PV-Anlage planen und umsetzen: vom Konzept zum Energiemanagement

Meine Eltern träumten schon lange von einer eigenen Photovoltaikanlage. Wie bei jedem grösseren Projekt standen am Anfang jedoch viele offene Fragen: Wo soll die Anlage montiert werden? Wie gross muss sie dimensioniert sein, um den Energiebedarf optimal zu decken? Lässt sie sich später erweitern, braucht es einen Akku zur Speicherung, und wäre eine spätere Nachrüstung für ein E-Auto möglich? Diese Überlegungen machten schnell klar, dass viele Faktoren zusammenspielen, um eine tragfähige Entscheidung zu treffen.

Warum sich die Investition lohnt

Eine PV-Anlage ist mehr als eine Entscheidung für sauberen Strom – sie ist ein Schritt in eine nachhaltige Zukunft, der sorgfältig geplant sein will. Wir wollten Antworten finden, die nicht nur heute, sondern auch langfristig tragen.

Meine Eltern stehen kurz vor der Pensionierung. Gerade in diesem Zusammenhang ist die Anschaffung besonders sinnvoll, weil sich künftige Fixkosten wie die Stromkosten erheblich reduzieren lassen. Die Strompreise werden in Zukunft kaum sinken, sondern eher steigen. Damit ist die Investition nicht nur wirtschaftlich sinnvoll, sondern auch eine wichtige Massnahme für eine entspannte und abgesicherte Pensionierung.

Hinzu kommt der Hofladen, in dem meine Eltern viele nachhaltig hergestellte Produkte anbieten. Die Stromrechnungen sind in den letzten Jahren durch die Anschaffung von Tiefkühlern, Trocknern, Dörrgeräten und weiteren Geräten deutlich gestiegen. Eine PV-Anlage hilft, diese Energiekosten zu senken und die Nachhaltigkeit des Betriebs zu steigern. Das Fazit ist eindeutig: Die Anlage ist eine sinnvolle Investition – sowohl für die Pensionierung als auch für den nachhaltigen Betrieb des Hofladens.

Standortwahl: PV auf dem Kuhstall

Wir haben uns entschieden, die PV-Anlage auf dem Kuhstall zu installieren – aus mehreren guten Gründen. Das Ziegeldach des Bauernhauses wollten wir nicht belasten, da ich dort in naher Zukunft eine Wohnung unter dem Dach ausbauen möchte. Eine PV-Anlage auf diesem Dach würde das erschweren, insbesondere bei der Positionierung der Dachfenster und weiteren baulichen Aspekten.

Der Kuhstall besitzt ebenfalls ein Ziegeldach, das ohnehin erneuert werden muss. So lassen sich beide Projekte in einem Zug erledigen: Das Gerüst, das für die Montage der Solaranlage nötig ist, wird gleich dazu genutzt, das alte Ziegeldach zu entfernen und ein neues Blechdach zu installieren. Erst danach wird die PV-Anlage montiert.

Hauptverteilung und Unterverteilung: ein durchdachtes Schutzkonzept

Die Hauptverteilung im Bauernhaus war bereits sehr alt. Während meiner Zeit als Elektriker musste ich zunehmend Teile erneuern und anpassen, was immer schwieriger wurde. Angesichts des Zustands war eine komplett neue Hauptverteilung unumgänglich. Im Zuge der Erneuerung habe ich auch ein Überspannungsschutzkonzept entwickelt, um die Anlage optimal abzusichern.

In allen Unterverteilungen des Bauernhauses habe ich einen Überspannungsschutz Typ 2 verbaut. Von Typ-1+2-Kombiableitern bin ich kein Fan, da sie das Konzept unnötig verteuern. Ihr Vorteil liegt aus meiner Sicht nur in der Praktikabilität, wenn man nicht genau weiss, ob ein Typ 1 oder ein Typ 2 benötigt wird.

Die Distanz zwischen Bauernhaus und Kuhstall beträgt über 10 Meter. Deshalb musste ich die Leitungen sowohl im Unterverteiler des Kuhstalls als auch in der Hauptverteilung des Bauernhauses beidseitig mit Überspannungsschutz versehen.

Das betrifft nicht nur die Stromleitung, sondern auch die Netzwerkverbindung und den Bus (RS485), der für den Energiezähler verwendet wird. Für die Überspannungsschutzkomponenten habe ich mich für Produkte von Weidmüller entschieden. Praktisch finde ich die Farbwahl in Orange, weil so auf einen Blick erkennbar ist, dass es sich um einen Überspannungsschutz handelt (meine persönliche Meinung).

Stringplanung: Ost-West-Ausrichtung clever genutzt

Unser Dach ist zu 50 % nach Osten und zu 50 % nach Westen ausgerichtet. Dadurch wird die Peak-Leistung von 28 kW nur selten erreicht. Das ist jedoch kein Nachteil, denn die Wechselrichter müssen so nicht ständig mit voller Leistung arbeiten, was ihre Lebensdauer automatisch erhöht.

