Solaranlagen (Photovoltaik)
Photovoltaik auf dem Dach
Wenn von einer „Solaranlage“ auf dem Dach die Rede ist, sind damit in den meisten Fällen Anlagen gemeint, die Strom aus Sonnenlicht erzeugen. Gemeint ist also in der Regel eine Photovoltaik-Anlage.
Diese wandelt Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom um und ist heute die am häufigsten eingesetzte Form der Solarnutzung auf Gebäuden.
Andere Systeme, die ebenfalls unter den Begriff Solaranlage fallen können, wie zum Beispiel Solarthermie zur Wärmeerzeugung (vor allem für Warmwasser), spielen auf Wohnhäusern deutlich seltener eine Rolle.
Auf dieser Seite geht es deshalb vor allem um Photovoltaik. Strom aus Photovoltaikanlagen ist vielseitig einsetzbar – zum Beispiel im Haushalt, für Wärmepumpen oder zur Einspeisung ins Stromnetz.
Wie funktionieren Solaranlagen zur Stromerzeugung?
Bei Solaranlagen regt Sonnenlicht direkt Elektronen in kristallinen Materialien wie Silizium an und erzeugt so Gleichstrom (DC). Dies geschieht auf der Oberfläche von Solarmodulen, auch Photovoltaikmodule (PV-Module) genannt, die an sonnigen Orten wie Dächern oder auf Freiflächen installiert werden. Der Begriff Photovoltaik bezeichnet die Erzeugung elektrischer Spannung, wenn Lichtteilchen (Photonen) auf ein Material treffen.
Dieser Gleichstrom muss in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden, um in den elektrischen Anlagen von Häusern und Gebäuden genutzt werden zu können. Dies geschieht mit einem Wechselrichter. Wechselrichter wandeln den Gleichstrom schnell in Wechselstrom um und erzeugen so Wechselstrom. Der Wechselrichter stellt außerdem sicher, dass der erzeugte Wechselstrom der Netzspannung, -frequenz und -phase entspricht (in Deutschland 230 Volt bei 50 Hertz), um eine sichere Einspeisung in das Stromnetz zu gewährleisten. Das Endprodukt der Solarenergiegewinnung erzeugt Strom.
Netzgekoppelte vs. autarke Solarsysteme – Vor- und Nachteile
Wenn eine Solaranlage an das Stromnetz angeschlossen ist, bringt das mehrere Vorteile, aber auch einige Nachteile mit sich. Batterien sind mit Abstand der teuerste Bestandteil einer Solaranlage. Bei einem netzgekoppelten System benötigt man keine Batterie, um den Strom zu speichern – der erzeugte Strom wird direkt ins öffentliche Netz eingespeist. Dafür erhält man eine Art „Gutschrift“, die man nutzen kann, wenn Strom benötigt wird. So werden Schwankungen durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung automatisch ausgeglichen. Netzgekoppelte Anlagen sind daher deutlich komfortabler und flexibler.
Der Hauptnachteil solcher Systeme ist, dass man weiterhin vom Stromnetz abhängig bleibt, auch wenn man seine Stromkosten reduziert, indem man überschüssigen Strom einspeist. Fällt das Netz aus, hat man in der Regel auch keinen Strom, es sei denn, man verfügt über einen Generator als Notlösung. Ein weiterer Nachteil ist, dass man fast immer einen sogenannten Smart Meter verwenden muss (sofern man sich nicht davon abmelden kann), um genau zu erfassen, wie viel Strom eingespeist und bezogen wird. Smart Meter erzeugen hochfrequente Funkstrahlung und können zudem sogenannte „verschmutzte Elektrizität“ im Hausnetz verursachen.
Ein autarkes (netzunabhängiges) Solarsystem hingegen ist ein in sich geschlossenes System, das dafür ausgelegt ist, den gesamten Strombedarf eines Standorts selbst zu decken. Dafür sind deutlich mehr Planung und Vorbereitung notwendig: ausreichend viele Solarmodule, eine große Batterie zur Speicherung für Zeiten mit wenig Sonne sowie oft ein Notstromgenerator für ungünstige Situationen. Außerdem erfordert es mehr Disziplin und eine bewusste Nutzung des Stroms im Alltag.
Ein weiterer Nachteil eines autarken Systems ist, dass durch die gesamte Stromerzeugung und -speicherung vor Ort unter Umständen höhere elektromagnetische Felder entstehen können, etwa durch Batterien und zusätzliche Technik. Der Vorteil liegt hingegen in der Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz und darin, dass kein Smart Meter benötigt wird.
Komponenten und mögliche elektromagnetische Felder
Bei Photovoltaik-Anlagen entstehen elektrische und elektromagnetische Felder vor allem durch bestimmte technische Bauteile, die für den Betrieb notwendig sind.
Ein zentraler Bestandteil ist der Wechselrichter. Er wandelt den erzeugten Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom um, der im Haushalt genutzt oder ins Stromnetz eingespeist wird. Dabei arbeitet er mit elektrischen Schaltungen, die geringe elektromagnetische Felder erzeugen können.
