Eine Solaranlage ist mehr als nur Solarmodule auf dem Dach – sie besteht aus mehreren einzelnen Komponenten, die zusammenarbeiten, um Sonnenlicht in nutzbare Energie für uns umzuwandeln. Wer über eine Photovoltaikanlage nachdenkt, sollte die einzelnen Bestandteile und ihre Funktionen kennen.
In diesem Beitrag erklären wir die wichtigsten Komponenten einer Solaranlage: von den PV-Modulen, die das Sonnenlicht einfangen, über den Wechselrichter, der den Strom in Haushaltsstrom umwandelt, bis hin zum Solarspeicher, der überschüssige Energie für später speichert.
Aufbau einer Photovoltaik Anlage
Wenn du vorhast, eine Solaranlage zu installieren, ist es gut, die wesentlichen Bauteile einer PV-Anlage zu kennen. Deshalb geben wir dir im ersten Teil unseres Beitrag einen Überblick zu den grundlegenden Komponenten einer Solaranlage und deren Funktion. Dazu zählen die Solarmodule, der Stromzähler oder auch der Wechselrichter.
Solarmodule als Basis
Der sichtbarste Teil und die absolute Basis jeder PV-Anlage sind die Solarmodule. Verbaut auf dem Dach, an der Hauswand oder freistehend sind sie der Beginn der eigenen Solarstromgewinnung. Solarmodule können flexibel, dank Rahmen formstabil sein oder können wie bei Solartaschen zusammengeklappt werden. Ähnlich variabel sind die Maße und die Optik der Module, wobei letztere maßgeblich von den Solarzellen bestimmt wird.
Kein Strom ohne Solarzellen
Untrennbar mit den Solarmodulen verbunden, sind die Solarzellen als wahre Stromproduzenten der Photovoltaik-Anlage. Solarzellen befinden sich in einer Vielzahl auf den Solarpanels, die sozusagen nur deren Träger sind und diese geordnet bündeln. Dahingegen ist es die Aufgabe der Solarzellen Licht einzufangen und über einen Prozess in Gleichstrom umzuwandeln. Vereinfacht funktioniert die Gewinnung von Solarstrom folgendermaßen:
Die Solarzelle besteht aus je einem durch Kabel verbundenen Metallkontakten an der Ober- bzw. Unterseite sowie drei Schichten:
- n-dotierte Siliziumschicht: Durch geringe Zugabe von Fremdatomen (Phosphor) sind die Atome hier gesättigt, freie Elektronen befinden sich in der Schicht und sorgen für eine negative Ladung.
- p-dotierte Siliziumschicht: Diese ist durch die Zugabe von ungesättigten Fremdatomen (Bor) positiv geladen, die sogenannte “Löcher” in der Struktur zurücklassen.
- p-n-Übergang: Die freien Elektronen der n-Dotierung wandern zu den “Löchern” der p-Dotierung und es entstehen gesättigte Atome. Diese Elektronenbewegung lässt ein internes elektrisches Feld sowie die Grenzschicht entstehen.
Die zugeführte Energie in Form von Sonnenlicht löst die Elektronen aus den “Löchern” der (Bor-)Atome und wandert zur ungesättigten n-Schicht. Die angeschlossenen und miteinander verbundenen Metallkontakte leiten die Elektronen ab und stellen einen elektrischen Stromkreis her. Solange Sonnenlicht zugeführt wird, wandern die Elektronen unendlich durch die Solarzelle, sodass konstant Solarstrom (Gleichstrom) produziert wird. Erst wenn kein Sonnenlicht mehr auftrifft, verbinden sich die “Löcher” mit den freien Elektronen und die Ladungswanderung kommt zum Stillstand.
Auf den Unterbau kommt es an
Ebenfalls ein unverzichtbarer Bestandteil einer Solaranlage ist die Unterkonstruktion bzw. die Halterung für die Solarpanels. Je nachdem, wo die Solarmodule montiert werden, muss eine passende Unterkonstruktion gewählt werden, damit ein fester Halt auf dem Dach, an der Hauswand oder sogar freistehend gewährleistet ist. Mitbestimmend für die optimale Wahl der Unterkonstruktion für Solarmodule können auch spezielle Witterungsbedingungen sein. So sind in schneereichen Gebieten die Solarmodule einer höheren Traglast ausgesetzt, während besonders im Norden Deutschlands starke Winde mitbedacht werden müssen.
Wechselrichter: Das Herzstück deiner Solaranlage
Die heimischen Geräte mit Solarstrom vom Dach betreiben, funktioniert nur über einen Wechselrichter. In unserer privaten Energieversorgung benötigen wir Wechselstrom oder umgangssprachlich als Haushaltsstrom bezeichnet. Genau dafür sind die Photovoltaik Wechselrichter verantwortlich. Über den Wechselrichter fließt sozusagen der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom und wird in Wechselstrom transformiert. Nur so kannst du die Solarenergie als Direktstrom für die Elektrogeräte in deinem Haushalt nutzen.
Wenn du über einen Solarspeicher in deinem PV-System verfügst, ist der Wechselrichter außerdem dafür verantwortlich, den übrigen Strom wieder in Gleichstrom umzuwandeln, damit dieser im Solarspeicher gespeichert werden kann. Einige Wechselrichter sind mittlerweile hybride und können beide Umwandlungen vollziehen.
Komponenten einer Solaranlage miteinander verbinden
Um sämtliche Komponenten miteinander zu verbinden, benötigt deine PV-Anlage verschiedene Kabel bis Adapter. Zum einen erfolgt eine Verkabelung zwischen Solarmodulen bis zum Wechselrichter und zum anderen vom Wechselrichter bis zum Einspeisepunkt ins Hausnetz. Welchen Querschnitt die jeweiligen Kabel besitzen, hängt unter anderem von der Leistung der Solarmodule ab.
Stromzähler oder Smart Meter?
Der Stromzähler ist ein unverzichtbarer Bestandteil deines PV-Systems zu Hause. Mittlerweile gängig ist der PV-Einspeisezähler, der in 2-Wege bzw. zwei Richtungen die Leistung deiner Anlage verzeichnet. Hier wird sowohl die ausgehende Strommenge zur Einspeisung gemessen als auch der Strom, den du aus dem Netz benötigst. Digitale Stromzähler sind darüber hinaus noch genauer und du hast dank digitaler Anzeige sofort den Überblick über deinen Strombezug.
Ab einem Jahresverbrauch von 6.000 kWh im Jahr sind Anlagenbetreiber seit 2025 verpflichtet, ein Smart Meter für ihr PV-System zu nutzen. Diese ermitteln nicht nur den Stromverbrauch und die Einspeisung, sondern können die Daten auch direkt übermitteln. In den grundlegenden Funktionen unterscheiden sich Smart Meter und digitaler Stromzähler kaum.
Sicherheitshalber Trennschalter
Eine Photovoltaikanlage und die Komponenten einer Solaranlage verlaufen besonders mit integriertem Solarspeicher quasi einmal durch dein ganzes Haus. Um dein Haus, deine Solaranlage und das öffentliche Stromnetz bei einer On-Grid Anlage zuverlässig und dauerhaft zu schützen, sind Trennschalter unablässig. Diese dienen der Sicherheit und sorgen für eine automatische Trennung von der privaten PV-Anlage mit dem Stromnetz, sodass kein Strom weiterhin eingespeist werden kann.
Komponenten einer Solaranlage mit Speicher & Co.
Solarmodule, der Wechselrichter sowie die ganz simplen Kabel sind absolute Basiskomponenten einer Solaranlage. Darüber hinaus gibt es einige Photovoltaik Bauteile, mit denen du dein PV System erweitern kannst. Dazu zählen zum Beispiel ein Solarspeicher, (H)EMS oder der Blitzschutz. Warum es sinnvoll sein kann, hier noch einmal aufrüsten, verraten wir dir jetzt.
Solarspeicher nachrüsten zum PRO Energie
Solarspeicher, Batteriespeicher oder Stromspeicher sind Akkus, die in Solarstrom speichern und bei Bedarf wieder abgeben können. Sofern es sich bei deiner PV-Anlage um ein netzgekoppeltes On-Grid System handelt, ist ein Solarspeicher eine optionale Komponente. Off-Grid Anlagen bzw. Inselanlagen benötigen zwingend einen Solarspeicher, sofern sie nicht nur Direktstrom bereitstellen sollen.
