwerk, montiere es in wenigen Schritten, steck den Stecker in eine haushaltsübliche Steckdose und fange an zu sparen!
