Photovoltaik-Anlage verstehen
von Rookie bis Profi

Rookie Das Datenblatt lesen

Jedes Modul hat ein Datenblatt und ein Typenschild auf der Rückseite. Die wichtigsten Werte gelten unter STC (Standard-Testbedingungen): Einstrahlung 1 000 W/m², Zelltemperatur 25 °C und Lichtspektrum AM 1,5. AM 1,5 („Air Mass“) bedeutet: Das Licht hat den 1,5-fachen Weg des senkrechten Wegs durch die Lufthülle zurückgelegt.

Lernmodell: erdachtes Beispielmodul mit 60 Zellen, Werte gerundet. Temperaturkoeffizienten sind typische Richtwerte für kristallines Silizium – für ein echtes Modul gilt immer das Datenblatt. Das PV-Labor nutzt ein etwas anderes erdachtes Lernmodul (41 V, 12,5 A, −0,27 %/K) – beide sind Lernwerte.

Weil STC im Freien selten genau so vorkommt, geben Hersteller oft zusätzlich Werte bei realistischeren Bedingungen an (z. B. NMOT: 800 W/m², 20 °C Lufttemperatur, 1 m/s Wind). Die Modulleistung in W heißt oft auch „Wp“ (Watt-Peak).

Fortgeschritten Kennlinie und MPP

Die I-U-Kennlinie zeigt, welcher Strom bei welcher Spannung fließt. Links (bei 0 V) fließt der Kurzschlussstrom I_SC, rechts (bei 0 A) liegt die Leerlaufspannung U_OC. Dazwischen gibt es genau einen Punkt, an dem das Produkt U · I am größten ist: den MPP (Maximum Power Point, Punkt maximaler Leistung). Im Leerlauf und im Kurzschluss ist die Leistung 0 W.

Den MPP sucht im Betrieb der Wechselrichter mit seinem MPP-Tracker – siehe Wechselrichter.

Fortgeschritten Einstrahlung und Temperatur

• Einstrahlung: Der Strom ist ungefähr proportional zur Einstrahlung. Halbe Einstrahlung → etwa halber Strom (Kurve B). Die Spannung sinkt dabei nur wenig.
• Temperatur: Wärme senkt die Spannung deutlich (Kurve C), der Strom steigt nur minimal. Unterm Strich sinkt die Leistung. Kalte, sonnige Tage liefern daher hohe Spannungen.

Rechenbeispiel Leistung bei 60 °C Zelltemperatur (TK −0,35 %/K, Richtwert):
P ≈ 400 W × (1 − 0,0035 /K × (60 °C − 25 °C)) = 400 W × 0,8775 ≈ 351 W.

Rechenbeispiel Leerlaufspannung bei −10 °C (TK −0,30 %/K):
U_OC ≈ 40,0 V × (1 + 0,0030 /K × 35 K) = 40,0 V × 1,105 = 44,2 V.

Fortgeschritten Was bedeutet das für die Kennlinie?

Leitet eine Bypassdiode, bekommt die I-U-Kennlinie des Strings eine Stufe. Die P-U-Kennlinie hat dann mehrere Buckel (lokale Maxima). Ein guter MPP-Tracker sucht regelmäßig den ganzen Spannungsbereich ab, damit er nicht auf einem kleinen Buckel hängen bleibt.

• Schon bei der Planung Verschattung prüfen (Kamin, Gauben, Bäume, Nachbarhaus – auch im Winter bei tiefer Sonne).
• Verschattete Dachflächen auf eigene Strings bzw. eigene MPP-Tracker legen.
• Bei schwieriger Verschattung gibt es Modul-Optimierer oder Mikrowechselrichter (Leistungselektronik je Modul).

Profi Fehlerbild: Bypassdiode defekt

Eine durchlegierte (kurzgeschlossene) Bypassdiode überbrückt ihre Zellgruppe dauerhaft. Bei der Messung fehlt dann im String ungefähr ein Drittel einer Modulspannung, auch ohne Schatten. Eine Wärmebildkamera zeigt die betroffene Zellgruppe oft auffällig. Messwerte richtig beurteilen übst du unter Prüfung & Inbetriebnahme.

Fortgeschritten Rechenbeispiel: 20 Module, 2 Strings

Lernmodell: Beispielmodul aus Abschnitt 02 (400 W, U_MPP = 33,8 V, I_MPP = 11,8 A, U_OC = 40,0 V), STC.

Hinweis Strangsicherung: Sind mehrere Strings parallel geschaltet, können bei einem Fehler in einem String die anderen Strings Strom rückwärts hineinschieben. Ob Strangsicherungen (Stringsicherungen) nötig sind, hängt von der Zahl paralleler Strings und von der Rückstrombelastbarkeit der Module ab – laut Norm und Herstellerangabe. Das legt die Planung fest.

Fortgeschritten Ausrichtung und Neigung

• Süden, ca. 30° Neigung Richtwert für Österreich: hoher Jahresertrag, Leistungsspitze zu Mittag.
• Ost-West: meist flacher geneigt. Die Leistung verteilt sich über den Tag (Vormittag Ost, Nachmittag West), die Mittagsspitze ist kleiner. Der Jahresertrag je kWp ist meist etwas geringer, passt aber oft gut zum Verbrauch im Haushalt.
• Ost- und West-Strings bekommen zu unterschiedlichen Zeiten Licht und werden unterschiedlich warm. Am einfachsten kommen sie auf getrennte MPP-Tracker. Gleich lange Strings dürfen manchmal auch parallel an einem Tracker hängen, weil ihre MPP-Spannung ähnlich ist – was zulässig ist, steht in der Herstellerangabe des Wechselrichters.

Fortgeschritten Eingangsspannungsbereich – Kälte ist der kritische Fall

Jeder Wechselrichter hat ein Datenblatt mit Startspannung, MPP-Spannungsbereich, max. DC-Eingangsspannung und max. Eingangsstrom je Tracker.

• Die höchste Spannung tritt bei Kälte und Sonne im Leerlauf auf (z. B. Wintermorgen, bevor der Wechselrichter einspeist).
• Die niedrigste MPP-Spannung tritt bei Hitze auf. Fällt sie unter den MPP-Bereich, sinkt der Ertrag.
• Mit welcher tiefsten Temperatur gerechnet wird, legt die Planung nach Norm und Herstellerangabe fest. Die −10 °C oben sind nur ein Lernbeispiel. In kalten Lagen setzen Planer oft −15 °C bis −20 °C an – maßgeblich sind Planung, Datenblatt und Herstellerangabe.

Lernmodell: Temperaturkoeffizient −0,30 %/K für U_OC und vereinfachend auch für U_MPP; erdachter Wechselrichter mit MPP-Bereich 200 bis 550 V und max. DC-Eingangsspannung 600 V.

Fortgeschritten Netzparallelbetrieb, NA-Schutz und Inselbetrieb

• Netzparallelbetrieb: Die Anlage arbeitet gemeinsam mit dem öffentlichen Netz. Der Wechselrichter richtet sich nach Spannung und Frequenz des Netzes und speist nur ein, wenn das Netz da ist.
• NA-Schutz (Netz- und Anlagenschutz; in Österreich auch Entkupplungsschutz genannt, im Wechselrichter als selbsttätig wirkende Freischaltstelle eingebaut): überwacht Spannung und Frequenz. Weichen sie zu stark ab oder fällt das Netz aus, trennt er die Anlage automatisch vom Netz. So entsteht kein ungewolltes „Inselnetz“, das zum Beispiel Personen bei Arbeiten am Netz gefährdet. Bei kleinen Anlagen steckt er meist im Wechselrichter, bei größeren kann er als eigenes Gerät nötig sein – je nach Vorgaben des Netzbetreibers.
• Inselbetrieb: Die Anlage versorgt ein eigenes kleines Netz ohne öffentliches Netz, etwa eine Almhütte. Dafür braucht es einen netzbildenden Insel-Wechselrichter, der Spannung und Frequenz selbst vorgibt, und meist einen Batteriespeicher als Energiepuffer.

Profi Hybrid-Wechselrichter

Ein Hybrid-Wechselrichter hat PV-Eingänge und einen Anschluss für einen Batteriespeicher in einem Gerät. Er steuert, ob der Solarstrom ins Haus, in die Batterie oder ins Netz fließt. Manche Geräte können bei Netzausfall eine Not- oder Ersatzstromversorgung aufbauen – nur wenn Gerät und Installation dafür ausgelegt sind (siehe Speicher).

Fortgeschritten Eigenverbrauch und Autarkiegrad

Zwei Kennzahlen werden oft verwechselt:

• Eigenverbrauchsquote = selbst genutzter Solarstrom ÷ erzeugter Solarstrom. Sie sagt: Wie viel meines Solarstroms nutze ich selbst?
• Autarkiegrad = selbst genutzter Solarstrom ÷ gesamter Stromverbrauch. Sie sagt: Wie viel meines Verbrauchs decke ich selbst?

Rechenbeispiel: Die Anlage erzeugt 8 000 kWh im Jahr, der Haushalt braucht 5 000 kWh. Selbst genutzt werden 2 400 kWh.
Eigenverbrauchsquote = 2 400 kWh ÷ 8 000 kWh = 30 %. Autarkiegrad = 2 400 kWh ÷ 5 000 kWh = 48 %.

Ein Speicher erhöht beide Werte, weil Überschuss vom Mittag am Abend genutzt wird. Auch Verbraucher zur Mittagszeit laufen lassen hilft.

Fortgeschritten Not- und Ersatzstrom – nur die Begriffe

Eine normale netzgekoppelte Anlage liefert bei Netzausfall keinen Strom ins Haus – der NA-Schutz trennt sie. Manche Speichersysteme können dann weiter versorgen. Die Begriffe verwenden Hersteller unterschiedlich: meist meint Notstrom eine einfache Versorgung einzelner Steckdosen, Ersatzstrom die automatische Weiterversorgung von Hausstromkreisen. Ob und wie das geht, hängt vom Gerät, der Installation und den Vorgaben des Netzbetreibers ab.

Speicher arbeiten mit hohen Gleichströmen und viel gespeicherter Energie. Aufstellort, Brandschutz und Lüftung richten sich nach der Herstellerangabe.

Rookie Überschusseinspeisung und Volleinspeisung

• Überschusseinspeisung: Der Solarstrom wird zuerst im Haus verbraucht. Nur was übrig bleibt, fließt über den Zweirichtungszähler ins Netz. Das ist bei Wohnhäusern üblich.
• Volleinspeisung: Die gesamte erzeugte Energie geht über einen eigenen Zähler ins Netz. Das Haus bezieht seinen Strom getrennt über den Bezugszähler.

Für eingespeisten Strom braucht es einen Abnehmer (z. B. einen Stromhändler). Konkrete Tarife und Förderungen ändern sich laufend und sind nicht Teil dieses Kapitels.

Rookie Gleichstrom-Lichtbogen

Wechselstrom geht 100-mal pro Sekunde durch null (bei 50 Hz) – ein Lichtbogen erlischt dabei oft von selbst. Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang. Ein DC-Lichtbogen kann deshalb stehen bleiben, ist mehrere tausend Grad heiß und kann Verbrennungen und Brände verursachen.

• Steckverbinder nie unter Last trennen. Zuerst den Wechselrichter AC-seitig abschalten und den DC-Trennschalter öffnen (Herstellerangabe beachten).
• Nur zueinander passende Steckverbinder desselben Typs verwenden und mit dem vorgeschriebenen Werkzeug crimpen – falsche Paarungen erwärmen sich.
• Nur Schalter verwenden, die für Gleichstrom und die Spannung der Anlage ausgelegt sind (DC-Lasttrennschalter).

Fortgeschritten Überspannung, Blitz, Erdung und Potentialausgleich

• Überspannungsschutz: Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPD) schützen DC- und AC-Seite vor Spannungsspitzen, z. B. durch Blitzeinschläge in der Nähe. Wo sie nötig sind und welcher Typ, ergibt sich aus Norm und Planung.
• Blitzschutz: Hat das Gebäude einen äußeren Blitzschutz, muss die PV-Anlage darauf abgestimmt werden (Abstände bzw. Einbindung) – Sache der Planung.
• Erdung und Potentialausgleich: Metallene Modulgestelle und Schienen werden nach dem Schutzkonzept der Anlage in den Potentialausgleich einbezogen. Siehe auch Erdung & Potentialausgleich.

Rookie Brandschutz und Feuerwehr

• Kennzeichnung: Hinweisschilder (z. B. am Hausanschluss, Verteiler und Wechselrichter) zeigen, dass eine PV-Anlage vorhanden ist. Ein Plan zeigt, wo Module, Leitungen und Trennstellen liegen.
• Abschalten im Einsatzfall: Über die Freischaltstelle – meist Sicherung bzw. Leitungsschutzschalter im Verteiler – wird die AC-Seite abgeschaltet; der Wechselrichter ist dann vom Netz getrennt. Die DC-Leitungen vom Dach bleiben bei Licht trotzdem unter Spannung. Für diesen Fall beschreibt in Österreich die OVE-Richtlinie R 11-1 zusätzliche Maßnahmen zum Schutz der Feuerwehr bei DC-Leitungen im Gebäude, zum Beispiel eine brandgeschützte Verlegung oder eine Einrichtung, die die DC-Leitung möglichst nahe am Modulfeld trennt oder die Module kurzschließt (oft „Feuerwehrschalter“ genannt). Module und Leitung bis zu dieser Stelle bleiben unter Spannung. Welche Maßnahme nötig ist, legt die Planung fest.
• Leitungen UV-beständig, geschützt und ohne Scheuerstellen verlegen; Wechselrichter mit Abstand und Kühlung montieren (Herstellerangabe).

Rookie Arbeiten am Dach und PSA

• Absturz ist die größte Gefahr bei der Montage: Gerüst bzw. Absturzsicherung (Seitenschutz, Fangnetz, Anschlagpunkte mit persönlicher Schutzausrüstung gegen Absturz) gehört vor jeden Arbeitsbeginn.
• Nie auf Module steigen, nicht bei Sturm, Nässe, Eis oder Gewitter arbeiten. Module sind groß und wirken bei Wind wie ein Segel.
• PSA laut Gefährdungsbeurteilung: Helm mit Kinnriemen, Sicherheitsschuhe, Handschuhe, Sonnen- und Hitzeschutz; bei elektrischen Arbeiten zusätzlich isolierende Schutzausrüstung.

Mehr zu Absturz und Schutzausrüstung findest du im Fach Sicherheit.

Profi Lernmodell der Erstprüfung – Schritt für Schritt

1. Unterlagen bereitlegenStringplan, Schaltplan, Datenblätter von Modulen und Wechselrichter. Erwartungswerte vorher ausrechnen (Anzahl Module, Temperatur).
2. Besichtigen (Sichtprüfung)Ohne Messgerät: Module unbeschädigt und richtig befestigt? Leitungen geschützt und UV-beständig verlegt? Passende Steckverbinder? Kennzeichnung, DC-Trennschalter und Überspannungsschutz vorhanden?
3. Schutzleiter und PotentialausgleichDurchgängigkeit messen: Sind Modulgestelle und Gehäuse niederohmig mit dem Potentialausgleich verbunden, wie es das Schutzkonzept vorsieht?
4. PolaritätJe String mit offenem DC-Trennschalter prüfen, ob Plus und Minus stimmen – bevor der String am Wechselrichter angeschlossen wird. Eine Verpolung kann das Gerät beschädigen.
5. Leerlaufspannung U_OCJe String messen und mit dem Erwartungswert und den anderen Strings vergleichen. Modultemperatur notieren – Kälte erhöht, Wärme senkt die Spannung.
6. Strom (I_SC oder Betriebsstrom)Nur durch die Fachkraft mit einem geeigneten Messgerät und Verfahren (z. B. PV-Prüfgerät oder DC-Stromzange im Betrieb). Einstrahlung mitmessen, weil der Strom proportional dazu ist.
7. Isolationswiderstand DCDas Prüfgerät legt eine Prüfgleichspannung zwischen die aktiven Leiter und Erde und zeigt den Widerstand in MΩ. Mindestwert und Prüfspannung laut Norm bzw. Herstellerangabe.
8. Funktionsprüfung WechselrichterIn der Reihenfolge des Herstellers einschalten. Synchronisiert er mit dem Netz? Sind DC-Spannung, Leistung und Meldungen plausibel? Trennt er bei Netzausfall?
9. DokumentierenPrüfprotokoll mit allen Messwerten je String, Datum, Wetter, Einstrahlung, Modultemperatur und verwendeten Messgeräten. Anlagendokumentation an den Betreiber übergeben.

Zusätzlich gibt es weiterführende Prüfungen, etwa eine I-U-Kennlinienmessung je String oder eine Wärmebild-Aufnahme (Thermografie) des Modulfelds, um Hotspots oder defekte Bypassdioden zu finden.

Profi Welche Messung womit?

Isolationswiderstand – das Prinzip: Zwischen den aktiven Leitern (Plus und Minus) und Erde darf praktisch kein Strom fließen. Das Messgerät legt eine Gleichspannung an und misst den sehr kleinen Strom; daraus ergibt sich der Widerstand in MΩ. Feuchtigkeit, beschädigte Leitungen oder Module senken ihn. Ein zu kleiner Wert kann gefährliche Berührungsspannungen und Brände bedeuten.

Profi Erwartungswert der Leerlaufspannung rechnen

U_{OC, String} = n · U_{OC, STC} · (1 + TK/100 · (T − 25 °C))

n = Anzahl Module im String; T = Modultemperatur in °C (im PV-Rechner ϑ); TK = Temperaturkoeffizient in %/K, meist negativ (im Datenblatt oft β für U_OC).

Beispiel: 10 Module, U_OC = 40,0 V, TK = −0,30 %/K, T = 40 °C:
10 × 40,0 V × (1 − 0,0030 /K × 15 K) = 400 V × 0,955 = 382 V.