An dieser Stelle ein herzliches Dankeschön an die LED-Werkstatt: Durch die wertvollen Praxiserfahrungen von Christoph Farni konnten wir die Aufteilung der PV-Anlage sehr clever und effektiv gestalten.

Jeder unserer Fronius-Wechselrichter kann mit zwei Strings gespeist werden, die über einen GAK (Generator-Anschlusskasten von Weidmüller) erschlossen werden. Da meine Eltern den Hofladen betreiben, benötigen sie kontinuierlich Strom für die Lebensmittelproduktion.

Die Sonne geht im Osten auf und im Westen unter. Zu Tagesbeginn produziert daher vor allem die Ost-Seite, um die Mittagszeit die Ost- und die West-Seite, und gegen Abend nur noch die West-Seite. Aus diesem Grund koppeln wir jeweils einen String der Ost-Seite und einen der West-Seite mit einem Wechselrichter. So wird der Akku den ganzen Tag über gleichmässig geladen, und meine Eltern können den Grossteil ihres Tagesstromverbrauchs selbst decken. Im Durchschnitt produzieren wir damit etwa 15 kW Leistung.

Vielleicht liest ein PV-Installateur mit und fragt sich, warum wir zwei Fronius Symo Gen24 Hybrid-Wechselrichter verwenden, obwohl nur einer von ihnen einen Akku laden kann. Darauf gehe ich im nächsten Abschnitt ein. 😉

Batterieeinspeisung mit redundanten Wechselrichtern

Im favorisierten System von Fronius kann nur ein Wechselrichter die Batterie laden. Elektrische Geräte können jedoch jederzeit ausfallen, und eine Reparatur braucht oft Geduld und Zeit. Was passiert mit der Batterie, wenn ein Wechselrichter ausfällt und erst in etwa drei Wochen ersetzt werden kann? Genau – sie wird in dieser Zeit weder geladen noch entladen, was äusserst ärgerlich sein kann.

Deshalb haben wir zwei Hybrid-Wechselrichter von Fronius installiert. Fällt einer aus, lässt sich der zweite, mit einer „2“ gekennzeichnete Wechselrichter einfach umschalten, sodass die Batterie weiterhin nutzbar bleibt. So vermeiden wir lange Ausfallzeiten und müssen nicht wochenlang auf eine Lösung warten.

Um das zu ermöglichen, haben wir sämtliche DC-Anschlüsse zum Wechselrichter wie auch zur Batterie mit PV-Steckern (PV-Next) versehen. Damit lässt sich der Wechselrichter auf der DC-Seite unkompliziert umsetzen. Auch die Bus-Anbindung über RS485 habe ich extern geführt, um sie bei Bedarf einfach zu überbrücken.

Das volle Potenzial: IoT-gestütztes Energiemanagement

Eine PV-Anlage zu installieren ist das eine – ihr volles Potenzial auszuschöpfen, ist eine ganz andere Herausforderung. Leider bleibt das bei vielen ungenutzt oder wird nicht ausreichend erklärt. Fronius bietet auch digitale Ausgänge an, mit denen sich basierend auf dem PV-Überschuss gezielt Endverbraucher ansteuern und priorisieren lassen. Das ermöglicht eine noch effizientere Nutzung des erzeugten Stroms.

Wer mich kennt, weiss aber, dass es noch viel mehr zu entdecken gibt. Ich habe bereits einmal ein Energiemanagementsystem entwickelt, und mein Ziel ist es, dieses System auch bei dieser PV-Anlage weiter auszubauen. Diesen Prozess werde ich jedoch schrittweise angehen.

IoT-Stack. Den IoT-Stack werde ich mithilfe einer IoT-Steuerung umsetzen.

Zu jeder umgesetzten Anwendung werde ich einen eigenen Blogbeitrag erstellen und ihn hier direkt verlinken. So lässt sich genau verfolgen, wie ich die einzelnen Schritte realisiere. Vielleicht bekommt ja jemand beim Lesen ebenfalls Lust, mehr aus der eigenen PV-Anlage herauszuholen. 🙂

Fazit

Eine PV-Anlage ist ein vielschichtiges Projekt, bei dem Standort, Verteilung, Überspannungsschutz, Stringplanung und Wechselrichter-Topologie eng zusammenspielen. Mit der Ost-West-Ausrichtung, der redundanten Auslegung der Fronius-Wechselrichter und einem durchdachten Schutzkonzept ist die Anlage robust und alltagstauglich geplant. Der nächste Schritt ist das IoT-gestützte Energiemanagement, das ich schrittweise ausbaue und in weiteren Beiträgen dokumentieren werde.