Mini-PV-Anlage: Strom auf dem eigenen Balkon erzeugen – nachhaltig und für jeden möglich

Eine Mini-PV-Anlage funktioniert technisch nach dem gleichen Prinzip wie eine Photovoltaikanlage für das Hausdach, die mittlerweile zum Standard moderner Energiegewinnung zählt. Solarzellen fangen einen Teil der Sonnenstrahlung ein und wandeln diese in elektrische Energie um. Ein Wechselrichter wandelt dann den entstandenen Gleichstrom in Wechselstrom um, der anschließend in das Hausstromnetz eingespeist wird.

Der wesentliche Unterschied zwischen einer kleinen Solaranlagen für Balkon, Terrasse oder Garten und einer großen Photovoltaikanlage für das Hausdach ist der Anschluss an den hauseigenen Endstromkreis.

Diese einfache Form der dezentralen Stromerzeugung und Stromversorgung hat für Verbraucher*innen den Vorteil, dass sie von jedem genutzt werden kann – von Eigentümern und Mietern gleichermaßen.

Mini-PV-Anlage: Grüner Strom vom eigenen Balkon

Kann ich als Verbraucher in den Baumarkt gehen, mir eine Mini-Solaranlage kaufen und zu Hause ganz einfach an eine vorhandene Steckdose anschließen? Muss ich meine Mini-Solaranlage eigentlich auch anmelden? Wie viel Strom lässt sich im Jahr mit einer solchen Mini-PV-Anlage einsparen? Diese und viele weitere Fragen beantwortet Alexander Nollau von VDE DKE in der Sendung "alle Wetter!".

Quelle: hr - alle Wetter! - Sendung vom 22.05.2019

Ein Balkonkraftwerk liefert grünen Strom für den Eigenverbrauch. Viele Verbraucher*innen sehen darin eine gute Gelegenheit, langfristig Stromkosten einzusparen. Vor dem Kauf stellt sich daher oftmals die Frage: Lohnt sich der Betrieb einer Mini-PV-Anlage?

Hierzu eine Beispielrechnung:

• Solarmodule haben unter Testbedingungen eine Leistungsaufnahme von 150 bis 300 Watt
• Pro Jahr ist durchschnittlich ein Ertrag von 70 bis 90 kWh pro 100 Watt Nennleistung zu erwarten
• Eine 500-Watt-Solaranlage erzeugt demnach beispielsweise ca. 350 bis 450 kWh pro Jahr

Ein Vier-Personen-Haushalt benötigt ca. 4.000 kWh Energie pro Jahr. Mit einer Mini-PV-Anlage könnte ein Vier-Personen-Haushalt demnach etwa zehn Prozent weniger Strom vom Netzbetreiber beziehen. Für einen Zwei-Personen-Haushalt mit einem Bedarf von ca. 2.500 kWh Energie pro Jahr wären es bereits ca. 15 bis 20 Prozent. Der jährliche Energiebedarf kann auch deutlich geringer/höher ausfallen und ist abhängig von unterschiedlichen Faktoren: Lebe ich in einem Haus oder einer Wohnung? Verwende ich alte oder moderne Elektrogeräte? Achte ich bewusst auf meinen Energieverbrauch?

In einem Zeitraum von zwei bis drei Jahren amortisiert sich bereits der energetische Aufwand, der für die Herstellung einer Mini-PV-Anlage benötigt wird. Nach acht bis 15 Jahren begleichen sich dann auch die Anschaffungskosten mit den ersparten Stromkosten. Die Amortisation hängt in erster Linie davon ab, wie viel Strom erzeugt werden kann. Dabei spielen unter anderem folgende Aspekte eine wichtige Rolle:

• In welche Himmelsrichtung sind die Solarmodule ausgerichtet?
• Ist der Einstrahlungswinkel der Sonne optimal?
• Fällt Schatten auf die Solarmodule?

Aber nicht nur der finanzielle Aspekt erweist sich als positiv: Insbesondere im Hinblick auf die Energiewende und die von Deutschland und der EU angestrebten energiepolitischen Ziele, können kleinen Solarkraftwerke in der Summe einen bedeutenden Beitrag leisten. Sie ermöglichen es Verbraucher*innen ganz einfach, ihren persönlichen Beitrag zur Energiewende und CO₂-Einsparung zu leisten.

Seminar: Fachkraft für Photovoltaik (VDE/DGS)

Der Lehrgang enthält alle Bestandteile, um Elektrofachkräfte und Ingenieure zu befähigen, PV-Anlagen fachgerecht und VDE regelkonform zu planen, zu errichten, in Betrieb zu nehmen und zu betreiben. Die Inhalte berücksichtigen hierbei den aktuellen Stand der Technik, geltende Normen, Bestimmungen und Sicherheitsanforderungen. VDE und DGS als Institutionen für elektrische Sicherheit und internationale Anwendungspraxis veranstalten diesen Lehrgang gemeinsam. Eine schriftliche Abschlussprüfung ist optional und führt bei erfolgreichem Bestehen zum Zertifikat: Fachkraft für Photovoltaik (VDE/DGS).

