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Solarmodul für die Steckdose

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Definition: ein Solarmodul, mit dem Strom direkt in eine Steckdose eingespeist werden kann

Englisch: plug-in solar panel

Kategorien: elektrische Energie, erneuerbare Energie, Haustechnik

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Erstellung: 06.11.2016

Dieser Artikel ist als ein Ratgeber für diejenigen geeignet, die erwägen, ein Mini-Solarmodul anzuschaffen.

Es gibt Solarmodule, die mit einer geeigneten Elektronik (inklusive einem Wechselrichter) ausgestattet sind, sodass sie mit einem gewöhnlichen Schutzkontakt-Stecker (wie ihn viele Haushaltsgeräte haben) direkt an eine Steckdose angeschlossen werden können. Die erzeugte elektrische Energie wird also ohne weitere technische Anlagen direkt in das Stromnetz im Haus eingespeist. Somit kann ein solches Modul oft schon von einer Privatperson aufgestellt und einfach eingesteckt werden; allenfalls für eine solide Befestigung an geeigneter Stelle mag noch etwas handwerkliche Hilfe nötig sein. Dies im Gegensatz zu herkömmlichen Photovoltaikanlagen, die auf jeden Fall von Handwerken montiert und von einem Elektriker unter Verwendung zusätzlicher Technik (z. B. Stromzähler) angeschlossen werden muss.

Für diese Technik gibt es eine ganze Reihe unterschiedlicher Bezeichnungen, die aber alle dasselbe bedeuten:

Technische Aspekte und mögliche Sicherheitsprobleme

Das zentrale Element eines solchen Moduls ist eine relativ kleine Zahl von Solarzellen (meist auf Silizium-Basis), die eine elektrische Leistung von höchstens ein paar hundert Watt erzeugen, teils sogar unter 100 W. (Bei einer Fläche von einem Quadratmeter ist typischerweise mit einer elektrischen Leistung von grob geschätzt 150 W zu rechnen.) Der so erzeugte Gleichstrom mit geringer elektrischer Spannung ist jedoch für normale Haushaltsgeräte nicht nutzbar. Deshalb enthält ein solches Modul auch einen Wechselrichter, der Wechselstrom mit einer Effektivspannung von 230 V (in Mitteleuropa) und einer Frequenz von 50 Hz erzeugt. Der Wechselrichter ist netzgeführt, d. h. die erzeugte Wechselspannung ist synchron zu der des öffentlichen Stromnetzes.

Leistungsbilanz der drei Wechselstrom-Phasen

Haushalte werden normalerweise mit Drehstrom, genauer mit Drei-Phasen-Wechselstrom versorgt. Die gewöhnlichen Haushalts-Steckdosen sind jeweils nur mit einer der drei Phasen verbunden. Somit erfolgt auch die Einspeisung durch ein Steckdosen-Solarmodul nur in eine der Phasen.

Solange die Geräte im Haushalt, die an die gleiche Phase wie das PV-Modul angeschlossen sind, mindestens so viel elektrische Leistung verbrauchen, wie das Modul erzeugt, wird der Strombezug aus dem Netz über diese Phase einfach entsprechend reduziert, und der Stromzähler läuft entsprechend langsamer. Vom Stromnetz aus gesehen ist es die gleiche Situation, wie wenn entsprechend weniger Verbraucher in Betrieb wären.

Die technischen Details der drei Wechselstrom-Phasen erweisen sich als Ende als nicht besonders wichtig.

Wenn der Solarmodul aber mehr Leistung erzeugt, als auf dieser Phase verbraucht wird, fließt die überschüssige Leistung in das öffentliche Stromnetz. Falls ein konventioneller Ferraris-Stromzähler verwendet wird, wie derzeit noch in den meisten Haushalten, wird dieser dann einfach rückwärts laufen – außer wenn über die anderen beiden Phasen mehr Leistung bezogen wird, als über die eine Phase eingespeist wird. Ein einfacher Zähler “verrechnet” quasi Einspeisung und Bezug korrekt entsprechend der Energiemengen. Für den Energieversorger ist es belanglos, dass solche Solarmodule die Verteilung der Leistungen auf die verschiedenen Phasen verändern; auch in Haushalten ohne solche Module kann der Verbrauch aus den drei Phasen völlig ungleichgewichtig sein, jedoch mitteln sich solche Asymmetrien (Schieflasten) bei einer größeren Zahl von Kleinverbrauchern am Netz gut aus.

Schnelle Abschaltung im Fehlerfall

Der verwendete Wechselrichter müsste sich sehr schnell abschalten, wenn die Netzspannung verschwindet – was leider nicht bei allen Geräten geschieht.

Wenn die Netzspannung plötzlich ausfällt, etwa durch einen Stromausfall oder auch, wenn eine Haushaltssicherung oder ein FI-Schutzschalter auslöst, muss der Wechselrichter des Solarmoduls aus Sicherheitsgründen so schnell wie möglich abgeschaltet werden. Dasselbe gilt für den Fall, dass jemand das Solarmodul plötzlich aussteckt, wodurch die beiden Kontaktstifte des Steckers frei zugänglich werden, also berührt werden können (womöglich mit unterschiedlichen Händen). Eine schnelle Abschaltung ist technisch möglich, jedoch haben Messungen gezeigt, dass manche Geräte hierfür wesentlich mehr Zeit benötigen als beispielsweise ein FI-Schutzschalter. Dies dürfte für das Stromnetz bei einem Stromausfall belanglos sein, könnte unter gewissen Umständen jedoch die Gefahr eines Stromschlags im Haushalt etwas erhöhen – beispielsweise wenn jemand sehr schnell den Stecker des Moduls aus der Steckdose reißt und sofort danach die Kontaktstifte berührt. Es erscheint allerdings als relativ unwahrscheinlich, dass dadurch tatsächlich jemand zu Schaden kommen wird – höchstens wenn die Abschaltung durch einen Defekt gar nicht erfolgt.

Mögliche Überlastung von Leitungen

Stromleitungen in einem Gebäude sind immer nur bis zu einer gewissen elektrischen Stromstärke einsetzbar, weil sie sonst zu heiß werden und dadurch eventuell ein Brand entstehen kann. Normalerweise ist die Stromstärke durch eine Haushaltssicherung auf einen gewissen Wert (z. B. 10 A oder 16 A) begrenzt; wird dieser überschritten, so schaltet die Sicherung die entsprechende Leitung ab. Wenn nun aber ein oder gar mehrere Solarmodule in einen Leitungszweig einspeisen, kann durch die Summe der dadurch entstehenden Strombelastung und den Strombezug aus dem Netz unter Umständen eine Überlastung entstehen; schließlich registriert die Sicherung nur den aus dem Netz bezogenen Strom, also nicht die gesamte Belastung der Leitungen.

Brände durch die Überlastung von Leitungen sind theoretisch möglich, aber wohl extrem unwahrscheinlich.

Allerdings ist es ziemlich unwahrscheinlich, dass auf diese Weise eine wesentliche Überlastung von Leitungen entsteht, solange eine Leistung von nur wenigen hundert Watt (z. B. 460 W entsprechend 2 A Stromstärke) eingespeist wird. Schließlich müssten hierfür gleichzeitig so viele Verbraucher im Leitungszweig aktiviert werden, dass ohne die Einspeisung die Sicherung ausgelöst würde. Selbst damit tritt das Problem nicht zwangsläufig auf, etwa wenn die Einspeisung weit entfernt von der Sicherung erfolgt, sodass in keinem Teil der Leitung wirklich die Summe der Ströme auftritt. Außerdem verfügen die verlegten Leitungen über eine nennenswerte Sicherheitsreserve, geraten also keineswegs schon bei einer geringen Überlastung gleich in Brand.

Diese Überlegungen zeigen, das durch begrenzte einspeiste Leistungen von einigen hundert Watt zwar theoretisch eine Überlastung von Leitungen möglich ist, aber keine nennenswerte Erhöhung von Brandgefahren zu befürchten ist. Problematisch könnte es aber im Prinzip werden, wenn jemand mehrere solche Solarmodule an den gleichen Leitungszweig anschließt.

Mögliche Beeinflussung von FI-Schutzschaltern

Im Prinzip kann ein Solarmodul die Schutzwirkung eines FI-Schutzschalters außer Kraft setzen.

Es ist denkbar, dass eine unsachgemäß konstruierte (oder defekte) Elektronik eines Solarmoduls die Funktion eines FI-Schutzschalters (wie er in neuen Häusern Pflicht ist) beeinträchtigt. Solche Schutzschalter sollen automatisch erkennen, wenn eine Person durch Berührung einer Phasenleitung etwas Strom abzieht, der über die Erde abgeleitet wird, und dann die Spannung sofort abschalten; somit kann man zwar immer noch einen kurzen starken Stromschlag erhalten, aber beispielsweise nicht mehr durch Verkrampfung der Muskeln dauerhaft an einer Leitung festgehalten werden. Zunächst einmal könnte eine nicht richtig funktionierende Elektronik im Prinzip die Erkennung dieses Fehlerfalls verhindern – was jedoch wohl wenig wahrscheinlich ist und im Prinzip auch durch alle möglichen anderen Arten von Geräten geschehen könnte. Problematischer ist die Gefahr, dass ein FI-Schutzschalter zwar anspricht, dass Solarmodule jedoch weiterhin eine gefährliche Spannung erzeugt bzw. nicht rechtzeitig abschaltet. Übrigens sorgt auch ein FI-Schutzschalter ohne Solarmodul keineswegs zwangsläufig für völlige Sicherheit – etwa wenn eine Phase und der Nullleiter berührt werden, ohne dass Strom über die Erde abfließt.

Die Problematik der elektrischen Sicherheit von Mini-PV-Modulen dürfte mit der Zeit dadurch weitgehend entschärft werden, dass die auf den Markt kommenden Geräte gewisse Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen.

Gefahren durch Blitzeinschlag

Auch Gefahren durch Blitzeinschläge dürften ziemlich unwahrscheinlich sein.

Solarmodule werden üblicherweise im Außenbereich angebracht. Unter Umständen können Sie damit von einem Blitz getroffen werden, wobei durch die Verbindung mit dem häuslichen Stromnetz dann auch eine Gefahr im Haus entstünde. Ebenfalls möglich ist es bei einer Montage zu nahe an einer Leitung des häuslichen Blitzschutzsystems, dass von dort ein Blitz auf das Gerät überspringt. Inwieweit eine solche Gefahr (vor allem durch direkten Blitzeinschlag) im konkreten Fall besteht, ist für Laien schwer einschätzbar, wobei solche Unfälle allerdings ohnehin ziemlich unwahrscheinlich sein dürften. Übrigens besteht die gleiche Art von Gefahr auch bei Verwendung anderer Arten von Elektrogeräten im Freien – beispielsweise wenn ein Elektrorasenmäher oder eine Lampe im Garten über eine Kabeltrommel angeschlossen wird und ein Blitz in einen nahe gelegenen Baum einschlägt.

Gefahren bei der Montage

Bei aller Beachtung elektrische Gefahren sollte man nicht die Gefahren einfacher Stürze bei der Montage übersehen!

Die vielleicht größte Gefahr (größer als die Gefahr elektrischer Unfälle) entsteht bei der Montage von Solarmodulen. Beispielsweise kann jemand, der dafür über eine Leiter auf ein Schrägdach klettert, sich bei einem Sturz schwer verletzen. Hier gibt es leider kaum Möglichkeiten seitens der Hersteller, die Gefahren zu reduzieren – allenfalls durch Warnhinweise in der Beschreibung (die aber oft ohnehin ignoriert werden) und möglichst praktisches Montagematerial.

Rechtliche Situation

Bislang ist es beispielsweise in Deutschland unklar, in wieweit man durch den Betrieb eines Mini-Solarmoduls mit einschlägigen Normen in Konflikt gerät.

Die rechtliche Situation des Betreibers eines Mini-Solarmoduls ist in gewissen Punkten beispielsweise in Deutschland noch unsicher. Es gibt bislang noch keine Normen und offiziellen Produktprüfungen, die einen sicheren Betrieb ohne rechtliche Risiken garantieren. In 2016 wurde bekannt, dass die DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik) Fachleute zu einem Workshop eingeladen hat, um diverse Details zu besprechen, und zwar Richtlinien für die Anforderungen an die elektrische Installation des Hauses, eine neue Produktnorm für steckerfertige Solaranlagen und eine Norm für sichere Steckvorrichtungen. Dies sollte dazu führen, dass innerhalb weniger Jahre in Deutschland eine klare Situation entsteht.

Man beachte, dass gerade bei online bestellten Billig-Importen z. B. aus China die Einhaltung einschlägiger Produktnormen unsicher ist. Auch bei anderen Arten von Geräten wird immer wieder festgestellt, dass Bestimmungen verletzt werden – in manchen Fällen auch mit der Folge, dass nennenswerte Gefahren entstehen. Wenn für einen bestimmten Gerätetyp so etwas bekannt wird, ist es für den Käufer nicht unbedingt möglich, dafür vom Anbieter entsprechend entschädigt zu werden – gerade wenn er sein Anbieter aus Fernost ist, der später oft gar nicht mehr greifbar ist.

Im Falle eines Defekts bleibt der Käufer häufig auf dem Schaden sitzen.

Übrigens dürfte man als Käufer meist keine Garantie erhalten, die über die gesetzliche Gewährleistungsfrist hinausgeht. Da aber eine Amortisation (siehe unten) weitaus mehr Zeit benötigt, entsteht zwangsläufig das Risiko, dass ein Gerät vorzeitig kaputtgeht und man als Käufer den Schaden trägt. Eine Reparatur dürfte häufig schwierig sein, zumal nennenswerte Kosten hierfür angesichts des geringen finanziellen Nutzens nicht akzeptabel wären.

Finanzielle Aspekte und Fairness der möglichen Einspeisung in das Stromnetz

Wie oben ausgeführt, kann auch ein kleines Solarmodul im Prinzip seiner zeitweiligen Einspeisung von Energie in das öffentliche Stromnetz führen, soweit dies nicht durch eine geeignete technische Einrichtung verhindert wird, die im Keller installiert werden müsste. (Die Elektronik im Solarmodul kann eine solche Funktion nicht erfüllen, da sie nicht “wissen” kann, wie viel Strom gerade im Haus bezogen wird.) Sofern der verwendete Stromzähler keine Rücklaufsperre hat (wie sie nur bei modernen elektronischen Zählern üblich ist), führt dies dazu, dass der Betreiber effektiv den erzeugten Strom dem Energieversorger zu dem Stromtarif verkauft, den er sonst selbst für den Bezug bezahlt. Dies ist aus verschiedenen Gründen an sich nicht fair. Gerade Haushalts-Stromtarife bestehen zu einem großen Teil aus Teilen wie Netznutzungsentgelt, Stromsteuer, Konzessionsabgabe und EEG-Abgabe; natürlich hat ein Betreiber eines Solarmoduls nicht das Recht, beispielsweise wie der Staat die Stromsteuer auf eine erzeugte Energiemenge zu beziehen. (Jedes Energieversorgungsunternehmen müsste solche Steuern und Abgaben an den Staat abführen und nicht etwa in die eigene Tasche stecken.) Selbst wenn wirklich zu jedem Zeitpunkt nur ein Teil des Eigenverbrauchs abgedeckt wird, ist es im Prinzip nicht ganz fair, dass man beispielsweise entsprechend weniger Netznutzungsentgelte bezahlt, obwohl man nicht weniger als ein anderer Verbraucher auf das öffentliche Stromnetz und die dort bereitgestellten Kapazitäten angewiesen ist.

Die Bedingungen für die Einspeisung oder auch die Deckung des Eigenverbrauchs zum jeweiligen Haushalts-Stromtarif sind im Prinzip unfair gegenüber der Allgemeinheit. Jedoch wäre angesichts der geringen Energiemengen der Aufwand für eine völlig gerechte Lösung unverhältnismäßig hoch.

Auf der anderen Seite handelt es sich um ziemlich marginale Energiemengen. Selbst wenn wirklich einmal zuerst in das Netz eingespeist und später diese Energie wieder von dort bezogen würde, würde damit kein spürbares Problem beispielsweise für den Verteilungsnetzbetreiber entstehen. Deswegen ist es weitgehend unbestritten, dass eine Bagatellgrenze von beispielsweise 600 W angemessen ist, zumal der technische Aufwand zur Verhinderung solcher Einspeisungen oder zumindest deren finanzieller Vergütung (oder auch die Erfassung mit einem separaten Stromzähler) unverhältnismäßig hoch wäre. In Deutschland kann zwar der lokale Netzbetreiber verlangen, dass der Kunde auf eigene Kosten einen Stromzähler mit Rücklaufsperre installieren lässt. Jedoch dürften viele Netzbetreiber selbst dann, wenn sie von einer solchen Situation erfahren, dies eher tolerieren, als dass sie einen fruchtlosen Streit darüber beginnen, wodurch der Kunde dann womöglich zu einem toleranteren Messstellenbetreiber wechseln würde.

Finanzielle Attraktivität für den Betreiber?

Für den Betreiber eines Mini-Solarmoduls ist es zunächst natürlich sehr vorteilhaft, dass in vielen Fällen keinerlei zusätzliche Kosten für Montage und Anschluss entstehen und durch ausnutzen einer entsprechenden Bagatellgrenze die gesamte Stromerzeugung pauschal als Eigenverbrauch angerechnet wird, selbst wenn dies nicht zu allen Zeiten technisch so sein mag. Für jede erzeugte Kilowattstunde spart der Betreiber Geld entsprechend seinem Stromtarif ein – beispielsweise 30 ct, während der Betreiber einer regulären Photovoltaikanlage nur eine Einspeisevergütung von z. B. 10 ct erhält (je nach Jahr der Inbetriebnahme). Dies ist wie oben erklärt an sich der Allgemeinheit gegenüber nicht ganz fair, verbessert aber natürlich die Wirtschaftlichkeit für den Betreiber.

Andererseits sind die spezifischen Kosten (in Euro pro Watt Nennleitung) bei solchen Solarmodulen relativ hoch, da die erzeugte Leistung so klein ist. Beispielsweise kann ein Wechselrichter mit einer Leistung von mehreren Kilowatt (wie es für eine konventionelle Solaranlage auf dem Eigenheim üblich wäre) natürlich pro Watt wesentlich kostengünstiger sein als ein Kleinst-Wechselrichter mit nur 200 W. Übrigens dürfte auch die energetische Amortisationszeit (die Zeit, innerhalb der die graue Energie für die Produktion des Geräts produziert wird) deutlich höher sein als bei konventionellen Solaranlagen.

Obwohl theoretisch eine Amortisation ohne weiteres innerhalb der Lebensdauer des Moduls möglich sein sollte, gelingt dies nur unter optimalen Voraussetzungen.

Gemäß Berechnungen von Anbietern kann sich ein steckerfertiges Solarmodul unter optimalen Bedingungen in z. B. 10 Jahren oder sogar weniger amortisieren und danach hoffentlich noch für einige Zeit weiter arbeiten. Hierfür muss allerdings die Aufstellung optimal sein, was in vielen Fällen schwierig sein dürfte. Beispielsweise ist die senkrechte Montage an einem Balkongeländer zwar besonders einfach, bringt jedoch vor allem im Sommer wesentlich weniger Solarertrag als bei einer geneigten Aufstellung etwa auf einem Schrägdach. Zudem treten Verschattungen z. B. durch Bäume oder andere Gebäude in geringer Höhe wesentlich häufiger auf als bei Montage auf einem Dach. Hinzu kommt die Gefahr von womöglich nicht reparierbaren Defekten vor allem bei Einsatz von Billig-Geräten. Soweit die detaillierten Annahmen hinter solchen Amortisation-Berechnungen überhaupt offengelegt werden, erweisen sie sich oft als überoptimistisch und unvollständig. Eine Kontrolle in der Praxis erfolgt übrigens meist auch nicht, da man hierfür noch ein separates Messgerät benötigen würde.

Übrigens sollte darauf geachtet werden, dass ein solches Solarmodul nicht noch einen wesentlichen Standby-Verbrauch verursacht, solange es nicht produzieren kann.

Einen wesentlichen Anteil seines Eigenverbrauchs mit solchen Modulen zu decken, ist in der Regel nicht möglich.

Selbst wenn ein solches Modul zusätzlichen Strom zu einem vernünftigen Preis erzeugen kann, wird es in aller Regel nur einen recht kleinen Teil des Gesamtverbrauchs eines Haushalts decken können. Wenn beispielsweise ein Einfamilienhaus mit einem täglichen Stromverbrauch von 10 kWh ein 500-Watt-Solarmodul hat, welches bei optimaler Aufstellung ca. 500 kWh pro Jahr erzeugt, sind dies nur knapp 14 % des jährlichen Verbrauchs. Wohlgemerkt leisten viele steckerfertige Module nur z. B. 200 W oder noch weniger, sodass für 500 W mehrere Module kombiniert werden müssten.

Marginaler Einfluss auf die Energiewende

Manche Stimmen sehen eine Möglichkeit, das zunehmende Bremsen der Photovoltaik durch staatliche Aktivitäten (immer weiter fallende Einspeisevergütungen, Beschränkungen der eingespeisten Leistung, 52-GW-Deckel usw.) mithilfe von steckerfertigen Solarmodulen zu unterlaufen: Man kommt ohne staatliche Förderung und (hoffentlich) sogar ohne Genehmigung aus. Aus dieser Idee entstand auch die Bezeichnung “Guerilla-Photovoltaik”. Allerdings ist es nicht plausibel anzunehmen, dass dieser Ansatz geeignet wäre, die Geschwindigkeit beispielsweise der deutschen Energiewende spürbar zu beeinflussen – zumal eine doch größer werdende Verbreitung solcher Geräte die Politik dazu motivieren könnte, bei den größeren Solaranlagen noch stärkere Beschränkungen zu beschließen. Ohnehin ist aber das Potenzial ziemlich gering. Selbst wenn beispielsweise 10 Millionen von insgesamt rund 40 Millionen Privathaushalten in Deutschland jeweils ein Solarmodul mit 250 W hätten, welches optimal aufgestellt wird und pro Jahr rund 250 kWh Strom erzeugt, so wären dies insgesamt 2,5 TWh oder nur rund 0,4 % des deutschen Bruttostromverbrauchs.

Die Grenze für den möglichen Anteil der Photovoltaik für die Stromversorgung z. B. in Deutschland dürfte am Ende vor allem durch den Ausbau der Stromnetze gesetzt werden, um die zeitlich stark schwankende Erzeugung, die nicht gut zum Strombedarf passt, auszugleichen. Diese Grenze könnte im Prinzip auch durch die Schaffung großer Energiespeicher ausgedehnt werden, allerdings auf diesem Wege voraussichtlich mit deutlich höheren Kosten. Praktisch keinen Einfluss auf die insgesamt im Land mit Photovoltaik erzeugbare Energiemenge werden Mini-Solarmodule haben.

Siehe auch: Solarmodul, Photovoltaik, Wechselrichter, Energiewende
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, erneuerbare Energie, Haustechnik

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