Der Stromspeicher kann direkt von Anfang an installiert oder später nachgerüstet werden, sollte aber in jedem Fall optimal an die individuelle Solaranlage angepasst sein, um den größten Kosten-Nutzen zu erzielen. Denn mit einem Stromspeicher kannst du deinen Eigenbedarf erhöhen und somit die Autarkie vom Netz steigern, was zu einer Stromkostensenkung führt. Außerdem steht dir mehr von dem ohnehin kostenlos gewonnenen Solarstrom der eigenen Anlage zur Verfügung, den du ohne Solarspeicher zu einer kleinen Vergütung ins öffentliche Netz einspeisen würdest. Der zwischengespeicherte Strom im Solarakku kann im Falle eines Netzausfalls auch als Notstromversorgung fungieren und erhöht ganz nebenbei deine Flexibilität und die Effizienz deiner Solaranlage.
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Energiemanagementsystem
Optional, aber sinnvoll, um deine Stromversorgung in allen Bereichen zu optimieren, sind sogenannte Energiemanagementsysteme (EMS) oder auch Heim Energie Management Systeme (HEMS). Mit Hilfe einer Software werden alle Energieflüsse im Haushalt überwacht. Dazu gehören der Stromverbrauch und der Stromgewinn von deiner Solaranlage. Damit das EMS bestmöglich arbeiten kann, bieten sich hierfür die Smart Meter als intelligente Stromzähler an, um in kurzen Abständen stets einen konkreten Überblick über die eingehenden und ausgehenden Stromflüsse zu haben.
Das Energiemanagementsystem kann darüber hinaus die Effizienz von Verbrauchern überwachen und Stromfresser schnell identifizieren. Außerdem kann das EMS Großgeräte, wie die Waschmaschine, intelligent zuschalten, um Direktstrom von der Solaranlage zu nutzen.
Blitzschutz bei Solaranlagen
Häufig befinden sich Solarmodule auf Dächern oder in einer großen Anzahl auf freier Fläche. Sie werden nicht nur von Wind, Regen oder Schnee “angegriffen”, sondern können auch von Blitzschlag betroffen sein. Um Schäden an der Kabelinstallation und daran angehangenen Geräten zu vermeiden, gibt es den PV-Überspannungsschutz. Dieser kann Teil der Blitzschutzanlage sein oder als eigenständiges System installiert werden und dient als Schutz bei Blitzeinschlag und der damit verbundenen Brandgefahr sowie Gefährdung der eigenen Anlage und des öffentlichen Netzes. Seit 2018 ist für einige Gebäude, die eine gewisse Gebäudehöhe überschreiten, einer bestimmten Gebäudeart unterliegen oder an zum Beispiel sehr hoch gelegenen Standorten errichtet wurden, verpflichtend.
Wallbox für das E-Auto
Eine Wallbox oder auch Wandladestation ist ein Gerät, um Elektrofahrzeuge zu laden. Wallboxen funktionieren mit Strom und benötigen eine besondere Steckdose, da sie sich mit einer höheren Ladeleistung auszeichnen. Im Gegensatz zu Ladestationen oder Ladesäulen, wird eine Wallbox namentlich meist an der Wand befestigt. Das kann an einer Garage, Hauswand oder dem Carport sein.
Die Wallbox ist die Verbindung zwischen Stromnetz und E-Auto. Außerdem sorgt das Gerät für ein sicheres und effizientes Laden. Dabei reguliert die Wandladestation die Ladeleistung und die Stromstärke, indem sie beides an die Kapazität des Fahrzeuges anpasst. So ist auch garantiert, dass weder das Stromnetz noch die Fahrzeugbatterie überlastet werden. Dazu zählt auch die Kommunikation mit dem Fahrzeug selbst, um es effizient, aber jederzeit sicher beladen zu können.
Maria
Autorin bei Dein Solarspeicher Blog.