In der europäischen Norm HD 60364-5-551:2010 ist eindeutig beschrieben, unter welchen Bedingungen „ein Parallelbetrieb der Stromerzeugungseinrichtung mit anderen Stromquellen einschließlich einem Stromverteilungsnetz zulässig ist“. Eine Verbindung „mittels eines Steckers und einer Steckdose mit dem Endstromkreis“ ist hier ausdrücklich verboten. Daher ist der gefundene Kompromiss auf nationaler Ebene ein wichtiger Schritt um Mini-PV-Anlagen sicher zu betrieben, ohne auf Komfort verzichten zu müssen.

Anmeldung einer Mini-PV-Anlage muss beim Netzbetreiber und bei der Bundesnetzagentur erfolgen

Vor Inbetriebnahme einer Mini-PV-Anlage besteht gemäß der Niederspannungsanschlussverordnung und der VDE Anwendungsregel „Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz“ (VDE-AR-N 4105), eine Anmeldepflicht beim zuständigen Netzbetreiber. Die Neufassung der Norm ermöglicht eine vereinfachte Inbetriebnahme von steckerfertigen PV-Anlagen unter festgelegten Bedingungen.

Treten beispielsweise Netzrückwirkungen auf, die sich unter Umständen auf benachbarte Netzkunden auswirken, erleichtert die Kenntnis über vorhandene Mini-Solaranlagen dem Netzbetreiber die Suche nach der Ursache und beschleunigt die Problembehebung.

Weiterhin ist festgelegt, dass Verbraucher*innen ihre Mini-PV-Anlagen über das Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur registrieren müssen.

Es gibt in Deutschland keine Bagatellgrenze bis 600 Watt – Mini-PV-Anlagen sind anmeldepflichtig

Die Neuregelung der VDE-AR-N 4105 (VDE-AR-N 4105) ermöglicht es Verbraucher*innen, ihre Mini-PV-Anlagen zur privaten Stromerzeugung bis zu einer Gesamtleistung von 600 Watt selbst – unter festgelegten Bedingungen – beim Netzbetreiber anzumelden, statt wie zuvor über einen Elektroinstallateur (vgl. Kapitel 5.5.3 in der VDE-AR-N 4105:2018).

Häufig gehen bei VDE DKE Fragen ein, ob Mini-PV-Anlagen bis zu einer Grenze von 600 Watt oder sogar 800 Watt angemeldet werden müssen, weil sie als Stromerzeugungsanlagen mit dieser Leistung angeblich als nicht signifikant gelten würden. Das ist falsch! Hierbei handelt es sich noch immer um einen weit verbreiteten Irrtum.

Erforderlich ist entweder ein Einrichtungszähler mit Rücklaufsperre oder ein Zweirichtungszähler

Ist nur ein „normaler“ Zähler, also ein Wechsel- und Drehstromzähler nach dem Ferraris-Prinzip (Einrichtungszähler ohne Rücklaufsperre), vorhanden, muss dieser gegen einen Eirichtungszähler mit Rücklaufsperre oder einen Zweirichtungszähler ausgetauscht werden.

Wird Strom über eine Mini-PV-Anlage ins öffentliche Stromnetz eingespeist, dreht sich ein klassischer Stromzähler (Einrichtungszähler ohne Rücklaufsperre) rückwärts. In diesem Fall wird der Stromzähler – bewusst oder unbewusst – manipuliert. Die Folge: eine Strafanzeige durch den Messstellenbetreiber wegen Betrugs. Gleichzeitig erfolgt ein Verstoß gegen das Steuerrecht aufgrund von Steuerhinterziehung bzw. Steuerverkürzung.

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VDE DKE weist neben der Sicherstellung des Sicherheitsstandards auf die Problemematik des Leitungsschutzes hin. Die grundsätzliche Lösung hierfür ist die Einspeisung vor der Sicherung, sodass der Leitungsschutz stets den Gesamtstrom bewertet und die Leitungen vor Überlastung schützt. Dies gilt vor allem für Kabel- und Leitungsschutz. Hierbei kann ein üblicherweise am Anfang eines Stromkreises installierter Leitungsschutzschalter einen zusätzlichen Strom, der in diesen Stromkreis eingespeist wird, nicht erkennen, wenn dieser Strom an Verbraucher abgegeben wird, die an denselben Stromkreis angeschlossen sind. In der Norm HD 60364-5-551 wird dies in Abschnitt 551.7.2, Aufzählung i) beschrieben. Zusätzlich besteht die Gefahr der Leitungsüberlastung bei Verwendung mehrerer Module und der Einbindung in den Endstromkreis über eine Mehrfachsteckdose.

Der Schutz gegen elektrischen Schlag ist ebenso noch in der Diskussion. VDE-AR-E 2100-550 (VDE-AR-E 2100-550) legt fest, dass Steckdosen und Stecker so installiert sein müssen, „dass berührbare Steckerstifte in nicht gestecktem Zustand nicht unter Spannung stehen.“ Im Fall von steckerfertigen PV-Anlagen kann dieser Umstand höchstens durch eine Konstruktion „ausgehebelt“ werden, die sicherstellt, dass derartige Steckerstifte nicht berührbar sind.

Ergänzt wird dies durch die Norm DIN EN 61140 (VDE 0140-1): „Gefährliche aktive Teile dürfen nicht berührbar sein und berührbare leitfähige Teile dürfen nicht gefährlich aktiv sein [...]“. Steckdosen und Stecker müssen demnach so konstruiert sein, dass berührbare Steckerstifte in nicht gestecktem Zustand nicht unter Spannung stehen.

SteckerSolar – Entwicklung einer Produktnorm für PV-Geräte mit Stecker-Anschluss

Die im Rahmen des Projekts SteckerSolar durchgeführten Untersuchungen dienen dem Ziel, fundierte Anforderungen an Mini-PV-Anlagen zu entwickeln. Es sollen Regeln für Konstruktion, Aufbau, Montage und Anschluss von laienbedienbaren Mini-PV-Anlagen für den Anschluss an Endstromkreise erarbeitet werden – als Grundlage für den Entwurf einer nationalen und später auch internationalen Produktnorm.

Häufig ist zu lesen, dass Verbraucher*innen ihre neue Mini-Solaranlage mittels Plug and Play an eine übliche Steckdose im Haushalt anschließen dürfen. Dem ist nicht so! Zum Anschluss einer Mini-PV-Anlage ist eine Energiesteckdose erforderlich. Die Vornorm DIN VDE V 0628-1 (VDE V 0628-1) beschreibt konkrete Anforderungen an eine solche Energiesteckdose. Typische Haushaltssteckdosen (Schutzkontaktstecker bzw. „SchuKo-Stecker“) sind für den Anschluss von Mini-PV-Anlagen – laut der aktuellen Norm – in Deutschland nicht zulässig.

Zum Hintergrund: Toaster, Staubsauger oder Föhn – all diese Haushaltsgeräte verfügen über einen Netzstecker. Von den beiden blanken Steckerstiften geht keine Gefahr aus, denn keines dieser elektrischen Geräte liefert Strom, sondern benötigt diesen zum Betrieb. Anders sieht es jedoch beim Netzstecker einer Mini-PV-Anlage aus: Sie erzeugt Strom und speist ihn über den Netzstecker in den Endstromkreis ein.

Hierfür sei auf die Norm DIN EN 61140 (VDE 0140-1) hingewiesen: „Gefährliche aktive Teile dürfen nicht berührbar sein und berührbare leitfähige Teile dürfen nicht gefährlich aktiv sein, weder unter normalen Bedingungen (bei bestimmungsgemäßer Verwendung ohne Fehler), noch unter Einzelfehlerbedingungen.“

Konkret: Zu keiner Zeit (weder im fehlerfreien Betrieb noch im Einzelfehlerfall) darf eine gefährliche Berührungsspannung an den Steckerstiften anliegen.

Norm legt ausschließlich Schutzziele fest, nicht die technische Konstruktion

Eine Energiesteckvorrichtung besteht immer aus einem Stecker und einer Steckdose. Stecker und Steckdose müssen so konstruiert sein, dass berührbare Steckerstifte in nicht gestecktem Zustand nicht unter Spannung stehen.

Für eine Energiesteckvorrichtung verweist DIN VDE V 0100-551-1 (VDE V 0100-551-1) exemplarisch auf DIN VDE V 0628-1 (VDE V 0628-1). Werden die in der Norm DIN EN 61140 (VDE 0140-1) aufgeführten Schutzziele erreicht, sind aber auch andere technische Lösungen zulässig.

Die maximal anschließbare Leistung einer Mini-PV-Anlage ist abhängig vom Leiterquerschnitt der vorhandenen Zuleitung und von der Strombelastbarkeit der Energiesteckvorrichtung. Gemäß der Vornorm DIN VDE V 0628-1 (VDE V 0628-1) ist

• die Energiesteckvorrichtung für maximal 16 A (3,68 kVA) zugelassen und
• pro Energiesteckvorrichtung nur jeweils eine Erzeugungsanlage zulässig.

Redaktioneller Hinweis:

Die im Text aufgeführten Normen können Sie beim VDE VERLAG erwerben.

In der alltäglichen und gesellschaftlichen Diskussion ist sie ein ebenso großes Thema wie in der DKE – die Rede ist von der Energie. Unsere Normungsexperten bringen ihr Wissen aber nicht nur ein, um die Energieversorgung und -verteilung zukünftig „smart“ und dezentral zu machen, sondern leisten einen ebenso hohen Beitrag für den Betrieb elektrischer Anlagen und bei der flächendeckenden Verbreitung erneuerbarer Energien. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im