Wie funktioniert ein Balkonkraftwerk? Einfach erklärt

Wie funktioniert ein Balkonkraftwerk? Vereinfacht gesagt wandeln Solarmodule Sonnenlicht in elektrischen Gleichstrom um. Ein Mikrowechselrichter macht daraus haushaltsüblichen Wechselstrom, der anschließend in den Stromkreis deiner Wohnung oder deines Hauses eingespeist wird. Deine laufenden Elektrogeräte nutzen diesen selbst erzeugten Solarstrom automatisch mit, sodass du entsprechend weniger Strom aus dem öffentlichen Netz beziehen musst.

Die Funktionsweise eines Balkonkraftwerks ähnelt damit grundsätzlich einer klassischen Photovoltaikanlage, ist aber deutlich kompakter und einfacher aufgebaut. Zu den wichtigsten Bestandteilen gehören Solarmodule, ein Mikrowechselrichter sowie die benötigten Solar- und Anschlusskabel. Je nach Montageort kommen außerdem passende Halterungen hinzu. Innerhalb der vereinfachten gesetzlichen Regelungen für Steckersolargeräte sind derzeit bis zu 2.000 Watt installierte Modulleistung und maximal 800 VA Wechselrichterleistung möglich.

In diesem Beitrag erklären wir Schritt für Schritt, wie ein Balkonkraftwerk funktioniert, wie aus Sonnenlicht nutzbarer Haushaltsstrom entsteht und wohin der erzeugte Strom fließt. Außerdem zeigen wir anhand eines 800-Watt-Balkonkraftwerks, wie sich Erzeugung und Verbrauch im Laufe eines typischen Tages zusammensetzen.

Was ist ein Balkonkraftwerk? Die Komponenten

Ein Balkonkraftwerk ist eine kleine Photovoltaikanlage, mit der du einen Teil deines Stromverbrauchs selbst decken kannst. Im Vergleich zu einer großen PV-Anlage auf dem Hausdach besteht ein Steckersolargerät nur aus wenigen Komponenten. Diese arbeiten zusammen, um Sonnenenergie zunächst in elektrischen Strom umzuwandeln und diesen anschließend in deinem Haushalt nutzbar zu machen.

Der sichtbarste Bestandteil sind die Photovoltaikmodule beziehungsweise Solarmodule. Sie erzeugen Gleichstrom, der über Solarkabel zum Mikrowechselrichter geleitet wird. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, der anschließend über ein Anschlusskabel in den vorhandenen Haushaltsstromkreis eingespeist wird.

Zusätzlich gehören zu einem vollständigen System passende Halterungen für den jeweiligen Montageort. Je nachdem, ob du dein Balkonkraftwerk am Balkongeländer, auf einem Flachdach, an der Fassade oder im Garten montieren möchtest, unterscheiden sich die benötigten Befestigungssysteme. Aufeinander abgestimmte Komponenten findest du in unseren Balkonkraftwerk-Sets.

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Wie erzeugt dein PV-Modul Strom?

Ein Photovoltaikmodul besteht aus vielen miteinander verbundenen Solarzellen. Trifft Sonnenlicht auf diese Zellen, wird die Energie der Lichtteilchen auf Elektronen im Halbleitermaterial übertragen. Dadurch können sich elektrische Ladungen bewegen und es entsteht ein Stromfluss. Die Solarzellen erzeugen auf diese Weise Gleichstrom, der anschließend über Solarkabel zum Wechselrichter weitergeleitet wird.

Das Schaubild zeigt vereinfacht, was innerhalb einer Solarzelle passiert. Typische Solarzellen bestehen aus unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten, zwischen denen sich ein elektrisches Feld bildet. Treffen Photonen auf die Zelle, können Elektronen in Bewegung versetzt und über die elektrischen Kontakte der Solarzelle abgeführt werden.

Für die praktische Funktionsweise eines Balkonkraftwerks ist vor allem das Ergebnis entscheidend: Aus Sonnenlicht entsteht elektrischer Gleichstrom. Wie viel Strom ein Modul tatsächlich erzeugt, hängt unter anderem von der Sonneneinstrahlung, der Ausrichtung, dem Neigungswinkel, der Temperatur und möglichen Verschattungen ab. Die Nennleistung eines Solarmoduls in Wattpeak beschreibt deshalb nicht die Leistung, die das Modul jederzeit dauerhaft liefert.

Wie wird der Strom für den Haushalt nutzbar?

Der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom kann in einem normalen Haushalt nicht direkt verwendet werden. In Deutschland arbeiten die üblichen Haushaltsstromnetze mit Wechselstrom. Genau an dieser Stelle kommt der Mikrowechselrichter ins Spiel.

Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom um und synchronisiert sich mit dem öffentlichen Stromnetz. Dadurch kann die erzeugte Energie in den vorhandenen Haus- oder Wohnungsstromkreis eingespeist werden. Ein separates Stromnetz nur für das Balkonkraftwerk ist dafür nicht notwendig.

Darüber hinaus übernimmt der Wechselrichter wichtige Schutzfunktionen. Fällt beispielsweise das öffentliche Stromnetz aus, darf das Balkonkraftwerk nicht weiter Strom in die Leitung einspeisen. Der integrierte Netz- und Anlagenschutz sorgt deshalb dafür, dass der Wechselrichter in einer solchen Situation automatisch abschaltet.

Wie gelangt der Strom ins Hausnetz?

Zwischen den Solarmodulen und dem Wechselrichter kommen spezielle Solarkabel zum Einsatz. Vom Wechselrichter führt anschließend ein AC-Anschlusskabel zum Stromkreis des Haushalts. Über diesen Anschluss gelangt der zuvor umgewandelte Wechselstrom in das bestehende elektrische Netz der Wohnung oder des Hauses.

Für dich als Nutzer bedeutet das: Du musst deine Elektrogeräte nicht speziell mit dem Balkonkraftwerk verbinden. Kühlschrank, Router, Fernseher oder Waschmaschine bleiben ganz normal an ihren vorhandenen Steckdosen angeschlossen. Sobald das Balkonkraftwerk Strom erzeugt, steht dieser innerhalb des Haushaltsstromkreises zur Verfügung.

Einspeisung: Wohin fließt der Strom?

Eine der häufigsten Fragen zur Balkonkraftwerk-Funktionsweise lautet: Wohin fließt der Strom eigentlich, nachdem er über den Wechselrichter in den Haushalt eingespeist wurde? Schließlich kennt man eine Steckdose normalerweise als Stelle, an der Strom entnommen wird. Beim Balkonkraftwerk wird über den Anschluss dagegen zusätzliche elektrische Leistung in den vorhandenen Stromkreis eingebracht.

Das Balkonkraftwerk arbeitet dabei parallel zum öffentlichen Stromnetz. Deine Haushaltsgeräte können gleichzeitig Energie aus der eigenen Solaranlage und aus dem Stromnetz beziehen. Wie viel Strom von außen benötigt wird, hängt davon ab, wie hoch dein Verbrauch und die aktuelle Solarproduktion gerade sind.

Benötigt dein Haushalt beispielsweise 500 Watt und dein Balkonkraftwerk produziert gleichzeitig 300 Watt, müssen nur noch rund 200 Watt über das öffentliche Netz geliefert werden. Erzeugt die Anlage dagegen ungefähr genauso viel Strom, wie deine Geräte gerade benötigen, kann der Netzbezug in diesem Moment nahezu auf null sinken.

Warum wird der Solarstrom direkt im Haushalt genutzt?

Häufig liest man, Strom nehme einfach den „Weg des geringsten Widerstands“. Als vereinfachtes Bild ist das verständlich, technisch beschreibt es die Situation im Haushaltsnetz allerdings nur ungenau. Entscheidend ist vielmehr die elektrische Leistungsbilanz am Netzanschlusspunkt.

Stellt dein Balkonkraftwerk innerhalb des Haushalts Leistung bereit, muss das öffentliche Netz nur noch die Differenz zwischen Solarproduktion und Verbrauch liefern. Genau deshalb sinkt dein gemessener Netzbezug, sobald deine Anlage Strom produziert und gleichzeitig Geräte eingeschaltet sind.

Das macht den Eigenverbrauch besonders wertvoll. Jede Kilowattstunde Solarstrom, die du direkt selbst nutzt, ersetzt Strom, den du ansonsten zu deinem regulären Tarif beim Energieversorger einkaufen müsstest. Besonders kontinuierliche Verbraucher wie Kühlschrank, Router oder Geräte im Stand-by können deshalb einen Teil der Solarproduktion über den Tag aufnehmen.

Was passiert mit überschüssigem Strom?

