Balkonkraftwerk Teil 2: Hardware und Aufbau

Balkonkraftwerk

Nach den eher allgemeinen und regulatorischen Punkten im vorangegangenen Artikel, kommen wir nun zu den technischen Komponenten, also den Solarmodulen und dem Wechselrichter, sowie zum Aufbau, zur Befestigung und dem Anschluss eines Balkonkraftwerks ans Stromnetz der Wohnung.

Auch hier möchte ich darauf hinweisen, dass Arbeiten am 230V-Stromnetz potentiell lebensgefährlich sind. Wer keine elektrotechnische Ausbildung hat, sollte solche Tätigkeiten dringend einem Elektriker überlassen.

Wechselrichter

Wechselrichter für Balkonkraftwerke gibt es in der Regel von 300W bis 600W (für Österreich auch 800W). Ob es immer der größte sein muss, oder ob ggf. ein kleinerer wirtschaftlicher wäre, damit beschäftigt sich Teil 3 dieser Artikelserie. Wechselrichter für Balkonkraftwerke sind meistens Modulwechselrichter, damit ist gemeint, dass diese Wechselrichter direkt an der Rückseite eines Solarmoduls angebracht werden (besser noch an der Halterung des Solarmoduls). Dadurch können die Anschlüsse des Solarmoduls direkt am Wechselrichter angesteckt werden, es braucht keine zusätzlichen Solarkabel.

Wechselrichter für Balkonkraftwerke haben Anschlüsse für ein (300W – 400W) oder zwei (600W) Solarmodule. Diese Anschlüsse bestehen aus jeweils zwei verpolsicheren MC4-Steckern (Plus und Minus).
Auf der Wechselstromseite sind Wechselrichter für BKWe oft mit einem Betteri-Stecker ausgestattet. Das ermöglicht es, ein Anschlusskabel mit dem gewünschten Einspeisestecker (Schuko oder Wieland) und der jeweils erforderlichen Länge ohne zusätzliches Verlängerungskabel anzubringen. Daneben kann es noch einen zweiten Betteri-Steckkontakt geben, der nur erforderlich ist, wenn man mehrere Wechselrichter kaskadieren möchte. Das kommt im Balkonkraftwerkumfeld nur selten vor. Den offenen Stecker sollte man unbedingt durch einen Betteri-Blindstöpsel wasserdicht verschließen.

Balkonkraftwerkswechselrichter speisen nur dann ins Hausnetz ein, wenn sie dort Netzspannung mit der richtigen Frequenz erkennen. Beim Ziehen des (Schuko-)Steckers sind die Kontakte stromlos. Balkonkraftwerke eignen sich nicht als Notstromgeräte oder bei Netzausfällen.

Auswahlkriterien für einen Wechselrichter

  • Max. 600W für eine vereinfachte Anmeldung in Deutschland
  • Vorhandensein der nötigen Zertifikate (CE, Einheitenzertifikat, Zertifikat für NA-Schutz)
  • Leistung passend zum eigenen Grundbedarf (oder volle 600W)
  • Passend zu den Solarmodulen (Mehr zur richtigen Abstimmung von Wechselrichter und Solarmodul in Teil 4 dieser Artikelserie.)

Solarmodul

Ein typisches Balkonkraftwerk hat ein Solarmodul oder zwei. Bei Ost-West-Ausrichtung können auch vier Module sinnvoll sein, da die Ost- und die Westmodule nie gleichzeitig voll von der Sonne beschienen werden. Ende 2022 sind Module in der Leistungsklasse um 400W üblich und die haben beinahe 2m² Fläche und mit 20kg schon ein ordentliches Gewicht.

Die elektrischen Daten sowie die Abmessungen unterscheiden sich oft deutlich zwischen verschiedenen Modellreihen und Anbietern.

Auswahlkriterien für Solarmodule

  • Größe passend zu den eigenen Aufstellmöglichkeiten
  • Solarmodule müssen zum Wechselrichter passen. Nur so ist gewährleistet, dass der Wechselrichter nicht durch zu hohe Eingangsspannung Schaden nimmt und dass er maximalen Ertrag aus dem Solarmodul ziehen kann (MPPT). Mehr zur richtigen Abstimmung von Wechselrichter und Solarmodul in Teil 4 dieser Artikelserie.
  • Modulfläche bei Dachmontage nur bis max. 2m² (Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen MVVTB Punkt B 3.2.1.25 und B 3.2.1.27)
  • Werden mehr als ein Solarmodul auf einen Wechselrichtereingang (MPP-Tracker) geschaltet, dann sollten dringend gleiche Solarmodultypen verwendet werden.

Geeigneter Aufstellort

Einer der wichtigsten Punkte überhaupt ist ein geeigneter Platz für ein oder zwei Solarmodule. Und der muss vor allem eines haben – nämlich Sonne. Möglichst über das ganze Jahr direkte Sonneneinstrahlung und keine Verschattung durch Bäume oder Bauwerke. Gut, letzteres kann man nicht immer vermeiden, aber es muss klar sein, dass bereits eine teilweise Verschattung des Moduls zu erheblichen Leistungseinbußen führt. Die optimale Ausrichtung eines Moduls geht also dorthin, wo die längste und stärkste Sonneneinstrahlung über den Tag zu erwarten ist – sowohl horizontal, als auch vertikal. Soweit die reine Lehre, in der Realität muss ein Solarmodul halt dort befestigt werden, wo es möglich ist und die Ausrichtung des Balkongeländers gibt schon mal die Richtung vor. Auch in der Vertikalen ist nur derjenige frei, der auf einem Flachdach oder im Garten die Möglichkeit hat, eine optimale Aufständerung vorzunehmen. Am Balkongeländer kann man kaum mehr als 20 Grad aus der Vertikalen nach oben schwenken, um den Ertrag zu erhöhen.

Mit einer optimalen Südausrichtung wird man in der Regel den höchsten Ertrag erzielen. Für ein Balkonkraftwerk muss das aber nicht unbedingt die beste Lösung sein. Eine Ost-West-Ausrichtung, also ein Modul (oder zwei) nach Osten und eins (oder zwei) nach Westen, verlängern die Zeitspanne der Energieernte auf den ganzen Tag. Das bedeutet, dass der Grundbedarf über einen längeren Zeitraum gedeckt werden kann, als bei einer reinen Südausrichtung. Ost-West-Ausrichtung, sollte bei der Planung eines BKWs auf jeden Fall mit in Betracht gezogen werden. Und wer richtungsmäßig völlig frei ist, der kann auch über ein Ost-Süd-West BKW nachdenken. Mehr dazu gibt es in Teil 3 dieser Artikelserie, wo es um die Planung eines BKWs geht.

Beschaffung

Wer sich keine Gedanken machen möchte, welche Solarmodule zu welchem Wechselrichter passen, der kann zu einem fertigen Balkonkraftwerk- Set greifen. Die enthalten neben dem Wechselrichter und einem oder zwei passenden Solarmodulen oft auch ein fertiges Anschlusskabel und manchmal Befestigungselemente für Balkongeländer.

Ich möchte aber durchaus dazu ermutigen, sich selbst ein eigenes BKW zu designen. Hilfreich ist dabei der Artikel über die Planung in Teil 3 dieser Artikelserie. Die nötigen Kenntnisse um zueinander passende Komponenten zu finden, gibt es dann in Teil 4. Oft lässt sich bei getrenntem Kauf der Komponenten auch noch ein Hunderter sparen im Vergleich zu einem fertigen Set.

Wo kauft man Solarpanels? Nicht bei Amazon! Ich kaufe viel Elektrokram gerne bei Amazon und kann das durchaus empfehlen, aber (Ende 2022) finden sich dort keine vernünftigen Solarmodule. Möglicherweise sind die für den Versand zu sperrig und vielleicht ändert sich das in ein paar Monaten auch. Eine gute Quelle für Solarmodule ist Ebay Kleinanzeigen. Dort findet man eine Vielzahl kleiner regionaler Händler, die in einer Scheune oder in einer Industriehalle Platz gefunden haben um ein paar Paletten mit Solarmodulen zu lagern. Die kaufen im Großen ein und verkaufen auch Einzelstücke. Wenn man seine Module dann dank der örtlichen Nähe selber abholen kann, ergibt das in der Regel einen besseren Preis, als bei einem Versandhändler. Wechselrichter und Montagematerial bekommt man dort auch.

Vorsicht beim beabsichtigten Transport von Solarmodulen im eigenen PKW. Unbedingt vorher ausmessen, ob die überhaupt rein passen! 1762x1134mm waren für meinen PKW viel zu groß, so dass nur ein Miet-Transporter in Frage gekommen ist. Der ist aber meist immer noch billiger als der Spezialversand der Module.

Montage

Wie befestigt man ein Solarmodul?

Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:

  • Schraubbefestigung: Alle Solarmodule haben hinten am Rahmen vier Löcher zur Verschraubung auf einer Unterkonstruktion.
  • Klemmbefestigung: Es gibt Modulklemmen für verschiedene Moduldicken (30, 35, oder 40mm), die auf Nutenschienen ans Modul geschoben werden und es dann festklemmen.

Datenblatt und Montageanleitung des Solarmoduls geben Auskunft über die Lokation der Befestigungslöcher und die mögliche Positionierung von Modulklemmen.
(Schraubbefestigung wird in der Regel kostengünstiger sein, da man sich die Modulklemmen spart.)

Sturmsichere Verankerung

Winkeleisen für eine Geländerhalterung Marke Eigenbau

Ein Solarpanel kann man nicht einfach auf den Balkon stellen. Bei fast 2m² Fläche ist das ein ideales Segel, sobald etwas Wind aufkommt. Die Solarmodule müssen also sturmsicher befestigt werden. Am Balkongeländer durch Haken und zusätzliche Verschraubung oben und nicht zu vergessen auch unten. Bei Aufständerungen fürs Flachdach oder im Garten durch ordentlich Gewicht (Betonplatten) auf dem Rahmen. Wer unsicher ist, sichert sein Modul zusätzlich durch ein Stahlseil gegen Absturz oder Wegfliegen.

Selbstbau einer Modulhalterung

Solarmodule und Wechselrichter sind Komponenten von der Stange, bei der Befestigung oder Aufständerung von Solarmodulen gibt es aber oftmals nichts geeignetes, oder nur zu einem Preis, der bald den des Solarmoduls erreicht. Hier kann es sinnvoll sein, zum Selbstbau zu schreiten. Geeignetes Material bietet der Baumarkt. Hier ein paar Anregungen:

  • Alu-Konstruktionsprofil 40x40mm mit Nuten auf allen 4 Seiten (ca. 18 Euro/m)
  • Alu-Solarprofil 40x40mm mit Nuten auf 2 Seiten (ca. 15 Euro/m)
  • C-Profilschiene Stahl verzinkt 27x18mm aus dem Sanitärbereich mit Nut auf einer Seite und Langlöchern auf der gegenüberliegenden (ca. 8 Euro/m)
  • Regalbau Winkelprofil 35x35x1,5mm Stahl verzinkt mit Löchern und/oder Langlöchern beiden Schenkeln (5 Euro/m)

Letztere sind im Moment die kostengünstigste Option zum Bau von Aufständerungen.

Verkabelung

  • Gleichstromseite (DC): Wer keine Spezialverschaltungen braucht (Parallel- oder Reihenschaltung), der hat es hier einfach. Solarmodul mit den beiden verpolsicheren MC4-Steckern am Wechselrichter einstecken bis die Verbindung einrastet – fertig. Bei zwei Solarmodulen und dementsprechend zwei Eingängen am Wechselrichter funktioniert das analog. Wer Verlängerungen braucht, kein Problem, die haben unterschiedliche Stecker an beiden Enden, so dass auch hier kein Verpolen möglich ist.
    Bei einer Reihenschaltung wird mit den vorhandenen Anschlusskabeln jeweils der Pluspol eines Moduls mit dem Minuspol des nächsten verbunden. Die verbleibenden Enden kommen in den Wechselrichter.
    Bei Parallelschaltung von zwei Modulen verwendet man am einfachsten Y-Kabel (jeweils eins für die Pluspole und eins für die Minuspole).
  • Wechselstromseite (AC 230V): Hier gilt es zu prüfen, was beim Wechselrichter als Zubehör mitgeliefert wird. Oft ist das Anschlusskabel und der Blindstöpsel für den nicht genutzten Betteri-Stecker Sonderzubehör und extra zu bestellen. Was im Falle des Kabels auch durchaus sinnvoll ist. Jeder Kunde braucht eine andere Kabellänge und hat sich für einen Schuko- oder Wieland-Stecker entschieden. Das entsprechende Kabel gilt es zu ordern. Wichtig ist es dabei, auf die Qualität des Kabels zu achten, das soll über viele Jahre im Freien auch bei Regen durchhalten und niemand gefährden. Das Kabel der Wahl und das gilt auch für die Meterware, wenn sich jemand selbst ein Kabel konfektionieren möchte, heißt: Schwere Gummischlauchleitung H07RN-F 3G in der 1,5mm² oder 2,5mm² Ausführung. Darunter sollte man es nicht machen, also keine NYM… oder H05… Kabel.
Anschluss Betteri-Stecker

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