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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.

Mit einem Balkonkraftwerk selber ordentlich Strom zu erzeugen ist eine tolle Sache. Wirklich sinnvoll wird es aber erst, wenn man die erzeugte Leistung gleichzeitig auch selbst verbrauchen kann. Dazu kann man (wie in Teil 3 dieser Artikelserie beschrieben) die Größe des Balkonkraftwerks bereits bei der Installation am eigenen Grundbedarf ausrichten, so dass der Solarertrag immer selbst verbraucht wird. Wer sein BKW aber größer bemisst, also zum Beispiel die möglichen 800W voll ausnutzt, der muss bestrebt sein, in Zeiten starker Sonneneinstrahlung zusätzliche Verbraucher einzuschalten. In diesem Artikel zeige ich ein Beispiel, wie man mit Shelly Komponenten die Waschmaschine dann einschaltet, wenn reichlich eigener Solarstrom zur Verfügung steht.

Wer Strom mit seinem eigenen Balkonkraftwerk erzeugt, der möchte natürlich auch wissen, wie viel Ertrag es abwirft. Und am besten auch, zu welchen Tageszeiten zusätzliche Verbraucher mit dem eigenen Strom betrieben werden können. An diese Informationen zu kommen, ist die Aufgabe des Balkonkraftwerk-Monitorings. In diesem Artikel sprechen wir über die verschiedenen Möglichkeiten, ein Monitoring zu machen, über die Daten, die wir dadurch erhalten können und über die Kosten.

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

Balkonkraftwerke richten sich an den normalen Bürger, der (in der Regel) ohne Elektriker seine eigene Anlage aufbauen und selbst anmelden kann. Da kann es nicht schaden, ein paar technische Begriffe aus dem Gebiet der Elektrotechnik kurz aufzufrischen. Nicht jeder wird sich an die Schulzeit so genau zurück erinnern können.

Wer aber den Unterschied zwischen kW und kWh benennen kann, der kann diesen Artikel getrost überspringen, und ggf. im Bedarfsfall hierher zurück kehren. Allen anderen werde ich nachfolgend „ein bisschen was vom Strom“ erzählen. Keine Sorge, das Ohmsche Gesetz lasse ich weg, es geht explizit um Elektrotechnikbegriffe aus dem Photovoltaikumfeld. Und wenn gerechnet werden muss, reichen hier die vier Grundrechenarten völlig aus.

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