Dieser Unterartikel zur Themenreihe Balkonkraftwerk Ost-West-Ausrichtung versteht sich als Anleitung für all diejenigen, die an ihrem Balkonkraftwerk Module unterschiedlich ausrichten wollen.

Typischerweise reden wir hier von vier Solarmodulen in Ost-West-Ausrichtung oder einer anderen Ausrichtung abweichend von Süden. Das wäre so ziemlich das Maximum, was mit den derzeitigen Regelungen für Balkonkraftwerke, also 800W Wechselrichter und max. 2000Wp Modulleistung, machbar ist.

Als Einstieg ins Thema empfehle ich meinen übergeordneten Artikel zur Ost-West-Ausrichtung und ggf. bei Interesse dessen weitere Unterartikel. Danach sollte klar sein, worüber wir bei Ost-Westausrichtung sprechen, warum Module bei Ost-West nie in Reihe, sondern immer parallel geschaltet werden und in wie weit sich eine Ost-West-Ausrichtung im Vergleich zur reinen Südausrichtung wirklich rechnet. Darauf baut dieser Artikel auf, in dem ich die praktischen Belange unterschiedlicher Modulausrichtung bespreche.

In diesem Unterartikel zur Themenreihe Balkonkraftwerk Ost-West-Ausrichtung gehe ich der Frage nach, ob es sich lohnt, Solarmodule anders als nach Süden auszurichten.

Dabei betrachte ich jeweils vier Solarmodule (mit je 450Wp) an einem typischen Balkonkraftwerks-Wechselrichter mit 800W. Vier Module deshalb, weil klar ist, dass mit zwei Modulen, also eines nach Osten und das andere nach Westen, die 800 Watt des Wechselrichters (fast) nie erreicht werden können. Es braucht also, wenn wir überhaupt an eine Ost-West-Ausrichtung mit einem 800W Wechselrichter denken wollen, immer ein solares Overpanneling in Form von drei oder besser vier Modulen.

Klar ist auch, dass eine Ost-West-Ausrichtung bei der reinen Betrachtung der Solarstromproduktion immer (!) im Hintertreffen gegenüber einer reinen Südausrichtung ist. Deshalb kann sich ein möglicher Vorteil nur daraus ergeben, dass die Ost-West-Ausrichtung besser zum Verbrauchsprofil des Anwenders passt.

Wer mit dem bisher Gesagten gedanklich noch Probleme hat, dem empfehle ich einen Schritt zurück zu machen und zuerst den übergeordneten Artikel über die Ost-West-Ausrichtung zu lesen.

Es gibt bereits einen umfangreichen Artikel zur Reihen- und Parallelschaltung von Solarmodulen, den ich empfehlen möchte, falls der technische Einstieg hier zu heftig ausfällt. Hilfreich ist auch ein Verständnis über die Funktionsweise des MPPT – Maximum Power Point Tracker.

Darauf baut dieser Artikel auf und wir gehen der Frage nach, wie man Module verschaltet, die unterschiedlich ausgerichtet sind. Dabei steht der Begriff Ost-West-Ausrichtung hier beispielhaft für jede Art der Modulausrichtung bei der zwei oder mehr Solarmodule in unterschiedliche Himmelsrichtungen zeigen.

Beinahe ein Jahr ist es nun her, dass ich die letzten Artikel dieser Serie veröffentlicht habe und das Echo in den Kommentaren war seither gewaltig. Die allermeisten Fragen drehten sich dabei um den Themenkomplex: Module unterschiedlich ausrichten, vier anstatt nur zwei Module, welcher Wechselrichter für Ost-West-Ausrichtung und wie werden die Module verschaltet. Hintergrund war dabei immer die Bestrebung, mehr aus einem bestehenden Balkonkraftwerk herausholen zu wollen, ohne die gesetzlichen Grenzen zu überschreiten.

Anlass genug, dass ich mich dem Thema Ost-West-Ausrichtung nun im Detail und ausführlich widme, wobei „Ost-West“ hier nur als Synonym steht für alles, was unterschiedliche Modulausrichtungen betrifft.

Was schon klingt wie ein Krimi von Stieg Larsson ist für den Balkonkraftwerker oft nicht minder spannend. Verschattung ist der Schrecken und die Herausforderung bei der Planung und beim Betrieb eines Balkonkraftwerks. Aber Verschattung oder Teilverschattung lässt sich nicht immer vermeiden, deshalb geht es oft darum, mit Schatten zu leben und das Beste draus zu machen. In diesem Artikel werde ich untersuchen, ob die Parallel- oder Reihenschaltung von PV-Modulen besser mit Teilverschattung umgehen kann, oder ob es erforderlich ist, jedem Modul einen eigenen MPPT zu spendieren. Und weiter wird es um Maßnahmen gehen, die verhindern sollen, dass (teil-)verschattete Module negative Auswirkungen auf den Rest der Solaranlage haben, namentlich um Bypassdioden und Optimierer.

So lange es zu jedem Solarmodul einen eigenen Anschluss und MPPT am Wechselrichter gibt, ist der Aufbau eines Balkonkraftwerks denkbar einfach. Einfach zusammenstecken – eine Verpolung ist unmöglich. Komplizierter wird es, wenn beispielsweise vier Module mit einem Wechselrichter mit einem oder zwei Eingängen verbunden werden sollen. Hier müssen die Module zuerst parallel oder in Reihe mit einander verschaltet werden, was in der Regel durchaus möglich ist. Beim Stringwechselrichter ist es sogar die Regel, alle Module in Reihe an einen einzigen MPPT anzuschließen. In Folge 4 dieser Artikelserie „Passende Komponenten finden“ bin ich bereits auf Reihen- und Parallelschaltung eingegangen, Grundsätzliches dazu gibt es auch in Teil 5 „Elektrotechnik für Balkonkraftwerker„. In diesem Artikel werden wir weiter ins Detail gehen, Ströme und Spannungen anhand realer Messungen betrachten und lernen, was geht und was man besser nicht macht.

In diesem Artikel geht es erst einmal wieder um Grundlagen, also ganz banal um Strom, Spannung und Leistung und wie diese in einem Stromkreis zusammenhängen. Das führt uns dann zum MPPT, dem Maximum Power Point Tracker, der in jedem Wechselrichter verbaut ist. Ich werde erklären, was ein MPPT ist, warum wir ihn brauchen, was seine Aufgaben sind und wie er arbeitet. Das muss man alles nicht unbedingt wissen, um ein Balkonkraftwerk zu betreiben. Der Artikel will eher Hintergrundwissen vermitteln, für diejenigen, die verstehen wollen, was in ihrer Anlage passiert. Diesmal gibt es nichts nachzubauen, sondern trockene Theorie, gespickt mit ein paar einfachen Formeln, dazu aber reale Messungen anhand eines Modellaufbaus.

OpenDTU und AhoyDTU sind zwei phantastische Eigenbaulösungen zum Auslesen der beliebten Hoymiles-Wechselrichter. Im Gegensatz zu den Original-DTUs, die der Hersteller Hoymiles selbst verkauft, bieten die Do-it-yourself DTUs aber nur einen eingeschränkten Funktionsumfang. So bekommt man damit nur einen aktuellen Blick auf die Wechselrichterdaten, aber keine Speicherung der Daten und damit auch keine schönen Zeitreihengrafiken. Dem wollen wir durch einen eigenen Server zur Datenspeicherung abhelfen und dazu eine ansprechende Visualisierung bauen. Die Tools der Wahl sind dabei ioBroker, influxDB und Grafana. Dies ist eine Nachbauanleitung, es werden ab Betriebssystem alle Schritte erklärt bis zur ersten Zeitreihengrafik.

Wieder geht es um das Thema Monitoring eines Balkonkraftwerks, zu dem ich bereits zwei Artikel verfasst hatte. Hier sprechen wir aber nicht über Geräte, die das Monitoring eines BKWs ermöglichen, sondern über die Monitoringdaten selbst, also vor allem Leistung und Energie. Und wie wir diese Daten von DTUs (Data Transfer Units) und Shellies in andere Systeme hinein bekommen. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist dabei das Mittel der Wahl, wenn Monitoringgeräte von sich aus Daten exportieren sollen. Und per REST-API (Representational State Transfer) können wir in umgekehrter Richtung Daten von einem Monitoring Device abfragen. Beide Protokolle MQTT und REST-API kann man als Bestandteile der Internets der Dinge (IoT) betrachten und für ein Balkonkraftwerk bilden sie die Brücke zur Hausautomation.