Auch die Stromleitungen innerhalb der Anlage sowie die Verbindung zum Hausnetz führen Strom und können dadurch elektrische und magnetische Felder im direkten Umfeld erzeugen. Diese Felder sind jedoch in der Regel auf den Leitungsverlauf und die unmittelbare Umgebung beschränkt.
Moderne Anlagen verfügen teilweise zusätzlich über Überwachungs- oder Kommunikationssysteme, die drahtlos arbeiten, z. B. zur Leistungsüberwachung per App. Diese senden nur gelegentlich und mit sehr geringer Leistung.
Wichtig ist: Die entstehenden Felder sind technisch bedingt und stehen im Zusammenhang mit der Stromerzeugung und -nutzung der Anlage. Sie nehmen mit zunehmender Entfernung schnell ab und konzentrieren sich vor allem auf die direkten Komponenten der Anlage.
EMF-Exposition bei Solaranlagen und Möglichkeiten zur Reduzierung
Beide Arten von Solaranlagen können mit einer gewissen Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern (EMF) verbunden sein. Wenn man jedoch versteht, wo diese Felder entstehen, lässt sich besser einschätzen, wie man sie reduzieren kann. Solarmodule selbst erzeugen nur eine geringe Menge an Gleichstrom (DC) mit niedriger Spannung. Da sie meist in einiger Entfernung zu Wohnbereichen installiert sind, stellen sie in der Regel keine wesentliche EMF-Quelle dar.
Die Verkabelung zwischen den Modulen und dem Wechselrichter bzw. der Batterie kann elektromagnetische Felder erzeugen. Eine Möglichkeit, diese zu reduzieren, besteht darin, die Leitungen eng beieinander zu führen – also positive, negative, Neutral- und Erdleiter möglichst parallel und dicht zusammen oder verdrillt zu verlegen. Werden Kabel dagegen getrennt voneinander verlegt, können stärkere Magnetfelder im Zwischenraum entstehen. Liegen sie dicht beieinander, können sich diese Felder weitgehend gegenseitig aufheben.
Jede Solaranlage nutzt einen Wechselrichter, um den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Dabei können im Zuge dieses Umwandlungsprozesses sogenannte elektrische Störungen entstehen, die sich im Hausnetz ausbreiten. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass solche Effekte auch in herkömmlichen Stromsystemen auftreten können, also unabhängig davon, ob eine Solaranlage vorhanden ist oder nicht. Der Begriff „dirty electricity“ beschreibt dabei Spannungsschwankungen oder Unregelmäßigkeiten im Stromverlauf, wie sie in modernen, technisch geprägten Haushalten allgemein vorkommen können.
Ein Unterschied zwischen netzgekoppelten und autarken Solaranlagen liegt unter anderem darin, ob Batteriespeicher und digitale Stromzähler (Smart Meter) vorhanden sind. Autarke Systeme benötigen in der Regel Batterien, während netzgekoppelte Anlagen häufig mit Smart Metern betrieben werden.
Solarbatterien erzeugen statische Magnetfelder, die direkt in der Nähe am stärksten sind und mit zunehmender Entfernung schnell abnehmen.
Drahtlose Kommunikation (WLAN, Bluetooth und Mobilfunk)
Moderne Photovoltaikanlagen können zusätzlich mit drahtlosen Kommunikationsfunktionen ausgestattet sein. Diese dienen vor allem der Überwachung, Wartung oder Auswertung der erzeugten Energie.
WLAN wird häufig genutzt, um den Wechselrichter oder ein Monitoring-System mit dem Internet zu verbinden. So können Leistungsdaten in eine App oder ein Online-Portal übertragen werden. Die Datenübertragung erfolgt dabei nicht dauerhaft aktiv, sondern in regelmäßigen Abständen.
Bluetooth kommt meist nur bei der Installation oder Wartung zum Einsatz. Techniker können sich damit direkt in kurzer Distanz mit der Anlage verbinden, um Einstellungen vorzunehmen oder Daten auszulesen. Diese Verbindung ist nur aktiv, wenn sie gezielt genutzt wird.
Zusätzlich können einige Systeme auch über das Mobilfunknetz (SIM-Karte / LTE) kommunizieren. Das ist vor allem dann relevant, wenn kein WLAN verfügbar ist. Auch hier erfolgt die Datenübertragung in der Regel nur zeitweise, etwa zur Übermittlung von Leistungsdaten.
In allen Fällen dient die drahtlose Kommunikation ausschließlich der Datenübertragung und Steuerung. Sie ist kein durchgehender Sendebetrieb, sondern erfolgt bedarfsgerecht und in kurzen Intervallen.
- urs-raschle.ch | Elektrosmogarme PV-Anlagen sind möglich – aber nicht mit dem heutigen Standard
- emfanalysis.com | The Dark Side of Solar
- blushield.com | Solar Power Systems: How To Reduce EMF Exposure Risks