Natürlich gibt es auch Situationen, in denen dein Balkonkraftwerk mehr Strom erzeugt, als du gerade verbrauchst. Das kann vor allem rund um die Mittagszeit passieren, wenn die Sonneneinstrahlung stark ist, während gleichzeitig nur wenige größere Verbraucher laufen.

Produziert dein Balkonkraftwerk beispielsweise 700 Watt und dein Haushalt benötigt lediglich 300 Watt, bleiben ungefähr 400 Watt übrig. Ohne zusätzliche Steuerung oder Speicher fließt dieser Überschuss über den Netzanschluss in das öffentliche Stromnetz.

Bei Steckersolargeräten innerhalb der vereinfachten Regelungen ist die unentgeltliche Abnahme der übliche Fall. Der Schwerpunkt liegt deshalb vor allem darauf, möglichst viel des erzeugten Solarstroms selbst zu verbrauchen.

Was passiert bei einem alten Stromzähler?

Auch ein alter Ferraris-Zähler ohne Rücklaufsperre verhindert die Inbetriebnahme eines Steckersolargeräts innerhalb der gesetzlichen Sonderregelungen heute nicht mehr grundsätzlich. Ist der vorhandene Zähler für die Einspeisung nicht geeignet, darf das Balkonkraftwerk übergangsweise bereits betrieben werden, bis der zuständige Messstellenbetreiber den Zähler austauscht.

Während dieser Übergangszeit kann sich ein alter Ferraris-Zähler bei einer Überschusseinspeisung unter Umständen rückwärts drehen. Der Messstellenbetreiber ersetzt den Zähler anschließend durch einen geeigneten Zweirichtungszähler oder ein intelligentes Messsystem. Eine gesonderte Beauftragung des Zählerwechsels durch dich ist dafür grundsätzlich nicht erforderlich.

Strom speichern und später nutzen

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, überschüssigen Solarstrom zwischenzuspeichern. Statt die Energie tagsüber ins öffentliche Netz abzugeben, kann ein Speicher sie aufnehmen und beispielsweise am Abend wieder für den Haushalt bereitstellen.

Wie genau ein Balkonkraftwerk mit Speicher funktioniert, hängt vom jeweiligen Speichersystem ab und würde den Rahmen dieses Grundlagenartikels sprengen. Wenn du Solarstrom auch außerhalb der direkten Produktionszeiten nutzen möchtest, findest du passende Lösungen in unserer Kategorie Balkonkraftwerk mit Speicher.

Einfach erklärt am Beispiel eines 800-Watt-Balkonkraftwerks

Besonders verständlich wird die Funktionsweise eines Balkonkraftwerks an einem typischen Tagesablauf. Ein Balkonkraftwerk mit einem Wechselrichter mit maximal 800 VA liefert nämlich nicht permanent die volle Leistung. Wie viel Strom tatsächlich erzeugt wird, hängt unter anderem von Tageszeit, Wetter, Ausrichtung und installierter Modulleistung ab.

Am frühen Morgen steht die Sonne noch niedrig. Angenommen, deine Anlage produziert zu diesem Zeitpunkt 150 Watt, während Kühlschrank, Router und andere Dauerverbraucher zusammen 250 Watt benötigen. Die 150 Watt aus dem Balkonkraftwerk werden im Haushalt genutzt, während die fehlenden rund 100 Watt weiterhin aus dem öffentlichen Netz kommen.

Im Laufe des Vormittags steigt die Solarproduktion. Produziert die Anlage beispielsweise 500 Watt und der Haushalt verbraucht gleichzeitig 500 Watt, kann der aktuelle Bedarf nahezu vollständig durch den eigenen Solarstrom gedeckt werden. Der Stromzähler registriert in diesem Moment kaum oder keinen zusätzlichen Netzbezug.

Rund um die Mittagszeit kann der Wechselrichter unter guten Bedingungen seine maximale Ausgangsleistung erreichen. Liefert das Balkonkraftwerk beispielsweise 800 Watt, während im Haushalt nur 600 Watt benötigt werden, können die 600 Watt direkt genutzt werden. Die verbleibenden rund 200 Watt fließen ohne Speicher in das öffentliche Netz.

Am Nachmittag nimmt die Leistung mit sinkendem Sonnenstand wieder ab. Erzeugt das Balkonkraftwerk noch 350 Watt und dein Haushalt benötigt gleichzeitig 500 Watt, deckt die Solaranlage einen großen Teil des Verbrauchs ab. Die fehlenden 150 Watt liefert automatisch das öffentliche Stromnetz.

Am Abend und in der Nacht produzieren die Solarmodule schließlich kaum noch beziehungsweise keinen Strom. Ohne Speicher wird der gesamte Verbrauch dann wieder aus dem öffentlichen Netz gedeckt. Mit einem geeigneten Speichersystem könnte dagegen ein Teil der tagsüber gespeicherten Solarenergie zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden.

Das Beispiel zeigt auch, was die Bezeichnung 800-Watt-Balkonkraftwerk im Alltag bedeutet. Der Wechselrichter kann bis zu 800 VA Ausgangsleistung bereitstellen, die Anlage erzeugt aber nicht den ganzen Tag konstant diesen Wert. Ihre tatsächliche Produktion schwankt mit den jeweiligen Bedingungen.

Wie viel Leistung darf ein Balkonkraftwerk haben?

Für Steckersolargeräte gelten vereinfachte gesetzliche Regelungen, wenn bestimmte Leistungsgrenzen eingehalten werden. Die installierte Leistung der angeschlossenen Solarmodule darf insgesamt maximal 2.000 Watt betragen. Die Wechselrichterleistung ist auf insgesamt höchstens 800 VA begrenzt.

Modulleistung und Wechselrichterleistung beschreiben dabei unterschiedliche Dinge. Die Modulleistung gibt an, welche Leistung die Solarmodule unter standardisierten Bedingungen theoretisch erreichen können. Die Wechselrichterleistung begrenzt dagegen, wie viel Leistung maximal in den Haushaltsstromkreis abgegeben werden kann.

Deshalb kann ein Balkonkraftwerk beispielsweise eine Modulleistung von 1.600 oder 2.000 Watt besitzen und trotzdem einen Wechselrichter mit maximal 800 VA nutzen. Die höhere Modulleistung kann sogar sinnvoll sein, weil der Wechselrichter dadurch auch morgens, am Nachmittag oder bei weniger idealen Wetterbedingungen häufiger eine höhere Leistung erreicht.

Muss ein Balkonkraftwerk angemeldet werden?

Auch ein Balkonkraftwerk muss registriert werden. Für Steckersolargeräte innerhalb der entsprechenden Leistungsgrenzen wurde das Verfahren jedoch deutlich vereinfacht. Die Registrierung erfolgt im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur und muss innerhalb eines Monats nach der Inbetriebnahme vorgenommen werden.

Eine zusätzliche separate Anmeldung beim Netzbetreiber entfällt für Steckersolargeräte innerhalb der gesetzlichen Sonderregelungen bei unentgeltlicher Abnahme. Der Netzbetreiber erhält die notwendigen Angaben automatisiert über das Marktstammdatenregister.

Damit ist die Anmeldung eines Balkonkraftwerks heute deutlich unkomplizierter als früher. Trotzdem solltest du die Registrierung nicht vergessen, denn auch kleine Steckersolargeräte bleiben registrierungspflichtige Stromerzeugungsanlagen.

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Fazit: So funktioniert ein Balkonkraftwerk

Wie funktioniert ein Balkonkraftwerk? Das Grundprinzip ist unkompliziert: Die Solarmodule wandeln Sonnenlicht in elektrischen Gleichstrom um, der Mikrowechselrichter macht daraus haushaltsüblichen Wechselstrom und speist ihn in den vorhandenen Stromkreis ein. Deine Elektrogeräte müssen dafür nicht speziell mit der Solaranlage verbunden werden, sondern können den bereitgestellten Strom automatisch mitnutzen.

Je besser die Solarproduktion zeitlich zu deinem eigenen Stromverbrauch passt, desto mehr des erzeugten Stroms kannst du direkt selbst verwenden. Dadurch sinkt der Bezug aus dem öffentlichen Netz und damit auch der Anteil deines Stromverbrauchs, den du beim Energieversorger einkaufen musst. Überschüssige Energie fließt ohne Speicher in das öffentliche Netz oder kann mit einem geeigneten Speichersystem für später genutzt werden.

Die Funktionsweise eines Balkonkraftwerks lässt sich damit auf einen einfachen Ablauf reduzieren: Sonnenlicht trifft auf die Solarmodule, der Wechselrichter bereitet den erzeugten Strom für das Haushaltsnetz auf und deine laufenden Geräte nutzen diese Energie direkt mit. Genau dieser einfache Aufbau macht Balkonkraftwerke zu einer unkomplizierten Möglichkeit, einen Teil des eigenen Strombedarfs selbst zu erzeugen.

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