Schaltplan PV-Anlage (mit Speicher): Lesen und Verstehen

Ohne Schaltplan ist die Fehlersuche bei Ihrer PV-Anlage wie ein Blindflug. Er hilft dabei, falsche Verkabelungen, fehlerhafte Anschlüsse oder unzureichende Absicherungen zu identifizieren oder im Vorfeld zu vermeiden. 

In diesem Artikel erklären wir den Schaltplan Ihrer netzgekoppelten Solaranlage, warum er eingesetzt wird, welche Elemente er umfasst und wie Sie ihn ganz einfach lesen können. 

Direkt zu den Schaltplänen DC und AC springen:

Was ist ein Schaltplan?

Ein Schaltplan ist eine technische Zeichnung, die alle elektrischen Verbindungen und Komponenten einer Photovoltaikanlage in vereinfachter Form darstellt. 

Kernaussagen:

• Komponenten: Alle wichtigen Elemente der Anlage, wie die Solarmodule, Wechselrichter und Sicherungen. 
• Stromfluss: Von der Energiegewinnung über die Umwandlung bis hin zur Nutzung oder Einspeisung ins Netz.

Die wichtigsten Bestandteile eines Schaltplans

Eine klassische netzgekoppelte Photovoltaikanlage (Anschluss an öffentliches Stromnetz) hat diese Komponenten:

• Solarmodule: Wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom (DC) um und erzeugen die Energie, die später genutzt oder eingespeist wird.
• DC-Trennschalter: Trennt die Solarmodule sicher von den übrigen Anlagenteilen. Essenziell für Wartungsarbeiten und zur sicheren Abschaltung der Anlage.
• Steuerungseinheit (MPP-Tracker): Sorgt dafür, dass die Solarmodule immer mit maximaler Leistung arbeiten. Der MPP-Tracker passt die Spannung entsprechend an.
• Stromspeicher: Der erzeugte Gleichstrom wird in einem Batteriespeicher gelagert, bis er benötigt wird.
• Wechselrichter: Der Wechselrichter übersetzt den Gleichstrom aus den Solarmodulen oder dem Speicher in Wechselstrom (AC), der für Haushaltsgeräte und das Stromnetz geeignet ist.
• AC-Trennschalter: Trennt die Anlage vom öffentlichen Stromnetz. Gewährleistet die Sicherheit bei Wartungsarbeiten.
• Stromzähler: Der Doppeltarifzähler (Zweirichtungszähler) misst sowohl den eingespeisten Strom als auch die Menge, die vom Netz bezogen wird. 
• Verkabelung: Detaillierte Pläne integrieren den Querschnitt des Kabels. Kleine bis mittlere Anlagen meist 4 mm² oder 6 mm²; längere Kabelwege oder größere Anlagen oft 10 mm².

So sieht ein Schaltplan für PV-Anlagen (ohne Speicher) in vereinfachter Form aus:

In einem Schaltplan werden außerdem detaillierte Informationen zu der spezifischen Photovoltaikanlage aufgeführt, die installiert werden soll. 

Dazu gehören:

• Firma
• Anlagenart
• Erstellt von
• Genehmigt durch
• Titel
• Adresse Anlage
• Sachnummer
• Ausgabedatum
• Anlagenleistung
• Einspeisephasen
• Sachnummer
• Dokumentenart
• Ausgabedatum
• Blattanzahl

In unseren Beispielen verzichten wir auf diese Angaben, da unsere Pläne nur der Veranschaulichung dienen.

Schaltpläne für besondere Anwendungsfälle

• Nulleinspeisung: Diese Schaltpläne zeigen Systeme, die keinen Strom ins öffentliche Netz einspeisen. Sie erfordern spezielle Steuerungen und Messgeräte.
• Kleine PV-Systeme: Für Balkonkraftwerke oder kleinere Systeme auf Terrassen gibt es vereinfachte Schaltpläne. Diese bestehen oft nur aus einem Modul und einem Mikro-Wechselrichter.

Warum ein Schaltplan für PV-Anlagen?

Ein Schaltplan einer PV-Anlage bildet die Basis für:

• Planung
• Installation
• Wartung 

Er zeigt, wie alle elektrischen Komponenten miteinander verbunden sind. Er hilft, Fehlerquellen zu vermeiden oder später zu beheben.

Ohne Schaltplan kann es passieren, dass beispielsweise Polaritäten verwechselt werden, was Schäden an Modulen oder Wechselrichtern verursachen kann. 

Ebenso kann eine unzureichende Dimensionierung der Kabel zu Überhitzung und im schlimmsten Fall einen Brand verursachen. 

Ein gut strukturierter Schaltplan gewährleistet, dass alle Sicherheitsstandards entsprechend umgesetzt werden. 

Der Schaltplan

• verhindert Brände durch Überlastung oder Kurzschluss,
• schützt Personen vor gefährlichen Berührungsspannungen,
• vermeidet Schäden durch Blitzschlag oder Netzstörungen,
• ermöglicht eine sichere Wartung der Anlage.

Tipps zum Lesen von Schaltplänen

DC Schaltpläne - Die Gleichstromseite

DC-Schaltpläne stellen den Weg des erzeugten Gleichstroms dar – vom Solarmodul bis zum Wechselrichter. 

Dabei sind mehrere wichtige Aspekte zu beachten:

• Verbindung der Solarmodule: Hier wird gezeigt, wie die Module in Reihe (seriell) oder parallel untereinander geschaltet sind. Eine Reihenschaltung erhöht die Spannung, während eine Parallelschaltung die Stromstärke erhöht.
• DC-Trennschalter: Diese Komponente ermöglicht das sichere Abschalten des Gleichstromkreises für Wartungsarbeiten.
• Verkabelung und Leitungsschutz: Der Schaltplan zeigt die Verbindungskabel sowie Sicherungseinrichtungen, die Überlastungen oder Kurzschlüsse verhindern.

