Es ist fast immer kosteneffizienter, Wege zu finden, um in Ihrem Haus weniger Energie zu verbrauchen, als eine größere PV-Anlage zu installieren. Wir begannen mit einem monatlichen Verbrauch von 1.000 Kilowattstunden (kwh), was dem Durchschnitt eines US-Haushalts entspricht. Wir konnten diesen Wert auf etwa 500 kwh senken, indem wir etwas mehr als 1.000 Dollar für effiziente Lampen, Steckdosenleisten mit Schaltern, einen neuen Kühlschrank und einige andere Strategien ausgaben (siehe 8 einfache Projekte für sofortige Energieeinsparungen). Vergleichen Sie das mit der PV-Anlage, die uns 250 kwh pro Monat spart, aber 6.000 $ kostet – es ist klar, wo die beste Rendite liegt. Erst die Effizienzmaßnahmen ergreifen, dann die PV-Anlage kaufen.
Wir planten eine PV-Anlage, die unseren derzeitigen Verbrauch um etwa die Hälfte reduzieren würde (d. h. eine Anlage, die etwa 250 kwh pro Monat oder 3.000 kwh pro Jahr erzeugen würde). Wir haben den PVWatts-Rechner des National Renewable Energy Laboratory benutzt, um die Größe einer Anlage zu schätzen, die in unserer Gegend 3.000 kwh pro Jahr erzeugen würde. PVWatts kam auf eine Systemgröße von etwas mehr als 2 Kilowatt. Das System, das wir schließlich installierten, hat eine geschätzte Leistung von 2,15 Kilowatt.
Unser System verwendet Enphase-Mikro-Wechselrichter, aber es sind auch andere Marken erhältlich. Wir haben 10 PV-Paneele mit einer Nennleistung von je 215 Watt, die jeweils mit einem 190-Watt-Wechselrichter ausgestattet sind, der den von den Paneelen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, der in den Vereinigten Staaten das Standardsystem für die Stromversorgung von Haushalten ist. Wir haben das System als Bausatz bestellt, der die PV-Paneele, Mikro-Wechselrichter, Montageschienen und eine Reihe anderer Teile enthielt. Der Bausatz war eine gute Wahl, aber erwarten Sie keinen Bausatz, bei dem man eine Platte in einen Schlitz stecken kann. Im Grunde erhalten Sie einen Karton voller Teile. Sie werden sich bald mit den Websites der Firmen vertraut machen, die die Teile herstellen – vor allem mit dem Bereich „Download Manuals“.
Situierung des PV-Arrays
In der Regel sollten die Solarmodule für Ihr Haus nach Süden ausgerichtet und in einem Winkel geneigt sein, der ungefähr Ihrem örtlichen Breitengrad entspricht. Von etwa drei Stunden vor der Mittagszeit (dem Zeitpunkt, an dem die Sonne an einem bestimmten Tag direkt in der Mitte ihres Weges über den Himmel steht) bis drei Stunden nach der Mittagszeit würden sie sich in vollem Sonnenlicht befinden und keine Schatten werfen. Die Leistung leidet nicht sehr darunter, wenn Sie die Module nicht gerade nach Süden ausrichten oder genau richtig neigen können, aber selbst eine geringe Abschattung kann ernsthafte negative Auswirkungen haben.
Eine Standortuntersuchung zeigt Ihnen alle potenziellen Abschattungsprobleme für jede Jahreszeit. Sie können die Standortbestimmung auf verschiedene Weise durchführen. Eine Möglichkeit ist ein Verfahren, bei dem Sie eine „Sonnenkarte“ für Ihr Gebiet und eine einfache Sichtung von Objekten, die Schatten verursachen könnten, verwenden – dies könnte eine lustige Familienveranstaltung sein, bei der jeder etwas über den Lauf der Sonne im Laufe des Jahres lernt. Eine weitere einfache Methode ist die Modellierung Ihrer PV-Anlage und potenzieller Abschattungsobjekte im kostenlosen Zeichenprogramm Google SketchUp. SketchUp verfügt über eine Funktion, mit der Sie Abschattungsmuster für jede Tages- und Jahreszeit anzeigen können.
Mikro-Wechselrichter bieten einen Vorteil bei Teilabschattungen, da in diesem System jedes PV-Paneel über einen Wechselrichter verfügt, der die maximale Leistung nachführt, um die größtmögliche Leistung aus dem jeweiligen Paneel herauszuholen, unabhängig davon, ob es teilweise abgeschattet ist oder in der vollen Sonne liegt. Bei herkömmlichen String-Wechselrichtersystemen kann ein Teil des Schattens dazu führen, dass die Spannung eines Strangs von Modulen so weit abfällt, dass sich der Wechselrichter abschaltet und die Leistungsabgabe auf Null sinkt – in der Tat ein großer Effekt. Wenn Sie ernsthafte Schattenprobleme haben, die Sie nicht ändern können, ist PV wahrscheinlich keine gute Wahl für Ihre Situation.
Wir haben uns für die Bodenmontage statt für eine Dachmontage entschieden, weil das die Installation einfacher (und weniger beängstigend) macht und wir die Paneele nicht entfernen müssen, wenn das Dach jemals ersetzt werden muss.
Solarmodulinstallation
Jetzt kommt der spaßige Teil – die Installation des Systems! Sie können viele Arten von PV-Panel-Montagesystemen bauen oder kaufen, aber die PV-Panels werden wahrscheinlich 30 Jahre halten, also wählen Sie ein Montagesystem, das Wind und Wetter für eine lange Zeit standhält. Wir haben unser eigenes Montagegestell aus behandelten 4-by-4-Holzpfosten und Betonfundamenten gebaut und die Paneele dann auf Aluminiumschienen montiert, die speziell dafür entwickelt wurden, die Paneele über den Holzrahmen zu stützen.
Mit etwas Hilfe von den Nachbarn und einem geliehenen Betonmischer konnten wir die Halterungen ziemlich schnell installieren. Es ist wichtig, darauf zu achten, dass die Halterungen gut ausgerichtet sind. Wir haben provisorische 2-by-6-Rahmen hinter den vertikalen Pfosten verwendet, um alle Stützrahmen auszurichten.
Stellen Sie sicher, dass die Fugen im Holzrahmen mit Metallplatten verstärkt sind und dass die Fundamente ausreichend dimensioniert sind. Tragen Sie eine zusätzliche Schicht Holzschutzmittel auf alle Maserungen des behandelten Holzes und auf die Stellen auf, an denen das Holz mit dem Beton in Berührung kommt. In unserem Klima hält das behandelte Holz sehr lange, aber wenn Sie in einem feuchten Klima leben, sollten Sie Metallstützen in Betracht ziehen.
Nachdem die Montagerahmen im Boden waren, haben wir die Stützschienen aus Aluminium angebracht. Dies war mit den mitgelieferten L-Winkeln leicht zu bewerkstelligen. Dann haben wir die Mikro-Wechselrichter auf den Schienen installiert, wofür nur zwei Edelstahlschrauben pro Wechselrichter erforderlich waren.
Als Nächstes haben wir die PV-Paneele installiert, indem wir an einem Ende begonnen und uns quer zu den Schienen vorgearbeitet haben. Seien Sie vorsichtig! Ein Ausrutscher kann Sie ein 600-Dollar-PV-Panel kosten. Die Paneele sind schwer zu handhaben, daher ist es wichtig, bei diesem Teil Hilfe zu haben. Wir haben vorübergehend ein 2-by-6-Brett unter jedes Paneel geklemmt, um es zu stützen, während wir die letzten Einstellungen vornahmen. Die Montageklemmen werden einfach in die Schlitze der Stützschienen geschoben. Nachdem das PV-Paneel angebracht ist, können die Klemmen festgezogen werden, um das Paneel zu sichern.
Prüfen Sie die Ausrichtung häufig, während Sie die Paneele montieren. Kleine Fehler in der Ausrichtung summieren sich und machen sich oft bemerkbar. Wir haben die Klammern gerade so fest angezogen, dass sie halten, und später einen Drehmomentschlüssel für das endgültige Festziehen verwendet.
Verkabelung des PV-Systems
Die Verkabelung des Enphase-Systems ist relativ einfach, aber lesen Sie unbedingt alle Anweisungen und machen Sie sich mit den Sicherheitsfragen vertraut. Sie haben es mit hohen Spannungen zu tun, und die PV-Paneele machen das System „heiß“, auch wenn es nicht an das Stromnetz angeschlossen ist. Wenn Sie der Meinung sind, dass Sie sich das nicht zutrauen, können Sie die Verkabelung mit einem örtlichen Elektriker zusammen durchführen. Der tatsächliche Arbeitsaufwand für die Verkabelung ist nicht sehr hoch, so dass sich die Kosten für das System nicht wesentlich erhöhen sollten.
Die Ausgangskabel der einzelnen PV-Paneele werden mit den entsprechenden Kabeln der Mikro-Wechselrichter verbunden. Die Ausgangskabel der Mikro-Wechselrichter werden einfach aneinandergereiht. Der Ausgang des letzten Wechselrichters führt zunächst zu einer Anschlussdose an der PV-Anlage und dann zu einem Trennschalter für die PV-Anlage, der sich in der Nähe des Hauszählers befindet. Vom Trennschalter geht der Strom zu einem ungenutzten Leistungsschalter im Stromkreisunterbrecherkasten.
Der Trennschalter für die PV-Anlage ermöglicht es den Mitarbeitern des Versorgungsunternehmens, die PV-Anlage vom Netz zu trennen. Der Schalter muss abschließbar sein, sich in der Nähe des Hauptzählers befinden und deutlich beschriftet sein. Der Schutzschalter, der den PV-Strom in den Schutzschalterkasten einspeist, muss ebenfalls gekennzeichnet sein.
Ich habe die PV-Paneele und den neuen Schutzschalter zuletzt angeschlossen, so dass fast die gesamte Verdrahtung in einem „toten“ System erfolgte.
Erdung des Systems
Prüfen Sie Ihre gesamte Verdrahtung und vergewissern Sie sich, dass Sie alles wie erforderlich geerdet haben. Alle diese Komponenten (PV-Panel-Rahmen, PV-Panel-Tragschienen, Mikro-Wechselrichter-Gehäuse, PV-Generator-Anschlusskästen und der Trennschalter) müssen über eine zugelassene Erdungsmethode geerdet werden.
Obwohl die PV-Panels beispielsweise mit den geerdeten Schienen verschraubt sind, ist dies keine zugelassene Erdungsverbindung. Wir haben das Weeb-Erdungssystem für die meisten von ihnen verwendet, und es hat gut funktioniert.
Zusätzlich zu den Sicherheitsaspekten achten die Inspektoren auf eine ordnungsgemäße Erdung. Wenn ich es noch einmal machen würde, würde ich überall das Weeb-System verwenden, weil es so einfach ist.
Weitere Informationen zur Konstruktion finden Sie bei Build It Solar.
Inbetriebnahme des Wechselrichters
Bei Enphase-Systemen kommuniziert eine Einheit namens EMU mit allen Wechselrichtern, indem sie Signale über die Stromleitung sendet. Die EMU liefert Informationen darüber, wie das System funktioniert, prüft den Status und den Zustand der Wechselrichter und sendet die Daten über Ihre Internetverbindung an den Enphase-Server.
Nachdem der Prüfer Ihr System genehmigt und der Energieversorger den Netzzähler installiert hat, können Sie das System einschalten und die EMU an eine normale Steckdose anschließen. Das EMU findet Ihre Wechselrichter und beginnt mit der Meldung. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Anlage bereits Strom, und die EMU zeigt Ihnen die wichtigsten Daten an. Lehnen Sie sich zurück, trinken Sie ein Bier und sehen Sie zu, wie der Strom fließt.
PV-Leistung und Einsparungen
Unser System ist seit November 2009 in Betrieb, und seine Leistung ist gut. Wir haben keine Ausfälle erlebt, und das System musste nicht gewartet werden. Bislang liegt die Energieerzeugung etwa 10 % über der Schätzung des PVWatts-Rechners. Sie können sich die Leistung unseres Systems jederzeit in Echtzeit ansehen.
Die Kosten für unser System betrugen 9.960 $ oder 4,63 $ pro Watt – die Preise könnten jetzt etwas niedriger sein. Durch den 30-prozentigen Bundesrabatt und einen staatlichen Rabatt von 500 Dollar sanken die Kosten auf 6.470 Dollar bzw. 3,01 Dollar pro Watt. In einigen Bundesstaaten sind die Rabatte wesentlich höher als in Montana.
Professionell installierte Systeme dieser Größe werden oft mit 7,50 $ pro Watt angegeben, was bedeutet, dass wir etwa 6.000 $ gespart haben. Wenn die Kosten Ihr Hauptmotiv für den Selbstbau eines Systems sind, empfehle ich Ihnen, Angebote für installierte Systeme einzuholen und sie mit den Kosten für alle Teile zu vergleichen, die Sie für ein ähnliches System benötigen würden.
Die Einsparungen auf unserer Stromrechnung betrugen im ersten Jahr 332 $ (auf der Grundlage von etwa 10 Cent pro kWh), außerdem haben wir unsere CO2-Emissionen um 4.700 Pfund reduziert. Die einfache Amortisationszeit für die 6.000 $, die wir investiert haben, würde 18 Jahre betragen, aber ich gehe davon aus, dass sie viel kürzer sein wird, wenn der Strompreis weiter steigt. Wenn die Tarife beispielsweise um 10 % pro Jahr steigen, beträgt die gesamte Amortisationszeit nur 11 Jahre.
Solarstromquellen
Konstruktionsdetails
PVWatt-Rechner
Echtzeitleistung
Solarstandortübersicht
Datenbank staatlicher Anreize für erneuerbare Energien und Effizienz
Weeb-Erdungssystem
Solar ungebunden