Balkonkraftwerk Funktionsweise

Ein Balkonkraftwerk, welches gern auch als Mini-Photovoltaik-Anlage, Stecker-Solar-Anlage oder Plug-In-PV-Anlage bezeichnet wird, ist eine kleine Solaranlage für die Steckdose. Die in erster Linie für den Eigenverbrauch von Privathaushalten konzipiert ist.

Diese kleine Solaranlage ist wie eine Art Sonnen-Strom-Lieferant. Welcher deine Haushaltsgeräte immer dann mit umweltfreundlichen Strom versorgt, wenn die Sonne scheint.

Wie du dem Namen schon entnehmen kannst, ist diese Photovoltaikanlage so konzipiert, das du sie an einem Balkongeländer installieren kannst und an der nächstgelegen Steckdose anstecken kannst.

Aber weil sich der Name „Balkongeländer-Solaranlage für die Steckdose“ nicht durchsetzte, hat man sich auf den Begriff “Balkonkraftwerk” geeinigt. ;-)

In der Realität kann so ein Kraftwerk zum Beispiel so aussehen:

Aufgrund der kompakten Bauweise, kannst du jedoch diese kleinen Solaranlagen aber auch problemlos auf der Terrasse, dem Garagendach, an einer Wand oder sogar in deinem Garten platzieren.

Und das Beste daran?!

Diese kleinen Kraftwerke sich nicht nur umweltfreundlich, sie helfen dir auch dabei deinen Stromverbrauch zu senken.

Um zu verstehen wie so ein Balkonkraftwerk funktioniert, werfen wir im nächsten Abschnitt einen Blick auf die einzelnen Bestandteile.

Aber zunächst erst noch eine wichtige Grundlage.

Diese Angabe findest du nahezu bei allen Balkonkraftwerken. Denn diese bezieht sich auf die maximal mögliche Leistung des Kraftwerks.

Also wieviel elektrische Leistung das Balkonkraftwerk unter optimalen Bedingungen bereitstellen kann.

Diese Leistung wird in Watt (W) oder Kilowatt (kW) angegeben.

Kleine Erinnerung an den letzten Physikunterricht:

1 Kilowatt (kW) = 1.000 Watt (W).

Manchmal wirst du auch die Einheit VA finden. Was so viel bedeutet wie Volt Ampere.

1 VA (Volt Ampere) = 1 W (Watt)

Ein Balkonkraftwerk mit einer Leistung von 600 Watt, kann somit unter voller Sonneneinstrahlung eine maximale Leistung von 600 Watt einspeisen.

Scheint die Sonne nun über einen gewissen Zeitraum auf das Balkonkraftwerk, wird durch die elektrische Leistung elektrische Energie produziert.

Die elektrische Energie ist die Leistungsabgabe des Balkonkraftwerks über eine bestimmte Zeit und wird in der Einheit Wattstunden (Wh) angegeben.

Eine Wattstunde entspricht der Energie die ein System mit einer Leistung von einem Watt innerhalb von einer Stunde aufnimmt bzw. wie in unserem Fall abgibt.

Im Alltag ist am meisten die Kilowattstunde (kWh) verbreitet, also das tausendfache einer Wattstunde. Diese Angabe findest du vor allem auf Deiner Stromabrechnung.

1 kWh = 1.000 Wh

Scheint nun die Sonne über eine längeren Zeitraum auf unser 600 Watt Balkonkraftwerk, wird elektrische Energie produziert.

Nach einer Stunde hat das Balkonkraftwerk im Idealfall 600 Wattstunden (Wh) bzw. 0,6 Kilowattstunden (kWh) erzeugt.

Die hochkomplexe mathematische Formel hinter dieser Berechnung sieht dann wie folgt aus:

0,6 kW x 1 h = 0,6 kWh

Elektrische Leistung x Zeit = Elektrische Energie

Nach zwei Stunden hat das Balkonkraftwerk 1,2 kWh produziert (0,6 kW x 2h = 1,2 kWh).

Nach drei Stunden 1,8 kWh (0,6 kW x 3 h = 1,8 kWh) und so weiter…

Diese Energiemenge steht Dir in dieser Zeit dann zur Verfügung, um deine Haushaltsgeräte mit Strom aus dem Balkonkraftwerk zu versorgen.

Zur besseren Vorstellung, was man mit 600 Wh bzw. 0,6 kWh alles machen kann, hier eine kleine Übersicht:

Wie du sieht, kann man damit schon einiges anstellen.

Aber dabei ist eine Sache wichtig zu beachten!

Die Leistungsangabe bei einem Balkonkraftwerk bezieht sich immer auf den maximal möglichen Wert. Die tatsächliche Leistung kann oft darunter liegen.

Um die Funktion eins Balkonkraftwerk zu verstehen und zu entscheiden, ob es das Richtige für dich ist, schauen wir uns jetzt die einzelnen Bauteile und ihre Besonderheiten an.

Die Solarmodule sind das pulsierende Herzstück des Balkonkraftwerks.

Optisch präsentieren sie sich wie folgt…

Bei den meisten Anbietern kannst du zwischen dem stylischen Black Modell oder dem klassisch silbernen Standardmodul wählen.

Ihre Hauptfunktion besteht darin, Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Dieser Prozess wird als Photovoltaik bezeichnet.

Die Solarmodule sind im inneren mit Solarzellen ausgestattet, die aus Halbleitermaterial, meist Silizium, bestehen. Sobald Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, erzeugt es eine Spannung zwischen der oberen und der unteren Schicht des Halbleitermaterials.

Diese Spannung treibt Elektronen durch einen externen Stromkreis, wodurch elektrischer Gleichstrom erzeugt wird.

Die Leistung eines Solarmoduls wird in der Einheit Watt-Peak (Wp) angegeben.

Welche die maximal mögliche Spitzenleistung (Peak = Spitze) des Solarmoduls definiert. Also wieviel Watt das Solarmodul bei vollem Sonnenschein leisten kann.

Gängige Leistungen von Solarmodulen liegen momentan zwischen 300 – 400 Wp.

Je nach Leistung, kann ein Balkonkraftwerk aus ein bis zwei Solarmodulen bestehen.

Die Größe und das Gewicht der Solarmodule variiert dabei auch in Abhängigkeit von der Leistung.

Prüfe dazu immer das Datenblatt der Solarmodule. Dort findest du immer alle wesentlichen Informationen.

Der Wechselrichter oder bei Balkonkraftwerken häufig auch als Microwechselrichter bezeichnet, ist eine weitere entscheidende Komponente in einem Balkonkraftwerk.

Verbaut wird er meist hinter den Solarmodulen, indem er direkt an der Halterung verschraubt wird.

In der Praxis hat er häufig folgenden Aufbau…

Dieser kleine Kerl hat die Aufgabe, zwei verschiedene “Sprachen” zu sprechen: die Sprache des Gleichstroms (DC) und die des Wechselstroms (AC).

Wie du bereits weißt, sind die Solarmodule großartige Sonnenfänger, aber sie sprechen leider nur “Gleichstrom”.

Deine Küchengeräte, dein Fernseher, deine Waschmaschine – all deine Haushaltsgeräte – sind jedoch mit Wechselstrom “aufgewachsen” und können nicht mit dem Gleichstrom aus den Solarmodulen arbeiten.

Und hier kommt der Wechselrichter ins Spiel.

Er “übersetzt” den Gleichstrom in Wechselstrom und sorgt somit für eine harmonische Kommunikation zwischen den Solarmodulen und deinen Haushaltsgeräten.

Die maximale Ausgangsleistung ist dabei die bedeutendste Kennzahl des Wechselrichters.

Ausgedrückt in Watt, definiert sie die Höchstleistung, die der Microwechselrichter liefern kann.

Bei Stecker-Solaranlagen sind in Deutschland aktuell 600 Watt die maximal zulässige Grenze, die der Wechselrichter in ein Hausstromnetz einspeisen darf.

Der Verband der Elektrotechnik (VDE) hat zwar am 11.01.23 ein Positionspapier veröffentlich, in dem er eine Erhöhung der Bagatellgrenze auf 800 Watt befürwortet.

Diese ist aber noch nicht rechtskräftig.

Beim Kauf eines Balkonkraftwerks solltest vor allem darauf achten, dass der Wechselrichter eine Konformitätserklärung gemäß VDE AR-N 4105 enthält. Denn nur dann darf er in Deutschland am Stromnetz betrieben werden.

Das Anschlusskabel bei einem Balkonkraftwerk könnte man als die verlässliche Verbindung zwischen dem Wechselrichter und dem heimischen Stromnetz betrachten.

Sein Job?

Den vom Wechselrichter umgewandelten Wechselstrom effizient in dein Hausstromnetz zu transportieren.

Klingt eigentlich ziemlich einfach, aber auch hier gibt es Regeln!

Laut VDE, müssen Steckerferige-Solaranlagen gemäß der Norm DIN VDE 0100-551-1 angeschlossen sein.

Und diese besagt…

Entweder wird das Anschlusskabel fest verdrahtet, oder es hat eine spezielle Energiesteckvorrichtung nach DIN VDE V 0628-1.

Ein Beispiel dafür ist die Verwendung einer Wielandsteckdose, die wie folgt aussieht…

Bei vielen Anbietern werden zwar Balkonkraftwerke mit einem Schuko-Stecker Anschlusskabel angeboten, jedoch ist dies aktuell in Deutschland “noch” eine Grauzone.

Mit der aktuellen Norm möchte man sicherstellen, dass die Installation nicht von Elektrotechnischen-Laien vorgenommen wird.

Die speziellen Energiesteckvorrichtungen bieten außerdem zusätzlichen Berührungsschutz, damit bei möglichen Fehlfunktionen niemand in Gefahr gerät.

Diese Sicherheit bietet ein normaler Schuko-Stecker nicht.

Aber keine Sorge, die VDE arbeitet auch an diesem Punkt und hat in ihrem aktuellen Positionspapier eine Duldung des Schuko-Steckers bis 800 Watt vorgeschlagen.

Aber Achtung, dieser Vorschlag ist noch nicht rechtsgültig. ;-)

Die Halterung bei einem Balkonkraftwerk ist entscheidend für die Stabilität und die richtige Positionierung der Solarmodule.

Und somit eine wesentliche Komponente für den jährlichen Ertrag.

Sie sollte robust genug sein, um das Gewicht der Module zu tragen und gleichzeitig flexibel genug, um eine optimale Ausrichtung zur Sonne zu ermöglichen.

Mit der passenden Halterung, kannst du ein Balkonkraftwerk an jedem beliebigen Orten installieren.

Hier ein grober Überblick für die unzähligen Einsatzbereich:

Bei dieser Form wird die Halterung in der Regel an der Balkonbrüstung befestigt. Entweder im 90°, 30° oder 15° Grad Winkel montiert.

Im folgenden Beispiel siehst du, wie die Montage im 30° Grad Winkel aussehen kann…

Wichtig hierbei zu beachten ist, dass die Brüstung stabil genug ist, um das Gewicht der Solarmodule und eventuelle Windlasten standhält.

Dies ist eine der einfachsten und stabilsten Möglichkeiten ein Balkonkraftwerk zu befestigen.

In diesem Fall wird die Halterung direkt an einer Haus-, Garagen oder Gartenhauswand befestigt.

Hier hast du auch wieder die Möglichkeit zwischen unterschiedlichen Winkeln zu wählen wählen.

Egal ob auf einem Wohn- oder Gartenhaus.

Selbstverständlich kannst du ein Balkonkraftwerk auch auf einem Dach installierten, genauso wie jede herkömmliche Photovoltaikanlage.

Dabei ist es egal ob das Dach aus Schindeln, Schiefer, Trapezblech oder Dachpappe besteht.

Für jede Art von Unterkonstruktion findet man am Markt die passende Halterung.

Eine Quer- oder Längsausrichtung der Solarmodule ist bei vielen Halterungen ebenso möglich.

Egal ob im Garten, auf der Terrasse, dem Carport, dem Flachdach oder wo auch immer du einen freien Platz hast.

Diese Halterung ist wohl die einfachste und flexibelste Möglichkeit ein Balkonkraftwerk zu installieren.

Sie ist nicht umsonst die beliebteste Montagevorrichtung von allen.

Auf der Aufständerungen werden die Solarpanels und der Wechselrichter montiert.

Hier hast du die Möglichkeit zwischen unterschiedlichen Winkeln oder speziellen Ost-West Halterungen zu wählen.

Hast du das Balkonkraftwerk auf der Aufständerung montiert, kannst du diese dann entweder mit Platten beschweren, in der Gartenwiese mit Heringen befestigen oder direkt fest verschrauben.

Da du jetzt mit der DNA eines Balkonkraftwerks vertraut bist.

Die verschiedenen Bauteile kennst und weißt, wo du diese kleinen Sonnenkraftwerke platzieren kannst, gehen wir nun auf die Funktionsweise ein…

Wenn Sonnenstrahlen auf das Solarpanel treffen, wird durch die Sonnenenergie Gleichstrom erzeugt.

Der Wechselrichter wandelt diesen Gleichstrom dann in netzkonformen Wechselstrom um.

Das Anschlusskabel stellt die Verbind zwischen Wechselrichter und Hausstromnetz her, worüber der erzeugt Strom ins Netz eingespeist wird.

Da der Strom stets den Weg des geringsten Widerstands geht, wird immer zuerst der selbst erzeugte Solarstrom von deinen Geräten verbraucht.

Falls die Menge des erzeugten Stroms nicht den aktuellen Bedarf deckt, wird die fehlende Menge aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen.

Dadurch verlangsamt sich die Drehung des Stromzählers, entsprechend der Menge die vom Balkonkraftwerk erzeugt wird.

Wenn jedoch mehr Strom produziert wird, als du momentan verbrauchst, kann es vorkommen, dass der Zähler sogar vollständig zum Stillstand kommt.

Beim Einschalten weiterer Verbraucher wird dann zuerst der überschüssige, selbst erzeugte Strom genutzt.

Erst wenn dieser nicht mehr ausreicht, wird wieder Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen.

Klingt simple oder?!

Ist es auch! ;-)

Ein Balkonkraftwerk ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern auch eine echte Sparbüchse für deinen Geldbeutel.

Denn mit jedem Sonnenstrahl, der auf dein Balkonkraftwerk trifft, senkst du deine Stromrechnung.

Je nach Sonneneinstrahlung und Größe eines Balkonkraftwerks kann es einen erheblichen Anteil des täglichen Stromverbrauchs decken.

Dies bedeutet weniger Energie, die du vom lokalen Energieversorger beziehen musst, was sich direkt in niedrigeren monatlichen Kosten niederschlägt.

Eine Daumenregel für Photovoltaikanlagen in Deutschland lautet:

Pro installiertem Kilowattpeak (kWp) kann man jährlich mit etwa 1.000 kWh Strom rechnen.

Angewandt auf unser 600 Watt Balkonkraftwerk bedeutet dies, dass man im Durchschnitt rund 600 kWh Strom pro Jahr produzieren kann.

Bei einem durchschnittlichen Strompreis von 29 Cent / kWh (Stand Juli 2023) macht dies eine mögliche Einsparung von 174 € pro Jahr.

Demnach hat sich eine Investition in ein Balkonkraftwerk innerhalb von 3-5 Jahren amortisiert. Danach produziert es für dich kostenlosen Strom.

Für den schnellen Überblick, hier noch eine kleine Übersicht was du mit gängigen Balkonkraftwerken nach dieser Daumenregel einsparen kannst:

Es ist wichtig zu beachten, dass es sich bei diesen Werten um Durchschnittswerte handelt, die lediglich zur groben Orientierung dienen.

Die Auswahl eines Balkonkraftwerks sollte immer individuell in Abhängigkeit vom Verbrauch sowie Standort betrachtet werden.

Mit diesem umfassenden Einblicken in die faszinierende Welt der Balkonkraftwerke hast du nun ein tieferes Verständnis über den Aufbau und die Funktionsweise von Balkonkraftwerken.

Die Einsatzbereiche von Balkonkraftwerke sind nahezu grenzenlos und bietet jedem die Möglichkeit, ein Teil der Energiewende zu sein.

Nutze diese Informationen, lasse Deiner Kreativität freien Lauf und werde selbst zum Erzeuger von grüner Energie.

Es liegt in der Hand von jedem einzelnen, die Sonne für sich arbeiten zu lassen und einen Beitrag für einen nachhaltigeren Planeten zu leisten.

Viel Spaß beim Entdecken und Experimentieren mit Deinem eigenen Balkonkraftwerk!