Beispiel DC-Schaltplan

Der Schaltplan für eine PV-Anlage mit DC-gekoppelten Speicher sieht vereinfacht so aus:

Ist die PV-Anlage mit einem DC-gekoppelten Speicher versehen, fließt der erzeugte Solarstrom direkt in die Batterie, ohne vorher in Wechselstrom umgewandelt zu werden. Ein Steuergerät sorgt dafür, dass der Strom optimal gespeichert und bei Bedarf wieder entnommen wird.

Benötigt das Haus elektrische Energie, wird der gespeicherte Gleichstrom aus der Batterie abgerufen und erst dann vom Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom (AC) umgewandelt. 

So kann der Strom direkt ins Hausnetz eingespeist und für Haushaltsgeräte genutzt werden. Dieses System ermöglicht eine effiziente Speicherung und Nutzung der Solarenergie, da der Strom verlustärmer zwischengespeichert wird, bevor er ins Haus gelangt.

DC-Trennschalter trennen die PV-Module vom Wechselrichter und die Batterie vom System, während AC-Trennschalter den Wechselrichter vom Hausnetz isolieren, um Wartungsarbeiten sicher durchzuführen und elektrische Gefahren zu vermeiden.

DC-gekoppelte Speicher: Vor- und Nachteile

Vorteil: Da bei der DC-Kopplung weniger Umwandlungen nötig sind, arbeitet sie effizienter als die AC-Kopplung. Der Wirkungsgrad ist höher, sodass weniger Energie verloren geht.

Nachteil: Allerdings müssen alle Komponenten genau aufeinander abgestimmt sein. Da der Speicher nicht unabhängig arbeitet, eignet sich diese Lösung eher für neue Anlagen als für eine nachträgliche Integration.

AC-Schaltpläne: Die Wechselstromseite

AC-Schaltpläne betreffen den Bereich nach dem Wechselrichter, wo der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wurde. Hier sind die wichtigsten Punkte:

• Anbindung ans Netz: Der Schaltplan zeigt, wie der Wechselrichter mit dem Hausstromnetz oder dem öffentlichen Netz verbunden ist.
• AC-Trennschalter: Diese Komponente ermöglicht das sichere Abschalten des Wechselstromkreises für Wartungsarbeiten.
• Verbrauchszähler/ Einspeisezähler: Dieser misst den erzeugten Strom, der ins öffentliche Netz eingespeist wird.

Beispiel AC-Schaltplan

Eine PV-Anlage mit AC-gekoppelten Speicher funktioniert anders als eine DC-gekoppelte. Im Schaltplan wird das deutlich:

Bei einer PV-Anlage mit AC-gekoppelten Speicher fließt der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom (DC) zunächst zum Wechselrichter. 

Das hat zur Folge, dass der Strom mehrfach umgewandelt werden muss. Der Gleichstrom muss zunächst in Wechselstrom umgewandelt werden, da Stromspeicher nur AC-Strom aufnehmen können. 

Gespeichert werden kann aber nur Gleichstrom in der Batterie, weshalb eine erneute Umwandlung stattfinden muss. Um den Strom letztlich im Hausnetz nutzen zu können, wird der Strom abermals umgewandelt – in Wechselstrom. 

Durch diese dreifache Umwandlung entstehen Leistungsverluste von etwa 5 %, wodurch das System etwas weniger effizient ist als eine DC-gekoppelte Speicherlösung.

AC-Trennschalter trennen den Wechselrichter vom Hausnetz.

AC-gekoppelte Speicher: Vor- und Nachteile

Vorteil: Ein großer Vorteil ist, dass der Speicher unabhängig vom Wechselrichter funktioniert. Deshalb eignet sich die AC-Kopplung besonders gut, um einen Stromspeicher nachzurüsten.

Nachteil: Bei der AC-Kopplung wird zusätzlich zum normalen Wechselrichter ein Batteriewechselrichter für den Speicher genutzt. Da der Strom dabei häufiger umgewandelt wird, sind die Verluste höher als bei der DC-Kopplung.

Verkabelung der Module: Reihen- oder Parallelschaltung

Die Verdrahtung von PV-Modulen kann grundsätzlich auf zwei Arten erfolgen: in einer Reihen- oder in einer Parallelschaltung. Je nach Anlage muss die passende Methode gewählt werden.

Reihenschaltung der Module

Bei der Reihenschaltung werden die Module hintereinander angeschlossen. 

• Folge: Spannung des gesamten Systems wird erhöht, während die Stromstärke unverändert bleibt. 
• Vorteil: Einfach umsetzbar.
• Nachteil: Verschattung eines einzelnen Moduls beeinträchtigt Leistung der gesamten Kette.

Um solche Leistungsverluste zu minimieren, werden Bypass-Dioden eingesetzt. Diese lenken den Strom an verschatteten Modulen vorbei und stellen sicher, dass die übrigen Module weiterhin optimal arbeiten können.

Parallelschaltung der Module

Hier werden die Module nebeneinander angeschlossen. 

• Folge: Die Stromstärke wird erhöht, während die Spannung konstant bleibt. 
• Vorteil: Geeignet für Systeme, die gleichmäßige Spannung benötigen (Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik, Industrieanlagen, etc.).
• Nachteil: Kann einen höheren Verkabelungsaufwand erfordern.

Die Wahl zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung hängt von den spezifischen Anforderungen der Anlage ab, wie z. B. der gewünschten Spannung und Stromstärke oder den Umgebungsbedingungen.

In der folgenden Übersicht sehen Sie, was für oder gegen die jeweilige Schaltungsart spricht: