Was sind Balkonkraftwerke ?

Balkonkraftwerke bestehen aus einem oder mehreren Solarmodulen (auch „PV-Module“ genannt) und einem daran angeschlossenen Wechselrichter, der zur Netzeinspeisung des erzeugten Stroms geeignet ist. Da der Wechselrichter relativ klein ist, wird er auch „Mikrowechselrichter“ genannt. Der „Einspeisepunkt“ des Wechselrichters ist das Hausnetz eines Haushaltes.

Weshalb Balkonkraftwerke ?

1. Man reduziert seine Stromkosten – zwar nicht den Hauptteil, aber einen Teil davon. Grober Richtwert: Bei einem sonnigen Südbalkon mit einer PV-Anlage mit 800 Watt werden bei senkrechter Montage am Balkongeländer ca. 600 kWh im Jahr erzeugt. Bei einem Strompreis von 30 Cent je kWh spart man somit jedes Jahr ca. 180 Euro. Damit hat sich die Anlage schon nach weniger als 3 Jahren amortisiert.

2. Der Nutzer lernt am praktischen Objekt viel über solare Einstrahlung, Photovoltaik, Netzeinspeisung und Energietechnik.

3. Der Strom wird direkt dort erzeugt, wo er oft gebraucht wird – in Haushalten. Es gibt kaum Netzverluste und Netzkosten (bei der konventionellen Stromversorgung ist der Kostenanteil für das Netz fast genauso groß wie der der Stromerzeugung) - man trägt damit auch zur Netzentlastung und zur Senkung der Stromkosten (für alle) bei.

Wieso gibt es Balkonkraftwerke erst jetzt ?

Photovoltaik gibt es seit 70 Jahren, sie war aber bis vor Kurzem sehr teuer: In den 90er Jahren kostete eine PV-Generator mit 800 Watt noch 8000 Euro, heute nur noch 200-300 Euro. Die netzeinspeisefähigen Mikrowechselrichter dazu gibt es seit ca. 20 Jahren, die Preise liegen zur Zeit liegen bei 150-250 Euro. Dennoch etablieren sich Balkonkraftwerke hierzulande erst seit wenigen Jahren. Der Grund dafür ist, dass es lange Zeit als ungeschriebenes Gesetz galt, dass die elektrischen Stromkreise im Haushalt nicht dazu geeignet wären, Energie aufzunehmen, sondern sie nur abgeben können. Mit der Änderung der Deutschen Industrienorm DIN VDE V 0100-551-1 in 2017 änderte sich dieses Paradigma zur Einspeisung im den eigenen Haushalt: Der maximal durch die Sicherungen kommende Strom, zuzüglich des durch die PV-Einspeisung zugefügten Stroms, darf jedoch die Strombelastbarkeit der Leitungen nicht übersteigen. Durch ihre relativ geringe Leistung können Balkonkraftwerke dies gewährleisten.

Was machen wir ?

Am EET-NEK führen wir seit 2013 Vergleichsmessungen an verschiedenen Mikrowechelrichtern und Balkonkraftwerken, bezüglich des Wirkungsgraden (siehe unten) und elektrischen Energieerträgen (über ein Jahr) durch.

Was ist der „Wirkungsgrad“ ?

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener Leistung zur aufgenommenen Leistung, gekennzeichnet wird der durch den griechischen Buchstaben „eta“ η. Damit ergibt sich als Formel:

η = P_Ausgang / P_Eingang

Im Falle der Solarmodule war das die abgegebene elektrische Leistung P_Ausgang im Verhältnis zur aufgenommenen Einstrahlung des Solarmoduls P_Eingang. Bei den Wechselrichtern handelt es sich beides mal um elektrische Größen, und zwar die in das Stromnetz eingespeiste effektive Wechselstromleistung (AC) im Verhältnis zur aufgenommenen elektrischen Gleichstrom-Leistung (DC), z.B. aus dem Solarmodul. Um den Wirkungsgrad messen zu können, braucht man zwei Leistungsmesser, einen am Ausgang, den andern am Eingang unseres zu überprüfenden Geräts bzw. des „Wandlers“. Der Wirkungsgrad ist meistens in den Datenblättern angegeben, jedoch oft nur bei einem besonders günstigen Betriebspunkt, dem Nennbetrieb.

Um sich ein besseres Bild über das Verhalten über den gesamten Betriebsbereich zu machen, werden mehrere Messungen bei verschiedenen Betriebspunkten gemacht und diese – entsprechend dem statistischen Auftreten – unterschiedlich gewichtet, um dann einen gewichteten „Mittelwert“ zu erhalten. Ein Beispiel dafür wurde der sogenannte „europäische Wirkungsgrad“ η_Euro der ein Einstrahlungsstatistik in Mitteleuropa abbildet. Dieser wird wie folgt gebildet:

η_Euro = 0,03 · η_5% + 0,06 · η_10% + 0,13 · η_20% + 0,1 · η_30% + 0,48 · η_50% + 0,2 · η_100%

dabei bedeuten η_5% den Wirkungsgrad bei 5% der Nennleistung, η_10% bei 10% der Nennleistung, bis zu η_100% bei Nennleistung.

Bei manchen US-amerikanischen Wechselrichtern findet man als Angabe in den Datenblättern die sogenannte “CEC efficiency”, welche den Wirkungsgrad entsprechend der California Energy Commission (CEC) darstellt. Dieser CEC-Wirkungsgrad η_CEC wird wie folgt berechnet:

η_CEC = 0,04 · η_10% + 0,05 · η_20% + 0,12 · η_30% + 0,21 · η_50% + 0,53 · η_75% + 0,05 · η_100%

Man sieht, dass die Gewichtung schwerpunktmäßig stärker bei höheren relativen Leistungswerten liegt, was den höheren Einstrahlungswerten in Kalifornien geschuldet ist.

Am EET-NEK führen wir regelmäßig die oben aufgeführten Messungen von vielen Wechselrichtern am Markt durch - die Ergebnisse werden mindestens jährlich in den unten angeführten Publikationen veröffentlicht: