Solarstrom
erzeugen und
Geld sparen
Inhalts-
verzeichnis
Die Photovoltaikanlage:
Die Energie der Sonne nutzen Warum kann sich eine
Photovoltaikanlage lohnen?
Photovoltaik:
Sonnenenergie als Teil der erneuerbaren Energien
Aufbau und Funktionsweise einer Photovoltaikanlage Batteriespeicher:
Unabhängigkeit zu jeder Tages- und Jahreszeit Was gibt es VOR der Montage der
Photovoltaikanlage zu beachten?
Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage Mini-Photovoltaikanlagen
als Alternative für Mieter
Lohnt sich eine Solarstromanlage für Einfamilienhäuser?
Photovoltaikanlagen:
Netzeinspeisung oder Eigenverbrauch?
Kosten einer Photovoltaik-Dachanlage Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage
Inhalts-
verzeichnis
START
Die Photovoltaik- anlage:
Die Energie der Sonne nutzen
KAPITEL 1
Weltweit ist der Energiehunger immens und steigert sich jährlich ungebremst, denn eine moderne Gesellschaft funktioniert nur mit ausreichender Energieversorgung. Hierbei nimmt heute neben der Versorgungssicherheit die Sorge um die Umwelt einen hohen Stel- lenwert ein. Schließlich tragen wir alle Verantwortung für unsere Umwelt und die Generationen nach uns. Werden für die Energie- versorgung jedoch fossile Energien eingesetzt, müssen wir nega- tive Folgen wie Treibhauseffekt, Waldsterben und Smog in Kauf nehmen. Dabei ist die Solarenergie eine der Zukunftsenergien, die das Leben auf unserem Planeten erst möglich macht. Seit gut 4,5 Milliarden Jahren versorgt die Sonne die Erde mit Licht und Wärme.
Menschen, Tiere und Pflanzen verdanken ihr die Existenz. Das Ent- stehen von Wind und der Wasserkreislauf werden von der Sonnen- einstrahlung ausgelöst und in Bewegung gehalten. Was also liegt da näher, als diese gewaltige Kraft zu nutzen? Zudem steht die Solar- energie kostenlos zur Verfügung. Solarstromanlagen verunreinigen weder Wasser noch Luft und arbeiten völlig geräuschlos über vie- le Jahrzehnte hinweg. Mit dem Ausstieg aus der fossil-nuklearen Stromversorgung wird in unserer nachhaltigen Energiezukunft der Solarstrom eine zentrale Rolle spielen. Mit einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) bietet sich dir schon heute eine attraktive Lösung des Problems, selbst umweltschonend und zuverlässig elektrische Ener- gie zu erzeugen.
Photovoltaik:
Eine Bestandsaufnahme
An sonnigen Tagen sichert Solarstrom mitunter bis zu 50 Prozent unseres aktuellen Strombedarfs.
Grundsätzlich gibt es 2 Anwendungsmöglichkeiten zur Stromerzeu- gung aus Sonnenenergie:
• netzgekoppelte Photovoltaikanlagen, die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden
• Inselanlagen, die als autarke Anlagen Strom ausschließlich für den Eigenbedarf erzeugen
Netzgekoppelte PV-Anlagen
Über viele Jahre galt die Photovoltaik als die teuerste Variante, Strom auf Basis erneuerbarer Energien zu erzeugen. Doch dank großer Kos-
tensenkungen im Bereich der Module und Anlagenkomponenten sowie staatlicher Förderung sind seit 2006 die Kosten der solaren Stromerzeugung um mehr als 75 Prozent gesunken.
Inselanlagen und Kleinstanwendungen
Autarke Solaranlagen (Inselanlagen) mit Stromspeichern (Batterien) übernehmen die Stromversorgung von netzfernen Objekten wie Berghütten, Gewächs-, Ferien- und Gartenhäusern, Notrufsäulen und Parkscheinautomaten. Aber auch im privaten Bereich gibt es vie- le Anwendungsgebiete für Solarstrom: solarbetriebene Pumpen für den Gartenteich, Solarleuchten für den Garten als Deko oder Weg- beleuchtung, die Powerbank für das Handy, die Küchenwaage oder – der Klassiker – der solare Taschenrechner. Solarzellen sorgen in vie-
len Gegenständen des täglichen Lebens für kostenfreie Energie.
Warum kann sich eine
Photovoltaik- anlage lohnen?
KAPITEL 2
In den Boomjahren 2009 bis 2013 wurden PV-Anlagen eigentlich ausschließlich als Geldanlage installiert. Denn die hohe staatliche Förderung garantierte den Anlagenbetreibern eine ordentliche Ren- dite. Daher wurde der solar erzeugte Strom meist auch komplett in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Da die Einspeisevergütung ursprünglich aber als Anschubfinanzierung der Photovoltaik ge- dacht war und nicht als Anlagemodell, fuhr die Bundesregierung die Förderung Jahr für Jahr zurück – mit dem Effekt, dass es heute kaum noch möglich ist, über die Einspeisevergütung viel Geld ein- zunehmen.
Heute steht ganz klar die Eigenstromversorgung im Vordergrund.
Immerhin kostet Solarstrom mit rund 10 bis 13 Cent pro Kilowatt- stunde nur noch halb so viel wie der Strom vom Energieversorger (in Abhängigkeit der Anlagengröße). Diese Gründe sprechen daher für eine Photovoltaikanlage:
• mehr Unabhängigkeit vom Energieversorger und von steigenden Strompreisen
• weniger Strombezug aus dem öffentlichen Netz
• dauerhaft spürbar niedrigere Stromrechnung
• selbst erzeugter, sauberer Strom
• nachhaltige Stromproduktion und hoher Umweltnutzen
Nachhaltigkeit von Photovoltaikanlagen
Durch das nahezu unerschöpfliche Energieangebot der Sonne und die saubere „Energieernte“ ist die Photovoltaik eine der umwelt- schonendsten Arten, Strom zu erzeugen. Wenn du deinen Strom so- lar selbst erzeugst, trägst du also nachhaltig zur Energiewende bei.
Dickes Plus bei der Luftreinhaltung
Die Solarstromanlage benötigt keine fossilen Brennstoffe. Bei der Stromproduktion entstehen, im Gegensatz zur Stromerzeugung mit Kohle oder Gas, null Emissionen. Generell reduziert der Einsatz einer Photovoltaikanlage den Ausstoß von Luftschadstoffen spürbar. Dies führt dazu, dass Schädigungen der Umwelt wie Treibhauseffekt, Er- wärmung und Versauerung der Meere sowie der Angriff der Ozon- schicht verringert werden.
Ist die Herstellung einer PV-Anlage energieintensiv?
Bereits nach 3 bis 6 Jahren ist die Energie, die zur Erstellung einer kompletten PV-Anlage erforderlich war, wieder hereingeholt. Ab dann wird rund 20 Jahre lang Energie gespart (ergibt sich aus der Le- bensdauer von 25 bis 30 Jahren einer PV-Anlage abzüglich der 3 bis 6 Jahre). Dieser Zeitraum wird energetische Amortisation genannt.
Um diesen so genau wie möglich bestimmen zu können, muss die gesamte Wertschöpfungskette von der Solarzelle bis hin zur kleins-
ten Schraube der Photovoltaikanlage in die Betrachtung einbezogen werden. Des Weiteren ist von Bedeutung, wie viel Solarstrom die PV-Anlage produzieren kann. Dies wiederum ist abhängig vom Wir- kungsgrad, dem Standort und der nutzbaren Globalstrahlung vor Ort.
Das ist auch ein Grund, warum die energetische Amortisation im süd- lichen Europa wesentlich kürzer als in Nordeuropa ist.
Mit 1,5 bis 3,5 Jahren haben Dünnschichtzellen die kürzeste ener- getische Amortisation. Das begründet sich darin, dass hier der Fer- tigungsprozess nicht so aufwendig ist wie bei kristallinen Zellen. Zu- dem wird weniger Rohstoff benötigt. Bei polykristallinen Solarzellen bewegt sich die energetische Amortisation zwischen 2 und 4,5 Jah- ren. Bedingt durch die sehr aufwendige Waferfertigung ist die ener- getische Amortisation von monokristallinen Solarzellen mit 4 bis 6 Jahren die längste.
Bei Wafern handelt es sich um aus Silizium-Rohblöcken (Ingots) gesägte, dünne Scheiben. Diese werden anschließend zu kristallinen Solarzellen verarbeitet.
WISSENSWERTES
Unabhängig davon, wie weit die errechneten Werte der Amortisati- onszeit auseinanderliegen: Grundsätzlich erzeugt eine Photovoltaik- anlage während ihrer gesamten Lebensdauer ein Vielfaches der zur Herstellung und Installation benötigten Energie.
Photovoltaikanlagen sind (theoretisch) recyclebar
Wenn es um die Nachhaltigkeit von Solarstromanlagen geht, ist das Recycling ein wichtiger Punkt. Die Wiederverwertung einer komplet- ten Photovoltaikanlage (inklusive Untergestell) kann bis zu 95 Pro- zent der verwendeten Materialien betragen. Eine PV-Anlage besteht überwiegend aus Glas, Aluminium oder Stahl, Kunststoffen, ver- schiedenen Schwermetallen, natürlich Silizium und mitunter auch etwas Silber; alles wertvolle Rohstoffe, die wiederverwertet werden können. Das Recycling von Solarmodulen regelt sogar das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG). Dabei handelt es sich um die deutsche Umsetzung der WEEE2-Richtlinie (Waste of Electrical and Electronic Equipment) der EU für das Recycling aller elektrischen Alt- geräte.
Laut WEEE2-Richtlinie sind alle Produzenten zur Rücknahme und Entsorgung ausgedienter Photovoltaikmodule verpflichtet. Für Pri- vatpersonen und Installationsbetriebe ist das Entsorgen kostenlos.
Das Recycling der Glasabdeckungen und der Untergestelle aus Alu- minium oder Stahl ist auch kein Problem. Bei den Modulen hingegen wird es problematisch: In ihnen steckt so gesehen das Wesentliche einer PV-Anlage – die Solarzellen. Diese enthalten Silizium, Blei, Zink,
Zinn und teilweise Kupfer sowie Silber. Doch leider sind alle diese Ma- terialien in Kunststofffolien verbaut und mit diesen fest verschmol- zen, was ihre Trennung äußerst schwierig und aufwendig macht. So landen sie heute meist noch in der Müllverbrennungsanlage. Das Re- cycling steht also noch ganz am Anfang.
Photovoltaik:
Sonnenenergie als Teil der erneuer-
baren Energien
KAPITEL 3
Die Sonne: Unser wichtigstes Kraftwerk in 150 Millionen Kilometern Entfernung
Der Kern der Sonne ist 15 Millionen Grad Celsius heiß. Diese gewal- tige Energie entsteht aus der Kernfusion von Wasserstoff zu He- lium. An der Oberfläche der Sonne herrschen immerhin noch rund 6.000 Grad Celsius. Jene Energie wird in das All als Licht und Wär- mestrahlung abgegeben. In nur einer Stunde liefert die Sonne der Erde mehr Energie als die gesamte Weltbevölkerung in einem Jahr verbraucht. Allein in Deutschland treffen jährlich über 1.000 Kilo- wattstunden Solarenergie pro Quadratmeter auf. Das entspricht in etwa dem Energiegehalt von 100 Litern Heizöl.
Wenngleich bereits 1839 der photovoltaische Effekt beobachtet wurde, war es erst Albert Einstein, der diesen physikalisch erklären konnte, wofür er 1921 dann auch den Nobelpreis erhielt. Die ame- rikanische Firma Bell produzierte 1954 die ersten Solarmodule, die vor allem in der Raumfahrt und zur Stromversorgung von Satelliten verwendet wurden. Heute gehören Solarstrom- und Solarwärmean- lagen auf den Dächern oder im Freiland zum Landschaftsbild.
Was genau sind erneuerbare Energien?
Zu den erneuerbaren Energien gehören alle Energieträger, die aus sich regenerierenden Rohstoffen oder Quellen gewonnen werden können.
Sie sind also entweder unerschöpflich, stehen zumindest dauerhaft zur Verfügung oder wachsen ständig nach. Die Sonneneinstrahlung hat hierbei meist einen ursächlichen Einfluss – egal ob direkt oder in- direkt. Die von uns am häufigsten genutzten erneuerbaren Energien sind:
• Sonnenstrahlung
• Windenergie
• Wasserkraft
• oberflächennahe Erdwärme
• Tiefen-Geothermie
• Gezeiten
• nachwachsende Rohstoffe in Form von Biomasse
Hinzu kommt noch die passive Nutzung der Sonneneinstrahlung, die in der Solararchitektur eingesetzt wird. Im Unterschied zur aktiven Nutzung der Solarenergie, die den Energiebedarf decken soll, wird bei der passiven Nutzung durch Gestaltung und Ausrichtung der Gebäu- de durch solare Gewinne der Energiebedarf auf natürliche Weise ge-
senkt. Beispiele dafür sind die Erwärmung der Zimmer aufgrund von Sonnenlicht (Reduktion des Heizwärmebedarfs) und weniger künst- liches Licht durch viel Tageslicht.
Sonnenenergie oder Solarenergie ist die klassische erneuerbare Ener- gie. Sonnenenergie kann direkt und indirekt genutzt werden. „Direkt“
bedeutet die Umwandlung in Nutzenergie ohne wesentliche zeitliche Verzögerung wie es bei der Solarthermie oder Photovoltaik der Fall ist. Wind- und Wasserkraftwerke, Biomasse sowie die passive Nut- zung der Sonnenenergie in Gebäuden zählen zur indirekten Nutzung.
Aufbau und
Funktionsweise einer Photo-
voltaikanlage
KAPITEL 4
Strom mit Sonnenenergie erzeugen, selbst nutzen und den Über- schuss in das Netz einspeisen: Das kannst auch du, falls du über ein für die Photovoltaik geeignetes Dach oder eine entsprechen- de Fläche verfügst. Zwar sind die Zeiten vorbei, in denen man mit selbst erzeugtem Solarstrom eine ansehnliche Rendite erwirtschaf- ten konnte. Dennoch lohnt sich, rein wirtschaftlich betrachtet, auch heute eine Photovoltaikanlage. Je mehr du von deinem produzierten Solarstrom selbst verbrauchst, umso schneller rechnet sich deine Anlage. Kombiniert mit einem Speichersystem lässt sich der Eigen- verbrauch deutlich steigern.
Was ist Photovoltaik?
Eigentlich funktioniert eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage recht einfach: Sonnenlicht fällt auf die Solarzellen. Diese machen daraus Gleichstrom, der im Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt und anschließend in das Stromnetz des Hauses eingespeist wird.
Herzstück jeder PV-Anlage beziehungsweise jedes PV-Moduls sind die Solarzellen. In der Regel bestehen diese aus Silizium. Das ist nichts anderes als Quarzsand, nach Sauerstoff das zweithäufigste vorkommende Element der Erde..
WISSENSWERTES
Oft wird verallgemeinernd von Solaranlage gesprochen. Dies ist jedoch nicht ganz korrekt, weil damit 2 unterschiedliche Techniken und Anwen- dungen gemeint sind.
Bei der Solarthermie wird die Sonnenstrahlung mithilfe von Sonnenkol- lektoren eingefangen und in Wärme zur Warmwasserbereitung und Hei- zungsunterstützung umgewandelt. Dies ist die einfachste Art, Sonnen- energie zu nutzen. Zudem ist sie technisch mit weitaus weniger Aufwand umzusetzen als die Photovoltaik. Diese wandelt über Solarzellen die Licht- strahlen der Sonne in elektrische Energie um.
Beide Varianten werden bevorzugt auf den Dächern von Gebäuden unter- schiedlicher Größe angebracht. Eine Sonderform stellen solarthermische Kraftwerke dar, die über Wärmekraftmaschinen die solare Wärmestrah- lung in elektrische Energie umwandeln. In Deutschland reicht das Sonnen- angebot dafür allerdings nicht aus.
Wechselrichter
Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom – erforderlich für die Einspeisung ins Stromnetz
öffentliches Stromnetz
Gleichstrom-Hauptschaltung Die Solarzellen werden in Reihe geschaltet, wobei sich die Spannungen aufsummieren
Gleichstrom Verbraucher
Einspeisung Wechselstrom Entnahme
Wechselstrom Bezugszähler
Wechselstrom Wechselstrom 230V 50 Hz
Gleichstrom mit hoher Spannung
Einspeisezähler
In einem Photovoltaikmodul (Solarpanel) sind die Solarzellen unter- gebracht. Sie erzeugen den Solarstrom. Für den sicheren Halt der Module auf dem Dach sorgen Unterkonstruktionen aus Aluminium oder Stahl. Über spezielle Kabel wird der solar erzeugte Gleichstrom
(DC) zu einem Wechselrichter geführt, der diesen in haushaltsübli- chen Wechselstrom (AC) umwandelt.
Der Strom kann nun direkt im Haus verbraucht, in einem Speicher zur Nutzung zu einem späteren Zeitpunkt „zwischengelagert“ oder direkt ins öffentliche Netz eingespeist werden. Im Falle einer Netz- einspeisung ist zusätzlich ein Einspeisezähler erforderlich, um zu messen, wie viel Strom ins Netz abgegeben wurde. Schließlich soll korrekt vergütet werden.
Die Solarzelle
Sobald auf eine Siliziumscheibe Licht fällt, kommt es zur Freisetzung von Elektronen. Damit man die Elektronen nutzen kann, verunreinigt man ganz gezielt die Zelle auf der Vorder- und Rückseite mit ver- schiedenen Fremdatomen, wie Bor und Phosphor. Das führt dazu, dass sich alle Elektronen auf eine Seite bewegen und die positiven Ladungsträger auf die andere. So entstehen wie in einer Batterie 2 Pole: Plus und Minus. Schließt man nun einen Verbraucher an, fließt
Strom. Das funktioniert selbst bei bewölktem Himmel (diffusem Licht), aber natürlich ist die Stromausbeute bei vollem Sonnenschein am größten.
Das Photovoltaikmodul
In einem Photovoltaikmodul sind in der Regel 60 hauchdünne und zerbrechliche 15 x 15 Zentimeter große Solarzellen zusammen- gefasst und miteinander verlötet. Zum Schutz vor Feuchtigkeit und Korrosion sind diese mittels einer Schicht aus Kunstharz luftdicht mit der Frontscheibe des Moduls verbunden. Dieses Sicherheitsglas ist sehr widerstandsfähig und antireflektierend. Es bietet ausreichend Schutz vor Schneelasten, Regen, Hagel, Wind und Stößen. Ein robus- ter Rahmen aus Aluminium hält das Ganze dauerhaft zusammen. Die Modulabmessungen betragen 1.650 x 992 Millimeter. Module mit 72 Solarzellen sind 1.960 x 992 Millimeter groß. Gab es früher viele
verschiedene Modulgrößen, hat man sich heute auf Standardgrößen geeinigt, um die Montage zu erleichtern. Sonderformen sind aber na- türlich weiterhin erhältlich.
WISSENSWERTES
Werden mehrere Photovoltaikmodule zusammengeschaltet, spricht man von einem Photovoltaikgenerator.
Die Parallel- und Reihenschaltung
Die Solarmodule mit den Solarzellen und der Wechselrichter gehö- ren zu den wichtigsten Bestandteilen einer Photovoltaikanlage und müssen miteinander verbunden werden. Das ist über eine Reihen- schaltung (Serienschaltung) oder Parallelschaltung möglich.
In der Regel werden Module parallel miteinander verbunden. Auf diese Weise beeinflussen sie sich nicht gegenseitig. Zudem wird verhindert, dass es bei der Verschattung eines Moduls zu einem Leistungsabfall der kompletten PV-Anlage kommt. Die volle Leistung der anderen Module gleicht die Verschattung aus. Allerdings ist die Installation einer Paral- lelschaltung um einiges aufwendiger als bei einer Reihenschaltung.
Nachteil der Reihenschaltung ist, dass das Modul mit der schwächsten Spannung die Leistung der anderen Module negativ beeinflusst. Fällt bereits ein geringer Schatten auf einen Bereich des Moduls, kann das dazu führen, dass spürbar weniger Strom produziert wird. Selbst Schä- den durch Überhitzung der Solarzellen sind nicht auszuschließen.
Ob du dich für eine Reihen- oder Parallelschaltung entscheidest, hängt unter anderem vom Einstrahlungsverlauf, von der Anlagengröße und dem Wechselrichter ab.
Der Wechselrichter
Der Wechselrichter wandelt den von der Photovoltaikanlage erzeug- ten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dies ist notwendig, weil unser Stromnetz und alle Verbraucher auf Wechselstrom ausgelegt sind.
Jeder Wechselrichter ist mit einer Kommunikationsschnittstelle zur Photovoltaikanlage ausgestattet, um Spannung, Stromstärke und aktuelle Leistung zu überwachen. Störungen werden auf diese Weise schnell erkannt. Zudem können die Ertragsdaten an Energiemanage- mentsysteme übermittelt werden.
WISSENSWERTES
Damit ein möglichst hoher Solarertrag erzielt wird, ist es wichtig, die Solarmodule immer möglichst nah am Maximum-Power-Point (MPP) zu betreiben. Diese Funktion nennt man MPP-Tracking und wird nor- malerweise vom Wechselrichter übernommen. Der Wechselrichter sorgt hierbei durch regelmäßige und gezielte Veränderung des In- nenwiderstands dafür, dass sich die Solarmodule permanent im MPP befinden. So liefern sie kontinuierlich das Leistungsoptimum..
Hatten Wechselrichter früher einen Trafo (Transformator), kommen mo- derne Wechselrichter ohne diesen aus. Sie haben dadurch einen höheren Wirkungsgrad.
Die Solarkabel
Neben den Solarmodulen und dem Wechselrichter sind auch die rich- tigen Solarkabel von Bedeutung. Kabelverluste und niedrigere Erträ- ge können durch falsch dimensionierte Verbindungen entstehen.
Gleichstromkabel sind für den Transport des Gleichstroms von den verschalteten Modulen hin zum Wechselrichter zuständig. Diese Ka-
WISSENSWERTES
bel sind meist recht lang, weil die Solarmodule auf dem Dach mon- tiert sind und der Wechselrichter in der Nähe des Stromzählers. Be- dingt durch die lange Kabelstrecke und den durchfließenden Strom sind bei falscher Kabelwahl größere Verluste nicht auszuschließen.
Verwende daher immer die vom Hersteller vorgegebenen Kabel.
Wechselstromkabel sind sehr kurz, da Wechselrichter und Stromzäh- ler oft direkt nebeneinander installiert werden. Eventuelle Verluste sind dementsprechend klein.
Um Kabelverluste möglichst niedrig zu halten, empfiehlt es sich, Kabel mit einem geringen spezifischen Widerstand und möglichst großen Kabel- durchmesser zu verbauen. Kabel aus Kupfer mit einem passenden Quer- schnitt sind dafür gut geeignet.
WISSENSWERTES
Die Zähler
Grundsätzlich benötigen Betreiber einer Photovoltaikanlage, die die Eigenverbrauchsregelung nutzen möchten, 3 Stromzähler:
• Ertragszähler: Dieser misst den insgesamt von der Photovoltaik- anlage erzeugten Strom.
• Bezugszähler: Er hält fest, wie viel Strom aus dem öffentlichen Stromnetz für den Eigenverbrauch bezogen wird.
• Einspeisezähler: Er erfasst, welche Strommenge in das Netz ein- gespeist wird.
Zweirichtungszähler: Hierbei handelt es sich um die Kombination aus Ein- speisezähler und Bezugszähler in einem Gerät. Ein Zählwerk misst die ein- gespeiste Strommenge, ein zweites Zählwerk die aus dem Netz bezogene Strommenge. Durch den Zweirichtungszähler wird quasi ein Zähler weni-
ger benötigt und es entsteht mehr Platz im Zählerschrank.
WISSENSWERTES
Alles aus einer Hand:
Die Photovoltaik-Komplettanlage
In den letzten Jahren sind sogenannte Photovoltaik-Komplettan- lagen auf den Markt gekommen. Diese werden für alle gängigen Dachtypen angeboten. Sie bieten dir sämtliche Komponenten und Montagematerialien, die für den Betrieb einer Photovoltaikanlage erforderlich sind. Generell sollte eine Photovoltaik-Komplettanlage folgende Komponenten beinhalten:
• Montagegestell (Unterkonstruktion inklusive Dachhaken)
• Photovoltaikmodule
• Wechselrichter
• Zähler
• Solarkabel
• Montagematerial
Je nach Angebot ist auch ein passender Solarstromspeicher mit dabei.
Oft werden Photovoltaik-Komplettanlagen inklusive Montage vor Ort angeboten. Du musst dich daher um fast nichts kümmern, außer das passende Angebot zu finden.
Prüfe die Zahlungs-, Liefer- und Versandbedingungen und vergleiche sie eventuell. Gleiches gilt für weiterführende Serviceleistungen und Garan- tien. Meist beträgt die Laufzeitgarantie 20 Jahre.
Vorteile einer Photovoltaik-Komplettanlage:
• geringer Zeitaufwand, da du nicht jede einzelne Komponente re- cherchieren musst
• optimal aufeinander abgestimmte Einzelkomponenten
• einfach kalkulierbare Kosten
Achte darauf, dass die PV-Komplettanlage hinsichtlich Leistung und er- forderlicher Dachfläche deinen Anforderungen gerecht wird und der So- larstromspeicher zu deinem Stromverbrauch passt und entsprechend dimensioniert wird. Idealerweise setzt du dich mit einem Fachmann (zum Beispiel ein Solateur) zusammen, damit auch wirklich alles passt.
WISSENSWERTES
Was kostet so ein „Solarpaket“?
Die Kosten einer PV-Komplettanlage variieren je nach Hersteller und Größe. Daher solltest du die Preise verschiedener Anbieter prüfen und miteinander vergleichen. Der Kostenvergleich Komplettanlage und Einzelkomponenten bei separatem Kauf ist empfehlenswert. Je nach Leistungsgröße, Komponenten, Angebotsumfang (Speicher, In- stallation) bewegen sich die Kosten zwischen 5.500 Euro und 19.000 Euro. Sollte ein Fachmann die Installation übernehmen, musst du nochmals mit Kosten zwischen 600 und 900 Euro rechnen. Für den Netzanschluss sind zusätzlich 500 bis 1.000 Euro einzukalkulieren.
Wenn du nicht auf sehr günstige Angebote zurückgreifst und dich für eine hochwertige, vorkonfektionierte Photovoltaik-Komplettanlage entscheidest, machst du sicher keinen Fehler.
Installation der Photovoltaikanlage ist Sache des Fachmanns
Photovoltaikanlagen sind elektrische Anlagen. Zudem erzeugen die Solarmodule sofort Strom, sobald Sonnenlicht einstrahlt. Wenn du nicht selbst vom Fach bist, überlass die Montage daher einem Fach- mann. Entsteht beispielsweise aufgrund fehlerhafter Installation ein Feuer, fordern Versicherungen in der Regel den Nachweis einer sach- gerechten Montage und eines korrekten Anschlusses. Wenn du die- sen nicht vorlegen kannst, zahlen die meisten Versicherungen nicht und du bleibst auf dem Schaden sitzen.
Batteriespeicher:
Unabhängigkeit zu jeder Tages-
und Jahreszeit
KAPITEL 5
Mit einem Solarstromspeicher, auch bekannt als Batteriespeicher, kannst du den günstigen Solarstrom unabhängig von Tageszeit und Sonnenangebot nutzen und deinen Eigenverbrauch erhöhen. Über- flüssiger Strom fließt dann nicht in das öffentliche Netz und muss auch nicht bei Bedarf für teures Geld gekauft werden, sondern wird kurzfristig im Solarstromspeicher zwischengelagert, bis du ihn benötigst. So erhältst du größtmögliche Unabhängigkeit vom Energieversorger. Ferner ärgern dich auch steigende Strompreise wesentlich weniger.
Allein in den vergangenen 10 Jahren ist der Preis für Haushaltsstrom um 40 Prozent gestiegen. Zum Jahresbeginn 2020 betrug der durch- schnittliche Strompreis für Haushalte 31,37 Cent pro kWh. Wie be- reits erwähnt, liegen die Stromgestehungskosten einer PV-Anlage zwischen 10 bis 13 Cent pro kWh. Dein selbst erzeugter Strom ist also wesentlich günstiger. Im Jahr 2005 gab es eine Einspeisevergütung in Höhe von bis zu 54,53 Cent pro kWh. Für kleinere PV-Anlagen (bis 10 kWp) auf Ein- und Zweifamilienhäusern gibt es im Juli 2020 nur noch 9,03 Cent pro kWh für 20 Jahre.
Es lohnt sich daher kaum noch, viel Strom einzuspeisen. Deswegen kommt dem Eigenverbrauch eine immer größere Bedeutung zu. Mit einem Solarstromspeicher lässt sich dieser auf über 60 Prozent erhö- hen. Mit dem richtigen Energiemanagement sind sogar bis zu 80 Pro- zent möglich. Derzeit beträgt der Eigenverbrauchsanteil in deutschen Haushalten durchschnittlich 30 Prozent.
Wie funktionieren Solarspeicher?
Im Solarstromspeicher wird Solarstrom zwischengelagert, der nicht sofort genutzt werden kann. Dazu werden Lithium-Ionen-Batterien aufgeladen, da sie besonders leistungsstark sein. Ist der Solarspei- cher voll, wird der überschüssige Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist. Scheint die Sonne nicht, zum Beispiel abends, kann der Strom aus dem Speicher die Haushaltsgeräte mit Energie versorgen.
Erst wenn der Solarspeicher „leer“ ist, wird Strom aus dem öffentli- chen Netz bezogen. Auf diese Weise nutzt du selbst erzeugten Solar- strom optimal beziehungsweise maximierst deinen Eigenverbrauch.
Der Aufbau eines Batteriespeichers für die Photovoltaikanlage
Neben einer Batterie besteht der Speicher aus:
• Batteriemanagementsystem
• Batterie-Wechselrichter
• Energiemanagementsystem
Batteriemanagementsystem
Es ist dafür zuständig, dass der Ladezustand in allen Batteriezellen gleich ist und überwacht diese. Sollte eine einzelne Zelle zur Überhit- zung neigen, schaltet es den Batteriespeicher rechtzeitig ab.
Batterie-Wechselrichter
Er kümmert sich um die Be- und Entladung, die Steuerung der Lade- zeitpunkte und die Ladeleistung. Es gibt auch Hybridwechselrichter.
Diese vereinen die Funktion des PV-Wechselrichters und des Batte- rie-Wechselrichters in einem Gerät.
Energiemanagementsystem
Es sorgt dafür, dass der Eigenverbrauch stets oberste Priorität hat.
Besteht ein Stromüberschuss, lädt es die Batterie auf. Sobald die Batterie voll ist, speist es den Solarstrom in das öffentliche Strom- netz ein. Um die Lebensdauer des Akkus zu verlängern, behält es im- mer einen mittleren Ladezustand bei. Je nach System wird sogar die Wettervorhersage berücksichtigt.
Damit deine solare Energieversorgung reibungslos funktioniert, sollten das Energiemanagementsystem und die Endgeräte miteinander kommu- nizieren. Spezielle Softwareprogramme oder Schnittstellen sorgen dafür, dass das klappt.
WISSENSWERTES
Welche Batteriespeicher gibt es für die Photovoltaik?
Photovoltaikanlagen würden früher bevorzugt mit einer Bleibatterie ausgestattet. Aufgrund ihrer enormen Ladekapazität und langen Le- bensdauer haben sich heute Lithium-Batterien durchgesetzt.
Batteriespeicher aus Li-NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt) ver- fügen über eine äußerst hohe Energiedichte. Sie sind nicht nur kleiner, sondern auch deutlich leichter als andere Batteriespeicher. Vor allem für portable und mobile Anwendungen sind sie sehr gut geeignet.
Der Erfolg der Elektromobilität beispielsweise wäre ohne sie kaum denkbar. Dieser Batterietyp hat jedoch einen Nachteil: Sobald der Se- parator (teilchendurchlässige Trennschicht) Fehler aufweist, kann es durch Mikrokurzschlüsse zur Überhitzung der Batterie kommen, die schlimmstenfalls anfängt, zu brennen.
Größe und Kapazität eines Batteriespeichers
Welche Kapazität der Speicher haben sollte, hängt von deinem Strom- bedarf und von der Leistung deiner Photovoltaikanlage ab. Grund- sätzlich sollte er so dimensioniert sein, dass du dein Haus vom Abend bis zum nächsten Morgen mit ausreichend Strom versorgen kannst.
Beispiel: Ein durchschnittlicher 4-Personen-Haushalt mit einem Jahresstromverbrauch von circa 4.500 Kilowattstunden benötigt eine Speichergröße von 4 bis 6 Kilowattstunden. Ist der Speicher zu klein, kann er nicht genug Strom speichern und du musst teuren Strom aus dem Netz zukaufen.
Faustregel: Pro 1.000 Kilowattstunden Stromverbrauch brauchst du Solarmodule mit 1 Kilowatt Peak Leistung. Pro Kilowatt Peak Photo- voltaik-Leistung sollten 0,5 bis 1 Kilowattstunden Speicherkapazität vorhanden sein. So kannst du die Hälfte deines Strombedarfs selbst decken.
Wann lohnt sich ein Solarspeicher?
• bei Neukauf einer Solarstromanlage
• bei einem angestrebten hohen Eigenverbrauchsanteil
• bei größtmöglicher Unabhängigkeit vom Energieversorger und von hohen Strompreisen
• bei höchstmöglicher Nutzung erneuerbar erzeugten Stroms
• bei Solarspeichern mit langer Lebenserwartung
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speichern zwischen 5 und 15 Jahren oder auch mehr. Als Ende der Lebensdauer eines Batteriespeichers zählt der Zeitpunkt, an dem die Speicherkapazität nur 80 Prozent beträgt.
Tipps für den Kauf deiner Photovoltaikanlage
Prüfe, ob ausreichend Fläche für die Installation einer Photovoltaik- anlage vorhanden ist, beispielsweise auf dem Satteldach, Flachdach, Garagendach, Vordach oder an der Fassade.
Stelle fest, ob das Dach überhaupt geeignet ist, die zusätzliche Last der Module zu tragen. Etwa 25 Kilogramm pro Quadratmeter benö- tigt die Photovoltaikanlage inklusive Modul und Untergestell.
Stimmen Lage, Neigung und Ausrichtung des Dachs?
Achte darauf, dass die Module möglichst verschattungsfrei montiert werden können.
Jetzt kannst du die Größe der Photovoltaikanlage festlegen, damit du einen optimalen Solarertrag und einen möglichst hohen Autarkiegrad erzielst.
Wenn es sich um einen Neubau handelt, plane einen Stromspeicher gleich mit ein.
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Stelle deine Photovoltaikanlage zusammen. Achte dabei darauf, dass alle Komponenten zusammenpassen.
Prüfe, ob eventuell eine PV-Komplettanlage günstiger ist.
Vergleiche immer mehrere Angebote. Wir empfehlen mindestens 3.
Achte auf eine entsprechend gute Qualität aller Komponenten der Anlage und prüfe, ob die Gebrauchsanleitungen in Deutsch vorliegen.
Es ist wichtig, dass die Komponenten die erforderlichen Normen und Vorschriften erfüllen (beispielsweise TÜV-Zertifizierung).
Idealerweise holst du dir Unterstützung
von einem Fachmann (Solarteur oder Installateur).
Überlege, ob du die Anlage kaufen oder mieten möchtest.
Recherchiere, ob es Fördermittel vom Bund, von der Kommune oder Stadt gibt.
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Schließe eine Sachversicherung für die Anlage ab.
Überlasse Installation und Wartung unbedingt einem Fachmann.
Bestehe darauf, dass dir nach erfolgter Montage und Installation eine vollständige Anlagendokumentation ausgehändigt wird.
Lass dir unbedingt auch einen Anlagen- und einen Speicherpass ausstellen.
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Was gibt es VOR der Montage der Photovoltaikan- lage zu beachten?
KAPITEL 6
Vorab solltest du unter anderem prüfen, ob überhaupt eine geeig- nete Fläche für deine Photovoltaikanlage zur Verfügung steht und ob das Dach die statischen Voraussetzungen mitbringt, um die An- lage zu tragen.
Überprüfung deines Dachs
Hier solltest du darauf achten, ob eventuell Reparaturen notwendig sind, die du später dann nicht mehr ausführen lassen kannst, bei- spielsweise der Austausch kaputter Dachziegel. Überprüfe auch un- bedingt die Dachkonstruktion. Dachbegehung und Reparaturen soll- te immer ein Dachdecker oder Zimmerer übernehmen.
Die Dachstatik ist von ganz besonderer Bedeutung. Schließlich müs- sen Dach und Haus imstande sein, das Gewicht der Photovoltaikan- lage zu tragen. Bei der Statikprüfung sollte der Fachmann auch die mögliche Wind- und Schneelast berücksichtigen. Für die Statikprü- fung benötigst du die Baupläne des Gebäudes sowie die beim Bau erstellten Statikunterlagen. Falls du diese nicht mehr haben solltest, frage beim Bauamt oder dem Bauunternehmen nach.
Der richtige Lichteinfall
Wenn die Statikprüfung positiv ausfällt und die Montage einer Pho- tovoltaikanlage möglich ist, benötigst du noch eine ausreichend gro- ße Dachfläche, die einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage erlaubt.
Die passende Dachfläche allein reicht natürlich nicht aus. Ebenso wichtig sind die Dachneigung und die Ausrichtung des Gebäudes. Eine Photovoltaikanlage sollte daher möglichst in Richtung Süden ausge- richtet sein. Am effektivsten arbeitet sie bei einem Sonnenlichteinfall auf die Solarzelle im 90-Grad-Winkel. Da die Sonne im Tagesverlauf wandert, ist das natürlich nicht permanent möglich. In Deutschland werden die größten Solarerträge erzielt, wenn die PV-Anlage in ei- nem Winkel von circa 30 Grad Richtung Süden ausgerichtet ist. Ein- strahlungs- oder auch Reflektionsverluste sind dann am geringsten.
Grundsätzlich erzielst du mit einem Aufstellwinkel zwischen 10 und 50 Grad die besten Ergebnisse. Beträgt die Dachneigung weniger als 25 Grad oder mehr als 60 Grad, verringert sich die Solarstromaus-
beute lediglich um etwa 10 Prozent.
Bei Dächern mit West- und Ostausrichtung sind unter Berücksichtigung des Aufstellwinkels aber auch noch sehr gute Solarstromerträge zu erzielen.
WISSENSWERTES
Wie effektiv ist Photovoltaik im Winter?
Optimal ist die Sonneneinstrahlung in den Monaten Mai bis Septem- ber. Doch auch in den Wintermonaten Oktober bis April ergibt sich mit 350 und 400 Watt pro Quadratmeter ein lohnenswerter PV-Ertrag von rund 35 Prozent. Die Schneelast auf der Solaranlage im Winter kann vor allem für Flachdächer zum Problem werden:
• Bei Spitzdächern rutscht der Schnee in der Regel ohne Proble- me langsam von den Solarmodulen ab. Eine Gefahr für die Anlage oder Statik des Gebäudes besteht nicht.
• Bei Flachdächern hingegen sieht es anders aus: Besteht die Gefahr, dass die Traglastreserve des Gebäudes überschritten wird, solltest du einen Experten kommen lassen, der den Schnee entfernt. Denn das Gewicht von nassem Schnee ist nicht zu unterschätzen.
Übrigens: Der Wirkungsgrad der Solarmodule wird durch niedrige Temperaturen sogar gesteigert, was mit der Beschaffenheit von Sili- zium zusammenhängt. Der Ertrag erhöht sich um circa 4 Prozent pro 10 Grad Celsius Temperaturabnahme. An kalten und sonnigen Tagen sind daher durchaus sehr hohe Erträge möglich. Abhängig davon, in welcher Region du lebst, kann es sinnvoll sein, die Wintermonate bei der Ausrichtung der Module zu berücksichtigen. Angesichts des Son- nenstandes in Deutschland ist die übliche Ausrichtung mit einem 30- bis 35-Grad-Winkel ganzjährig eine gute Lösung.
Keine Verschattungen von Photovoltaikmodulen
Verschattungen entstehen zum Beispiel durch Schornsteine, Bäume oder beim Flachdach auch durch ungünstig hintereinander aufge- ständerte Solarmodule. Problematisch an Verschattungen ist, dass sie immer zu teils erheblichen Energieverlusten führen. Das hängt damit zusammen, dass die Solarzellen des beschatteten Teils des Moduls wenig bis gar keinen Strom produzieren. Vor allem bei der Reihenschaltung führt das zu Energieverlusten, weil immer genau das Modul mit der wenigsten Sonneneinstrahlung die Menge des insgesamt fließenden Solarstroms bestimmt. Selbst Schäden an den Zellen durch Überhitzung können die Folge sein.
Die Art der Montage
Eigentlich gibt es keine Dachform, auf der eine Solarstromanlage keinen Platz findet. Die Industrie hat für nahezu jede Gegebenheit die passende Lösung. Üblich sind jedoch die Aufdach-, Indach- und Flachdachmontage.
Ist das Dach geneigt, kannst du zwischen der Aufdach- und Indach- montage wählen. Bei der Aufdachmontage werden die PV-Module oberhalb der Dachhaut montiert. Die Module werden dazu mit Me- tallkonstruktionen verschraubt, die an Dachhaken befestigt sind. Der Vorteil hierbei ist, dass die Dachhaut nicht verändert wird und so wei- terhin die Abdichtung des Dachs übernimmt.
Bei der Indachmontage ersetzen die Solarmodule die Dachziegel. Bei einem Neubau sparst du dann auch die entsprechende Anzahl an Dachziegeln. Die Module werden in der Ebene der Dachhaut montiert und übernehmen daher die abdichtende Funktion. Eine Unterkonst- ruktion wird nicht benötigt. Bei dieser Variante ist darauf zu achten, dass die Module gut hinterlüftet sind, damit sie nicht überhitzen. Die Indachmontage ist etwas teurer als eine Aufdachmontage.
Beim Flachdach werden Solarmodule komplett mit der Halterung beispielsweise auf einem Betonsockel befestigt. Die Installation ist hier sehr einfach. Zudem lassen sich die Module optimal ausrichten.
Unterschätze nicht die Kräfte des Windes. Fachfirmen verankern aus diesem Grund die PV-Anlage im Schrägdach fest auf den Sparren. Beim Flachdach treten noch wesentlich größere Kräfte auf. Die Anlage muss daher ausreichend befestigt werden. Solarfirmen arbeiten deswegen im Zweifelsfall mit einem Statiker zusammen. Nicht korrekt gesicherte Flach-
dachanlagen können verrutschen oder sogar abheben.
Solardachziegel
Solardachziegel sind eine weitere Variante, Solarstrom zu produzie- ren, aber eine sehr zeitaufwendige und kostenintensive. Sie werden genauso wie konventionelle Dachziegel verlegt, allerdings muss der Fachmann jeden einzelnen Solardachziegel elektrisch miteinander verbinden. Pro Quadratmeter Dachfläche werden etwa 15 Dachzie- gel benötigt. Fehler sind hier quasi vorprogrammiert. Zudem ist das Finden der Fehler mit einem enormen Zeitaufwand verbunden. Für Ein- und Mehrfamilienhäuser werden sie daher meist nicht einge- setzt. Sie sind aber eine gute Lösung, wenn denkmalgeschützte Ge- bäude mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet werden sollen.
WISSENSWERTES
Solarfolien
Auch mit ihnen kannst du Solarstrom erzeugen. Sie haben ein sehr geringes Gewicht, sind sehr kostengünstig zu produzieren und zu installieren sowie vielfältig einsetzbar. Da kein Glas verwendet wird, sind sie bruchsicher, biegsam und lassen sich auch hinsichtlich der Abmessungen individuell verwenden. Eine Photovoltaik-Folie erzielt heute Wirkungsgrade von 6 bis 10 Prozent. Konventionelle Solarmo- dule hingegen erreichen, je nach Typ, einen Wirkungsgrad von bis zu 20 Prozent. Ihr Einsatz bietet sich auf Dächern mit geringer Tragfä- higkeit, abgerundeten oder gewellten Dächern und an Fassaden an.
Sie sind einfach anzubringen. So ist es sogar möglich, direkt von der Rolle zu verlegen. Die Solarfolie wird direkt mit der jeweiligen Unter- grundfläche verklebt.
Eine Photovoltaik-Folie besteht aus dünnem und flexiblem Kunst- stoff, auf dem Schichten aus amorphem Silizium (a-Si) im Nanome- terbereich aufgebracht sind. Die leistungsfähigsten Folien sind 0,4 Millimeter dünn. Eine weitere Variante sind Kunststofffolien, die mit- hilfe einer hauchfeinen Halbleiterschicht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) bedampft wurden.
PV-Folien können in verschiedenen Farben, auch farblos, hergestellt werden. Positiv ist zudem, dass bei der Produktion keine giftigen Ma- terialien oder Schwermetalle verwendet werden.
Verglichen mit PV-Modulen sind PV-Folien gegenüber UV-Strah- lung empfindlicher. Auch die Abnahme der Leistung erfolgt bei So- larfolien schneller.
Fassaden-Montage
Die Montage einer Photovoltaikanlage an einer Fassade ist selbst- verständlich auch möglich. Bedingt durch den vertikalen Winkel kann es je nach Gebäudeausrichtung allerdings zu einer Ertragsminderung von bis zu 50 Prozent kommen. Bei der Fassadenmontage werden Dünnschichtmodule verwendet, was die Gebäude optisch aufwertet.
Die Möglichkeiten, Solarstrom für das Eigenheim zu produzieren, sind vielfältig. Sicherlich kommt es auch auf deine finanziellen Mittel und deinen ästhetischen Anspruch an. Wofür du dich auch entscheidest:
Mit Solarstrom triffst du stets eine Entscheidung für die Umwelt und eine nachhaltige Energieproduktion.
Muss die Photovoltaikanlage genehmigt werden?
Aufdachanlagen sind in der Regel genehmigungsfrei. Vorgaben des Baurechts oder Baunormen müssen natürlich eingehalten werden.
Denkmalgeschützte Gebäude bedürfen einer Genehmigung. Beson- dere Gestaltungssatzungen oder Bebauungsplanvorgaben der jewei- ligen Gemeinde sind ebenfalls zu beachten.
Auch bei öffentlichen Gebäuden, Großanlagen auf Mehrfamilienhäu- sern oder großen Hallen kann es eine Genehmigungspflicht geben.
Zur Sicherheit solltest du daher immer bei deiner Gemeinde oder auch dem für dich zuständigen Bauamt nachfragen, zumal die Be- stimmungen je nach Bundesland verschieden sind.
Solarstrom für die Warmwasserbereitung:
Möglich ja, aber sinnvoll?
Mit Power-to-Heat kann überschüssiger Solarstrom von der Photo- voltaikanlage zur Wärmegewinnung in Privathaushalten eingesetzt werden. Und das kann (bald) durchaus wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll sein. In einen Warmwasserspeicher wird ein elektrischer Heizstab integriert. Ein Energiemanager übernimmt die Steuerung und gibt überschüssigen Strom an den Heizstab ab, der das Wasser aufheizt, wobei Haushaltsgeräte immer Vorrang haben. Steht kein Solarstrom zur Verfügung, ist die Heizungsanlage für die Warmwas- serbereitung zuständig. Die Kosten für einen Heizstab betragen je nach Leistung 150 bis 250 Euro. Aus ökologischer Sicht ist das schon heute sinnvoll. Rechnen tut sich das Ganze aber erst, wenn die Ein- speisevergütung weiter sinkt.
Der Wirkungsgrad einer Photovol-
taikanlage
KAPITEL 7
Für eine Photovoltaikanlage musst du viel Zeit und Geld investieren.
Verständlich, dass du dann auch vom maximal möglichen Stromer- trag profitieren willst. Dank ständiger Optimierung und Weiterent- wicklung der Zell- und Wechselrichtertechnologie wurde der Wir- kungsgrad moderner Photovoltaikanlagen spürbar gesteigert.
Was ist der Wirkungsgrad?
Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage gibt an, wie viel Prozent der Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird. Beson- dere Bedeutung kommen daher der Art des Solarmoduls, der Verka- belung, dem Wechselrichter und der Einstrahlungsstärke zu. Selbst die Verschmutzung und die Verschattungen der Anlage müssen hier- bei berücksichtigt werden.
Die Performance Ratio wird gern als Qualitätsfaktor herangezogen.
Anhand dieser lässt sich in Prozent der theoretisch maximal mög- liche Ertrag einer Photovoltaikanlage ermitteln. Die Performance Ratio gibt also Aufschluss über den aktuellen energetischen Zustand der PV-Anlage und der Qualität der einzelnen Komponenten. Die Per- formance Ratio berechnest du, indem du den Ertrag, den du am Zäh- ler abgelesen hast, durch den maximal möglichen Ertrag der Photo- voltaikanlage teilst. Im Durchschnitt wird ein Anlagenwirkungsgrad von 65 bis 75 Prozent erreicht.
Modulwirkungsgrad
Er gibt an, wie viel der Solarenergie, die auf die Photovoltaikmodu- le trifft, als Solarstrom abgegeben wird. Diese Prozentangabe ist je nach Art der eingesetzten Solarzellen und Modulgröße unterschied- lich. Es gibt monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule.
Wirkungsgrad der am häufigsten verbauten Zelltechnologien Zelltechnologie
monokristalle Siliziumzellen
polykristalline Siliziliumzellen
Dünnschichtzellen
Wirkungsgrad (in Prozent)
bis zu 22
bis zu 20
unter 10
Herstellungsaufwand
hoher Kosten- und Energieaufwand bei der
Produktion
in der Herstellung günstiger
einfach und preiswert in der Herstellung
Wechselrichterwirkungsgrad
Wechselrichter haben einen sehr hohen Wirkungsgrad von 98 Prozent (ohne Trafo) beziehungsweise 96 Prozent (mit Trafo). Grundsätzlich ist der Wechselrichterwirkungsgrad der Quotient aus eingehendem Gleichstrom aus der Solaranlage und ausgehendem Wechselstrom in das Stromnetz. Allerdings ändert sich die aktuelle Eingangsleistung im Tagesverlauf, weil sie unter anderem vom Wetter beziehungswei- se der Sonneneinstrahlung abhängig ist.
Einfluss der Verkabelung auf den Wirkungsgrad
Kabelverluste können aufgrund des elektrischen Widerstandes im Leitermaterial entstehen. Da Kupfer von allen Metallen die besten Leiteigenschaften hat, wird es für Kabel in der Haus-Elektroinstal- lation verwendet. Je höher der Widerstand, desto mehr Energiever- luste treten in Form von Wärme auf. Daher haben folgende Faktoren Einfluss auf die Kabelverluste:
• das gewählte Leitermaterial
• der Kabelquerschnitt
• die Länge der Kabel
Wird die Verkabelung von einem Fachmann korrekt durchgeführt, sind die Verluste eher gering – 0,24 Prozent der Anlagenleistung bei 10 Metern.
Zu viel Sonne ist schlecht für den Wirkungsgrad
Auch wenn es paradox klingt: Eine zu starke Sonneneinstrahlung hat einen negativen Einfluss auf den Wirkungsgrad einer Photovol- taikanlage. Das ist darauf zurückzuführen, dass zu stark aufgeheiz- te Solarzellen nicht mehr ideal arbeiten. Eine zu starke Einstrah- lung beeinflusst daher den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage negativ. An sehr sonnigen Tagen kann sich die Leistung um etwa 5 Prozent vermindern.
Um wie viel Prozent sich die Leistung pro Grad Celsius verringert, gibt der Temperaturkoeffizient an. Wie hoch er ist, kannst du im Datenblatt des Herstellers nachlesen. Durchschnittlich beträgt er -0,45 Prozent pro Grad Celsius (kristalline Module) und -0,2 Prozent
(Dünnschichtmodule). Lässt der Installateur ausreichend Abstand zwischen Solarmodulen und Dachfläche, wird eine zu starke Auf- heizung der Solarzellen vermieden beziehungsweise ist eine ausrei- chende Hinterlüftung gewährleistet. Weil wir inzwischen immer öfter sehr heiße Sommer haben, gewinnt der bislang eher unbedeutende Temperaturkoeffizient mehr an Bedeutung.
Mini-Photovol- taikanlagen als Alternative für Mieter
KAPITEL 8
Die kleinen Solarstromanlagen haben viele Namen wie Plug-and- Play-PV, Mini-PV, Micro-PV, Balkon-PV, Balkonkraftwerk oder Gue- rilla-PV. Diese Art von PV-Anlagen lässt sich zum Beispiel auf dem Dach, am Balkongeländer, im Garten, auf der Terrasse oder an der Hausfassade montieren. Sie kann direkt an eine spezielle Steckdose des Haus- oder Wohnungsstromkreises angeschlossen werden.
Wenn du mehr als nur eine Mini-PV-Anlage betreiben möchtest, schließe niemals die einzelnen Module mittels Mehrfach-Vertei- lersteckdose an eine Haushaltssteckdose an. Dadurch könnte die Stromleitung überlastet werden und schlimmstenfalls ein Brand ent- stehen. Hol dir unbedingt bei einer Montage an der Fassade oder am Dach die Erlaubnis deines Vermieters ein.
Wie funktioniert eine Mini-PV-Anlage?
Eine Mini-PV-Anlage funktioniert grundsätzlich genauso wie eine große Photovoltaikanlage. Lediglich die Anzahl und die Größe der Solarmodule sowie der Anschluss an das Haushaltsstromnetz sind anders. Kaufen kannst du die kleinen PV-Anlagen beispielsweise im Baumarkt, aber auch online. Die kleinen Solarkraftwerke sind mit einem Mikro-Wechselrichter ausgestattet. Der erzeugte Solarstrom wird in das Stromnetz der Wohnung beziehungsweise des Hauses eingespeist. Gedacht sind solche Anlagen, um im kleinen Stil sauber Strom zu erzeugen, damit die Stromkosten zu reduzieren und einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Das Energieangebot reicht aus, um Elektrogeräte im Haushalt, wie Kaffeemaschine, Kühlschrank oder Computer, zu betreiben.
Wie hoch ist der Ertrag einer
Photovoltaikanlage auf dem Balkon?
Damit ein 4-Personen-Haushalt etwa 15 Prozent seines Jahresver- brauchs solar decken kann, sind 3 Module mit je 150 Watt bei guter Südausrichtung erforderlich.
1 bis 2 Quadratmeter 7 bis 20 Kilogramm 100 bis 600 Watt Peak
300 bis 1.000 Euro circa 50 Euro pro Jahr Grunddaten einer Mini-Photovoltaikanlage
Flächenbedarf Gesamtgewicht Anlagenleistung
Anlagenkosten evetuell Kosten für Zweirichtungszähler
Wenn du deine Stromrechnung um jährlich 90 Euro senken möchtest, muss deine Bal- kon-PV-Anlage im Jahr 300 Kilowattstunden Strom für je 7 Cent produzieren. Die Ersparnis ergibt sich aus dem entsprechend weniger verbrauchten Strom aus dem öffentlichen Netz zum Preis von 31 Cent pro Kilowatt- stunde. Die mögliche Ersparnis hängt natür- lich stark von deinen Verbrauchsgewohn- heiten und den Aufstellbedingungen der Mini-PV-Anlage ab. Grundsätzlich rechnen sich diese kleinen PV-Anlagen nach 5 bis 10 Jahren.
Mini-Solaranlagen sind ideal, um auf kleinen Flächen kostenfreie Sonnenenergie zu nut- zen. So haben auch Mieter die Chance, einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.
Genehmigungspflicht und Ein- speisevergütung einer Mini-PV- Anlage
Außerdem kannst du von der Einspeisever- gütung profitieren. Die Menge des vergüte- ten Stroms wird allerdings gering ausfallen.
Es stellt sich somit die Frage, ob es für dich
überhaupt sinnvoll ist.
Vorteile einer Mini-Photovoltaikanlage:
• für Häuser und Wohnungen geeignet
• einfache Installation
• Stromkostenersparnis
• optional mit Batterie erhältlich
• Möglichkeit für Mieter, einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten
• geringes Gewicht, dadurch einfacher Transport, beispielsweise bei einem Umzug
Lohnt sich eine Solarstromanla-
ge für Einfami- lienhäuser?
KAPITEL 9
Auch aktuell rechnet sich die Anschaffung einer Photovoltaikanlage im Einfamilienhaus. Vor allem dann, wenn du den größten Teil dei- nes Solarstroms selbst verbrauchst und somit entsprechend weni- ger teuren Strom aus dem Netz beziehst. Zudem musst du für eine PV-Anlage bis 10 kWp keine Abgabe für den Eigenverbrauch be- zahlen. Überschüssigen Strom kannst du ins Netz einspeisen, den du dann vom Energieversorger bezahlt bekommst. Für die Umwelt lohnt sich die Anschaffung allemal, da wichtige Energieressourcen geschont werden und bei der Stromproduktion keine Emissionen entstehen.
Dimensionierung der PV-Anlage für dein Einfami- lienhaus
Um deine Solarstromanlage optimal nutzen zu können, legst du be- reits während der Planungsphase die Leistungsgröße fest und be- rechnest, welche Dachfläche für die dazu erforderlichen Photovolta- ikmodule zur Verfügung stehen muss. Dazu benötigst du folgende Daten:
• Zur Verfügung stehende Dachfläche
Dazu misst du das Dach aus und ziehst die Summe der nicht belegbaren Flächen wie Dachluken, Erker, Kamine, beschattete Bereiche usw. von der Gesamtfläche ab.
• Festlegung der erforderlichen Strommenge
Als kleine Hilfestellung: Eine vierköpfige Familie hat einen
durchschnittlichen Stromverbrauch von rund 4.000 Kilowatt- stunden Strom im Jahr. Wie hoch dein individueller Verbrauch ist, kannst du den Stromrechnungen der vergangenen Jahre entnehmen. In etwa diese Leistung sollte dann deine Photovol- taikanlage auch bringen.
Manchmal ist es sinnvoll, nicht das ganze Dach mit Modulen zu bele- gen, um möglichst viel Strom zu produzieren. Gerade bei Einfamilien- häusern ist es oft wirtschaftlicher, wenn die Anlage genau die Menge Strom produziert, die du auch tatsächlich benötigst.
• Welche Leistung bringen die einzelnen Solarmodule?
Die elektrische Leistung von Solarmodulen wird in Watt (W) ge- messen. In Kilowatt Peak (kWp) gibt man die von den Solarmo- dulen abgegebene elektrische Leistung an.
WISSENSWERTES
Was bedeutet Kilowatt Peak eigentlich?
Damit man die Leistung von Photovoltaikmodulen verschiedener Hersteller neutral bewerten und miteinander vergleichen kann, wur- den weltweit einheitliche Betriebsbedingungen (Standard-Testbedin- gungen) festgelegt. Diese setzen sich zusammen aus einer Sonnen- lichteinstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter bei senkrechtem Lichteinfall/Einfallswinkel von 48 Grad auf das Modul, einer Modul- temperatur von 25 Grad Celsius sowie einem definierten Solarlicht- spektrum. Idealbedingungen herrschen in der Praxis natürlich nicht vor. Leistungsminderungen entstehen beispielsweise durch Ver- schattungen, Abweichungen vom optimalen Winkel oder einer Aus- richtung des Gebäudes nach Westen. Jahrestemperaturunterschiede spielen ebenso eine Rolle.
Abhängig von der regionalen Sonneneinstrahlung erzeugt eine 1-kWp- Photovoltaikanlage etwa 800 bis maximal 1.000 Kilowattstunden Solar- strom im Jahr.
Größe der Photovoltaikanlage berechnen
Hast du alle erforderlichen Daten, kannst du genau berechnen, wie groß deine Anlage sein soll beziehungsweise wie viele Solarmodule du benötigst.
WISSENSWERTES
Beispiel:
Wir gehen davon aus, dass du in Baden-Württemberg lebst, also ei- ner eher sonnenverwöhnten Region Deutschlands. Das Dach deines Einfamilienhauses ist nach Süden ausgerichtet und hat die optimale Neigung von 30 Grad. Pro kWp angegebener Leistung deiner Photo- voltaikanlage werden etwa 1.000 Kilowattstunden Strom produziert.
In diesem Beispiel benötigst du für 1 kWp je nach Art der Solarmo- dule rund 8 Quadratmeter Dachfläche. Deine Familie hat einen jähr- lichen Eigenverbrauch von durchschnittlich 4.000 Kilowattstunden.
Du benötigst somit 4 Module, die zusammen etwa eine Fläche von 36 bis 40 Quadratmetern beanspruchen.
Abschätzen der maximalen Anlagengröße
Falls du überschlägig die maximal erforderliche Leistungsgröße (in Kilowatt Peak) deiner Solarstromanlage berechnen möchtest, teilst du einfach die nutzbare Dachfläche in Quadratmeter durch 10. Um den durchschnittlichen jährlichen Stromertrag der Anlage zu erhalten, multiplizierst du anschließend die Anlagenleistung in Kilowatt Peak mit der für deinen Standort angegebenen Sonneneinstrahlung.
Beispielrechnung:
• Dachfläche: 60 m²
• Anlagenleistung: 60 / 10 = 6 kWp
• Sonneneinstrahlung: 1.100 W/m²/Jahr
• Stromertrag: 6 x 1.100 = 6.600 kWh/Jahr
Argumente für die Photovoltaik auf einem Einfamilienhaus
Kaufst du nun eine 5 kW-PV-Anlage und einen Speicher mit 5 kW Speicherkapazität, kostet dies zwischen 16.000 und 20.000 Euro und du kannst etwa 70 Prozent des Strombedarfs selbst decken. Wie schon erwähnt, beträgt der durchschnittliche Strompreis 2020 um die 31 Cent pro Kilowattstunde – Solarstrom hingegen nur 10 bis 13 Cent pro Kilowattstunde.
Produziert deine Anlage mehr Strom als du gerade benötigst, speist du ihn in das Netz deines Stromversorgers ein, der dir dafür momen- tan etwas über 9 Cent pro Kilowattstunde zahlt.
Der Preis, den du für Strom aus dem Netz zahlst, ist höher als die Einspei- severgütung und dein Solarstrom. Deshalb ist es weitaus wirtschaftlicher, wenn du so viel eigens produzierten Solarstrom wie möglich verwendest beziehungsweise speicherst.
Unter Berücksichtigung von Fördergeldern kann man sagen, dass sich deine Photovoltaikanlage für das Einfamilienhaus nach ungefähr 10 bis 15 Jahren amortisiert. Ausgehend von einer durchschnittlichen Anlagen-Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren hast du wenigstens 10 Jahre lang einen kleinen Zuverdienst. Gleichzeitig leistest du aktiv einen Beitrag zum Schutz unserer Umwelt.
WISSENSWERTES
Photovoltaik- anlagen: Netz-
einspeisung oder Eigenverbrauch?
KAPITEL 10
Was ist die Einspeisevergütung?
Den selbst erzeugten Solarstrom kannst du in das öffentliche Strom- netz einspeisen. Laut Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ist der Stromnetzanbieter verpflichtet, diesen Solarstrom gegen eine fest- gelegte Vergütung zu kaufen. Weitere Absenkungen der Vergütungs- sätze betreffen dich nicht. Daher kannst du ganz genau berechnen, welche Erlöse deine Photovoltaikanlage bringen wird.
Die Einspeisevergütung für PV-Strom ist bei Kleinanlagen in den letz- ten 15 Jahren um circa 80 Prozent und bei Anlagen mittlerer Größe um 90 Prozent gesunken. Es wurde schon eher erwähnt: Für kleinere PV-Anlagen (bis 10 kWp) auf Ein- und Zweifamilienhäusern gibt es im Juli 2020 nur noch 9,03 Cent pro kWh für 20 Jahre. Grundsätzlich reicht das aus, damit du kostendeckend Solarstrom erzeugen kannst. Große Gewinne fährst du aber nicht ein. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE geht davon aus, dass neue Photovoltaikanlagen durch die Stromeinspeisung in das Netz sowie durch den Eigenver- brauch gute Renditen erwirtschaften. Das Institut führt dies auf die stark gesunkenen Preise für Solarmodule zurück. Gleiches trifft auf Anlagen zu, die keinen oder einen niedrigen Eigenverbrauch aufweisen.
Falls du Strom in das öffentliche Netz einspeisen möchtest, sind fol- gende Punkte für dich wichtig.
Technische Komponenten,
die du für die Einspeisung benötigst
• Netzeinspeisegerät (NEG): Dieses dient zur Überwachung des Netzanschlusses, erkennt Fehlströme und speichert Betriebs- daten.
• Einspeisezähler: Er misst die ins öffentliche Netz eingespeiste Strommenge.
• Einspeisemanagement: Es hilft, die Leistung der Anlage jederzeit zu verringern, um eine Überlastung des öffentlichen Stromnetzes zu verhindern.
Anmeldung beim Netzanbieter
Den Netzanschluss musst du bereits vor der Montage der Photovol- taikanlage bei deinem Stromanbieter beantragen. Dieser Antrag ist gleichzeitig deine Anmeldung zur Einspeisung. Bis zu 8 Wochen kann es dauern, bis der Antrag bearbeitet ist. Diese Zeit kannst du nutzen, um eine Netzverträglichkeitsprüfung abzuschließen.
Was bedeutet Eigenverbrauch?
Eigenverbrauch bedeutet nichts anderes, als dass du den selbst er- zeugten Solarstrom auch selbst verbrauchst. Der Strom wird quasi direkt vom Dach zu den Verbrauchern im Haus geleitet. Mit einem Solarstromspeicher kannst du den Eigenverbrauch noch erhöhen, weil du überschüssig erzeugten Strom zur späteren Nutzung zwi- schenspeicherst und nicht ins Netz einspeist.
Zur Erinnerung: Aktuell kannst du Solarstrom für etwa 10 bis 13 Cent je Kilowattstunde erzeugen. Strom von den Stadtwerken kostet dich pro Kilowattstunde etwa 31 Cent. Mit jeder selbst erzeugten Kilo- wattstunde sparst du also circa 20 Cent. Und je größer der Unter- schied zwischen Strombezugskosten und Stromgestehungskosten ist, desto mehr lohnt sich der Eigenverbrauch.
Eigenverbrauch versus Autarkie
Auch wenn Eigenverbrauch und Autarkie gern sinngleich benutzt werden, handelt es sich bei diesen Werten nicht um das Gleiche. Sie beschreiben sogar grundsätzlich verschiedene Gegebenheiten. Es ist daher durchaus möglich, dass der Autarkiegrad unverändert bleibt, obwohl sich die Eigenverbrauchsquote spürbar erhöht hat. Dies hängt damit zusammen, dass beiden Werten verschiedene Betrach- tungsansätze zugrunde liegen.
So beschreibt die Eigenverbrauchsquote, welche Strommenge du von deinem Solarstrom selbst genutzt hast, um deine Elektrogeräte im Haus mit Energie zu versorgen. Der Autarkiegrad hingegen be- schreibt, welchen Anteil der selbst genutzte Strom am gesamten Stromverbrauch hat; also inklusive des Stroms, den du aus dem Netz bezogen hast.
Berechnungsgrundlage Eigenverbrauchsquote der produzierte Solarstrom
Berechnungsgrundlage Autarkiegrad der verbrauchte Strom
.
WISSENSWERTES
Stromspeicher
Im Stromspeicher kannst du überschüssige Energie für eine kurze Zeit bevorraten und bei Bedarf abrufen.
Zeitschaltuhren
Auf diese Weise kannst du die Einschaltzeiten von Elektrogeräten wie Waschmaschine oder Trockner so festlegen, dass sie sich bei- spielsweise mittags einschalten, wenn viel Sonnenenergie zur Ver- fügung steht.
Energiemanagementsysteme
Mit einem Energiemanagementsystem ist es dir möglich, die zeitliche Nutzung aller Stromverbraucher im Haus je nach Wetterlage, Tages- zeit oder individuellem Stromverbrauch festzulegen und zu steuern.
Die vorhandenen Verbraucher sind mittels Zwischenstecker mit dem Energiemanagementsystem verbunden, um mit diesem kommuni- zieren zu können.
Ladestation für das Elektroauto
Für Besitzer eines Elektroautos bietet sich zusätzlich die Möglichkeit, die Ladestation (Wallbox) mit Strom der Photovoltaikanlage aufzula- den. Auch das trägt sinnvoll dazu bei, den Eigenverbrauch zu erhöhen.
Und du kannst nicht nur mit kostenloser Energie, sondern auch zu 100 Prozent emissionsfrei fahren. Bereits 4 kWp PV-Leistung sind ausreichend, damit du jährlich rund 20.000 Kilometer sauber fahren kannst. Durch die Kombination von Wallbox und Photovoltaikanlage kosten dich 100 Kilometer Fahrleistung nur circa 2,50 Euro.
100 Prozent Autarkie mit PV-Inselanlagen
Wenn du einen Autarkiegrad von 100 Prozent erreichen möchtest, geht das nur, wenn du den gesamten Strombedarf mit deinem selbst produzierten Solarstrom decken kannst und dazu keinen Strom aus dem Netz beziehen musst. Inselanlagen sind hierfür ein gutes Bei- spiel. Photovoltaik-Inselanlagen werden immer dann eingesetzt, wenn der Anschluss an das öffentliche Stromnetz zu teuer, zu auf- wendig oder von vornherein nicht möglich ist. Einsatzbereiche sind beispielsweise Berghütten, Wochenend- und Ferienhäuser, Garten- häuschen, aber auch Wohnmobile oder Boote. Die Produktion des Stroms erfolgt bei Photovoltaik-Inselanlagen genauso über Solar- module. Er wird entweder direkt verbraucht oder aber in Batterien zwischengespeichert. Hierfür gibt es besonders leistungsfähige und zyklenfeste Akkumulatoren. Für die Ladung und Entladung der Akku- mulatoren ist ein Laderegler erforderlich, der zudem eine Überladung
der Batterie verhindert. Große Solar-Inselanlagen sind teurer als klassische Photovoltaikanlagen, was an den Akkumulatoren liegt, die immerhin rund ein Drittel der Gesamtkosten ausmachen. Die Kosten für solche Komplettanlagen belaufen sich je nach Leistungsfähigkeit auf 8.000 bis 11.000 Euro. Kleine Solar-Inselanlagen (Leistung 50 Watt), um beispielsweise eine Beleuchtung zu betreiben oder circa 2 Stunden Fernsehen zu schauen, gibt es schon ab etwa 100 Euro.
Kosten einer Photovoltaik- Dachanlage
KAPITEL 11
Wer heute eine Photovoltaikanlage kauft, muss weitaus weniger tief in die Tasche greifen als noch vor 10 Jahren. Die Preise für Pho- tovoltaikanlagen sind seitdem um über 50 Prozent gesunken. Und es ist davon auszugehen, dass die Modulpreise weiter fallen wer- den. Die Betriebskosten einer Photovoltaikanlage sind mit circa 1 Prozent der Investitionskosten sehr niedrig. Das gilt gleichermaßen für die Finanzierung, da auch 2020 das Zinsniveau sehr gering ist.
Photovoltaikanlagen kosten derzeit je nach Leistungsgröße zwischen 5.000 und 19.000 Euro. Der Anteil an den Gesamtkosten beträgt bei den Solarmodulen um die 50 Prozent, beim Wechselrichter etwa 15 bis 20 Prozent. Ein 5-Kilowatt-Wechselrichter kostet derzeit um die 1.000 Euro. Circa 10 bis 15 Prozent der Gesamtkosten entfallen auf Kabel, Klemmen, Dachhaken und die Unterkonstruktion. Für Gerüst, Montage und Installation kannst du von einem Anteil von 15 bis 20 Prozent ausgehen.
Durchschnittliche Photovoltaik-Preise nach Anlagengröße
• 3 kWp circa 5.400 Euro (Preisspanne 4.600 bis 6.300 Euro)
• 4 kWp circa 6.300 Euro (Preisspanne: 5.000 bis 7.900 Euro)
• 5 kWp circa 7.600 Euro (Preisspanne: 5.300 bis 9.500 Euro)
• 6 kWp circa 9.000 Euro (Preisspanne: 6.500 bis 12.100 Euro)
• 7 kWp circa 10.400 Euro (Preisspanne: 7.600 bis 12.800 Euro)
